❶ 簡述計算機三級存儲體系結構
在計算機系統中存儲層次可分為高速緩沖存儲器、主存儲器、輔助存儲器三級。高速緩沖存儲器用來改善主存儲器與中央處理器的速度匹配問題。輔助存儲器用於擴大存儲空間。
1、高速緩沖存儲器
存在於主存與CPU之間的一級存儲器， 由靜態存儲晶元(SRAM)組成，容量比較小但速度比主存高得多， 接近於CPU的速度。在計算機存儲系統的層次結構中，是介於中央處理器和主存儲器之間的高速小容量存儲器。它和主存儲器一起構成一級的存儲器。高速緩沖存儲器和主存儲器之間信息的調度和傳送是由硬體自動進行的。
2、主存儲器（Main memory）
計算機硬體的一個重要部件，其作用是存放指令和數據，並能由中央處理器（CPU）直接隨機存取。現代計算機是為了提高性能，又能兼顧合理的造價，往往採用多級存儲體系。即由存儲容量小，存取速度高的高速緩沖存儲器，存儲容量和存取速度適中的主存儲器是必不可少的。
主存儲器是按地址存放信息的，存取速度一般與地址無關。32位（比特）的地址最大能表達4GB的存儲器地址。這對多數應用已經足夠，但對於某些特大運算量的應用和特大型資料庫已顯得不夠，從而對64位結構提出需求。
3、外儲存器
輔助存儲器又稱外存儲器（簡稱外存）。指除計算機內存及CPU緩存以外的儲存器，此類儲存器一般斷電後仍然能保存數據。常見的外存儲器有硬碟、軟盤、光碟、U盤等。
(1)時間接線器由哪2個存儲器組成擴展閱讀
計算機的主存儲器不能同時滿足存取速度快、存儲容量大和成本低的要求，在計算機中必須有速度由慢到快、容量由大到小的多級層次存儲器，以最優的控制調度演算法和合理的成本，構成具有性能可接受的存儲系統。存儲系統的性能在計算機中的地位日趨重要，主要原因是：
1、馮諾伊曼體系結構是建築在存儲程序概念的基礎上，訪存操作約佔中央處理器（CPU）時間的70%左右。
2、存儲管理與組織的好壞影響到整機效率。
3、現代的信息處理，如圖像處理、資料庫、知識庫、語音識別、多媒體等對存儲系統的要求很高。
❷ PLC存儲器的組成有哪些各部分的作用是什麼
PLC存儲器分為系統程序存儲器和用戶存儲器。
系統程序存儲器用以存放系統程序，包括管理程序，監控程序以及對用戶程序做編譯處理的解釋編譯程序。由只讀存儲器、ROM組成。廠家使用的，內容不可更改，斷電不消失。
用戶存儲器：分為用戶程序存儲區和工作數據存儲區。由隨機存取存儲器（RAM）組成。用戶使用的。斷電內容消失。常用高效的鋰電池作為後備電源，壽命一般為3~5年。
lc基本結構基本相同，主要有CPU,電源，儲存器和輸入輸出介面電路等組成。中央處理器單元一般由控制器、運算器和寄存器組成。
CPU通過地址匯流排、數據匯流排、控制匯流排與儲存單元、輸入輸出介面、通信介面、擴展介面相連。CPU是PLC的核心，它不斷採集輸入信號，執行用戶程序，刷新系統輸出。
PLC的存儲器包括系統存儲器和用戶存儲器兩種。系統存儲器用於存放PLC的系統程序，用戶存儲器用於存放PLC的用戶程序。現在的PLC一般均採用可電擦除的E2PROM存儲器來作為系統存儲器和用戶存儲器。
(2)時間接線器由哪2個存儲器組成擴展閱讀：
PLC的輸入介面電路的作用是將按鈕、行程開關或感測器等產生的信號輸入CPU；PLC的輸出介面電路的作用是將CPU向外輸出的信號轉換成可以驅動外部執行元件的信號，以便控制接觸器線圈等電器的通、斷電。PLC的輸入輸出介面電路一般採用光耦合隔離技術，可以有效地保護內部電路。
輸入介面電路
PLC的輸入介面電路可分為直流輸入電路和交流輸入電路。直流輸入電路的延遲時間比較短，可以直接與接近開關，光電開關等電子輸入裝置連接；交流輸入電路適用於在有油霧、粉塵的惡劣環境下使用。
交流輸入電路和直流輸入電路類似，外接的輸入電源改為220V交流電源。
輸出介面電路通常有3種類型：繼電器輸出型、晶體管輸出型和晶閘管輸出型。
繼電器輸出型、晶體管輸出型和晶閘管輸出型的輸出電路類似，只是晶體管或晶閘管代替繼電器來控制外部負載。
當可編程邏輯控制器投入運行後，其工作過程一般分為三個階段，即輸入采樣、用戶程序執行和輸出刷新三個階段。完成上述三個階段稱作一個掃描周期。在整個運行期間，可編程邏輯控制器的CPU以一定的掃描速度重復執行上述三個階段。
根據上述過程的描述，可以對PLC工作過程的特點小結如下：
①PLC採用集中采樣、集中輸出的工作方式，這種方式減少了外界干擾的影響。
②PLC的工作過程是循環掃描的過程，循環掃描時間的長短取決於指令執行速度、用戶程序的長度等因素。
③輸出對輸入的影響有滯後現象。PLC採用集中采樣、集中輸出的工作方式，當采樣階段結束後，輸入狀態的變化將要等到下一個采樣周期才能被接收，因此這個滯後時間的長短又主要取決於循環周期的長短。此外，影響滯後時間的因素還有輸入濾波時間、輸出電路的滯後時間等。
④輸出映像寄存器的內容取決於用戶程序掃描執行的結果。
⑤輸出鎖存器的內容由上一次輸出刷新期間輸出映像寄存器中的數據決定。
⑥PLC當前實際的輸出狀態有輸出鎖存器的內容決定。
功能特點
(1)可靠性高。由於PLC大都採用單片微型計算機，因而集成度高，再加上相應的保護電路及自診斷功能，提高了系統的可靠性。
(2)編程容易。PLC的編程多採用繼電器控制梯形圖及命令語句，其數量比微型機指令要少得多，除中、高檔PLC外，一般的小型PLC只有16條左右。由於梯形圖形象而簡單，因此容易掌握、使用方便，甚至不需要計算機專業知識，就可進行編程。
(3)組態靈活。由於PLC採用積木式結構，用戶只需要簡單地組合，便可靈活地改變控制系統的功能和規模，因此，可適用於任何控制系統。
(4)輸入/輸出功能模塊齊全。PLC的最大優點之一，是針對不同的現場信號(如直流或交流、開關量、數字量或模擬量、電壓或電流等)，均有相應的模板可與工業現場的器件(如按鈕、開關、感測電流變送器、電機啟動器或控制閥等)直接連接，並通過匯流排與CPU主板連接。
(5)安裝方便。與計算機系統相比，PLC的安裝既不需要專用機房，也不需要嚴格的屏蔽措施。使用時只需把檢測器件與執行機構和PLC的I/O介面端子正確連接，便可正常工作。
(6)運行速度快。由於PLC的控制是由程序控制執行的，因而不論其可靠性還是運行速度，都是繼電器邏輯控制無法相比的。
近年來，微處理器的使用，特別是隨著單片機大量採用，大大增強了PLC的能力，並且使PLC與微型機控制系統之間的差別越來越小，特別是高檔PLC更是如此。
❸ 時間接線器的原理及性能分析
一種通信系統中使用的時間接線器及其控制方法，採用16位數據匯流排來控制存儲器，用9個低位代表關於輸入埠和時隙的信息，用6個高位代表輸出轉換所需的信息，使用16位控制可以去掉現有的時間接線器中不必要的那些元件，從而簡化了時間接線器的結構，並且可以縮短切換時間，另外，本發明的時間接線器還能夠在時間接線器內部執行增益控制，而不需要外部增益控制過程。
❹ 存儲器有哪些
構成存儲器的存儲介質主要採用半導體器件和磁性材料。存儲器中最小的存儲單位就是一個雙穩態半導體電路或一個CMOS晶體管或磁性材料的存儲元，它可存儲一個二進制代碼。由若干個存儲元組成一個存儲單元，然後再由許多存儲單元組成一個存儲器。
根據存儲材料的性能及使用方法的不同，存儲器有幾種不同的分類方法。
1．按存儲介質分類
半導體存儲器：用半導體器件組成的存儲器。
磁表面存儲器：用磁性材料做成的存儲器。
2．按存儲方式分類
隨機存儲器：任何存儲單元的內容都能被隨機存取，且存取時間和存儲單元的物理位置無關。
順序存儲器：只能按某種順序來存取，存取時間與存儲單元的物理位置有關。
3．按存儲器的讀寫功能分類
只讀存儲器(ROM)：存儲的內容是固定不變的，只能讀出而不能寫入的半導體存儲器。
隨機讀寫存儲器(RAM)：既能讀出又能寫入的半導體存儲器。
4．按信息的可保存性分類
非永久記憶的存儲器：斷電後信息即消失的存儲器。
永久記憶性存儲器：斷電後仍能保存信息的存儲器。
5．按在計算機系統中的作用分類
主存儲器（內存）：用於存放活動的程序和數據，其速度高、容量較小、每位價位高。
輔助存儲器（外存儲器）：主要用於存放當前不活躍的程序和數據，其速度慢、容量大、每位價位低。
緩沖存儲器：主要在兩個不同工作速度的部件起緩沖作用。
❺ T接線器有哪些部分組成各部分的容量如何計算（包括存儲單元的個數，每個存儲單元存儲的比特數。）
由話音存儲器 控制存儲器 串/並變換電路 組成
❻ 可以單獨使用T型接線器來組建交換機嗎如果能,為什麼還需要S型接線器呢
交換網路由T接線器和S接線器組成。
T接線器是時間接線器,由話音存儲器和控制存儲器組成。
❼ 計算機組成原理(三)存儲系統
輔存中的數據要調入主存後才能被CPU訪問
按存儲介質，存儲器可分為磁表面存儲器（磁碟、磁帶)、磁心存儲器半導體存儲器（MOS型存儲器、雙極型存儲器）和光存儲器（光碟)。
隨機存取存儲器（RAM）：讀寫任何一個存儲單元所需時間都相同，與存儲單元所在的物理位置無關，如內存條等
順序存取存儲器（SAM）：讀寫一個存儲單元所需時間取決於存儲單元所在的物理位置，如磁碟等
直接存取存儲器（DAM）：既有隨機存取特性，也有順序存取特性。先直接選取信息所在區域，然後按順序方式存取。如硬碟等
相聯存儲器，即可以按內容訪問的存儲器（CAM）可以按照內容檢索到存儲位置進行讀寫，「快表」就是一種相聯存儲器
讀寫存儲器—即可讀、也可寫（如：磁碟、內存、Cache）
只讀存儲器—只能讀，不能寫（如：實體音樂專輯通常採用CD-ROM，實體電影採用藍光光碟，BIOS通常寫在ROM中）
斷電後，存儲信息消失的存儲器——易失性存儲器（主存、Cache）
斷電後，存儲信息依然保持的存儲器——非易失性存儲器（磁碟、光碟）
信息讀出後，原存儲信息被破壞——破壞性讀出（如DRAM晶元，讀出數據後要進行重寫）
信息讀出後，原存儲信息不被破壞——非破壞性讀出（如SRAM晶元、磁碟、光碟）
存儲器晶元的基本電路如下
封裝後如下圖所示
圖中的每條線都會對應一個金屬引腳，另外還有供電引腳、接地引腳，故可以由此求引腳數目
n位地址對應2 n 個存儲單元
假如有8k×8位的存儲晶元，即
現代計算機通常按位元組編址，即每個位元組對應一個地址
但也支持按位元組定址、按字定址、按半字定址、按雙字定址
(Dynamic Random Access Memory，DRAM)即動態RAM，使用柵極電容存儲信息
(Static Random Access Memory，SRAM)即靜態RAM，使用雙穩態觸發器存儲信息
DRAM用於主存、SRAM用於Cache，兩者都屬於易失性存儲器
簡單模型下需要有 根選通線，而行列地址下僅需 根選通線
ROM晶元具有非易失性，斷電後數據不會丟失
主板上的BIOS晶元（ROM），存儲了「自舉裝入程序」，負責引導裝入操作系統（開機）。邏輯上，主存由 輔存RAM+ROM組成，且二者常統一編址
位擴展的連接方式是將多個存儲晶元的地址端、片選端和讀寫控制端相應並聯，數據端分別引出。
字擴展是指增加存儲器中字的數量，而位數不變。字擴展將晶元的地址線、數據線、讀寫控制線相應並聯，而由片選信號來區分各晶元的地址范圍。
實際上，存儲器往往需要同時擴充字和位。字位同時擴展是指既增加存儲字的數量，又增加存儲字長。
兩個埠對同一主存操作有以下4種情況：
當出現(3)(4)時，置「忙」信號為0，由判斷邏輯決定暫時關閉一個埠（即被延時），未被關閉的埠正常訪問，被關閉的埠延長一個很短的時間段後再訪問。
多體並行存儲器由多體模塊組成。每個模塊都有相同的容量和存取速度，各模塊都有獨立的讀寫控制電路、地址寄存器和數據寄存器。它們既能並行工作，又能交義工作。多體並行存儲器分為高位交叉編址（順序方式)和低位交叉編址（交叉方式)兩種.
①高位交叉編址
②低位交叉編址
採用「流水線」的方式並行存取（宏觀上並行，微觀上串列）,連續取n個存儲字耗時可縮短為
宏觀上，一個存儲周期內，m體交叉存儲器可以提供的數據量為單個模塊的m倍。存取周期為T，存取時間/匯流排傳輸周期為r，為了使流水線不間斷，應保證模塊數
單體多字系統的特點是存儲器中只有一個存儲體，每個存儲單元存儲m個字，匯流排寬度也為m個字。一次並行讀出m個字，地址必須順序排列並處於同一存儲單元。
缺點：每次只能同時取m個字，不能單獨取其中某個字；指令和數據在主存內必須是連續存放的
為便於Cache 和主存之間交換信息，Cache 和主存都被劃分為相等的塊，Cache 塊又稱Cache 行，每塊由若干位元組組成。塊的長度稱為塊長(Cache 行長)。由於Cache 的容量遠小於主存的容盤，所以Cache中的塊數要遠少於主存中的塊數，它僅保存主存中最活躍的若干塊的副本。因此 Cache 按照某種策略，預測CPU在未來一段時間內欲訪存的數據，將其裝入Cache.
將某些主存塊復制到Cache中，緩和CPU與主存之間的速度矛盾
CPU欲訪問的信息已在Cache中的比率稱為命中率H。先訪問Cache，若Cache未命中再訪問主存，系統的平均訪問時間t 為
同時訪問Cache和主存，若Cache命中則立即停止訪問主存系統的平均訪問時間t 為
空間局部性：在最近的未來要用到的信息(指令和數據)，很可能與現在正在使用的信息在存儲空間上是鄰近的
時間局部性：在最近的未來要用到的信息，很可能是現在正在使用的信息
基於局部性原理，不難想到，可以把CPU目前訪問的地址「周圍」的部分數據放到Cache中
直接映射方式不需要考慮替換演算法，僅全相聯映射和組相聯映射需要考慮
①隨機演算法(RAND):若Cache已滿，則隨機選擇一塊替換。實現簡單，但完全沒考慮局部性原理，命中率低，實際效果很不穩定
②先進先出演算法(FIFO):若Cache已滿，則替換最先被調入Cache的塊。實現簡單，依然沒考慮局部性原理
③近期最少使用演算法(LRU):為每一個Cache塊設置一個「計數器」，用於記錄每個Cache塊已經有多久沒被訪問了。當Cache滿後替換「計數器」最大的.基於「局部性原理」，LRU演算法的實際運行效果優秀，Cache命中率高。
④最不經常使用演算法(LFU):為每一個Cache塊設置一個「計數器」，用於記錄每個Cache塊被訪問過幾次。當Cache滿後替換「計數器」最小的.並沒有很好地遵循局部性原理，因此實際運行效果不如LRU
現代計算機常採用多級Cache，各級Cache之間常採用「全寫法+非寫分配法」；Cache-主存之間常採用「寫回法+寫分配法」
寫回法(write-back)：當CPU對Cache寫命中時，只修改Cache的內容，而不立即寫入主存，只有當此塊被換出時才寫回主存。減少了訪存次數，但存在數據不一致的隱患。
全寫法(寫直通法，write-through)：當CPU對Cache寫命中時，必須把數據同時寫入Cache和主存，一般使用寫緩沖(write buffer)。使用寫緩沖，CPU寫的速度很快，若寫操作不頻繁，則效果很好。若寫操作很頻繁，可能會因為寫緩沖飽和而發生阻塞訪存次數增加，速度變慢，但更能保證數據一致性
寫分配法(write-allocate)：當CPU對Cache寫不命中時，把主存中的塊調入Cache，在Cache中修改。通常搭配寫回法使用。
非寫分配法(not-write-allocate)：當CPU對Cache寫不命中時只寫入主存，不調入Cache。搭配全寫法使用。
頁式存儲系統：一個程序(進程)在邏輯上被分為若干個大小相等的「頁面」， 「頁面」大小與「塊」的大小相同 。每個頁面可以離散地放入不同的主存塊中。CPU執行的機器指令中，使用的是「邏輯地址」，因此需要通「頁表」將邏輯地址轉為物理地址。頁表的作用：記錄了每個邏輯頁面存放在哪個主存塊中
邏輯地址（虛地址）：程序員視角看到的地址
物理地址（實地址）：實際在主存中的地址
快表是一種「相聯存儲器」，可以按內容尋訪，表中存儲的是頁表項的副本；Cache中存儲的是主存塊的副本
地址映射表中每一行都有對應的標記項
主存-輔存：實現虛擬存儲系統，解決了主存容量不夠的問題
Cache-主存：解決了主存與CPU速度不匹配的問題
❽ T接線器和S接線器的主要區別
T接線器和S接線器的區別為：性質不同、組成不同、用途不同。
一、性質不同
1、T接線器：T接線器是時間接線器。
2、S接線器：S接線器是空間接線器。
二、組成不同
1、T接線器：T接線器由話音存儲器和控制存儲器組成。
2、S接線器：S接線器由電子交叉矩陣和控制存儲器組成。
三、用途不同
1、T接線器：T接線器在交換網路中用來充當時隙交換。
2、S接線器：S接線器是用來完成用戶鏈路間同一時隙的交換。
❾ 程式控制電話交換機在電信網中的地位與作用 論文。。
交換技術概述
5.1.1 基本概念
1．「交換」
「交換」即是在通信網大量的用戶終端之間，根據用戶通信的需要，在相應終端設備之間互相傳遞話音、圖像、數據等信息。使得各終端之間可以實現點到點、點到多點、多點到點或多點到多點等不同形式的信息交互。
通信網路中顯然會存在相當數量的用戶終端，若將所有的用戶終端實現一一互連、並使用開關加以控制，就能實現任意兩個用戶之間的通信，這種連接方式稱為直接相連，如圖5-1所示。
圖5-1直接相連方式
採用這種連接方式，當有N個用戶時，就需要設置 N*（N-1）對連接線路。若用戶數量有微小增加將導致連接線路數量急劇增加，且由於線路對每個用戶是專用的使得線路利用率不高。同時，為了實現通信過程的可控性，每個用戶終端處還需要設（N-l）個開關施加控制，因此這種互連方式既不經濟又很難操作，僅適應於極其簡單、規模很小的通信網路，不具有實用價值。
針對上述問題，一個可行的辦法是給為數眾多的用戶引人一個公用的互連設備——交換機，所有的用戶終端均各自通過一對專用線路連接到交換機上，這條連接線路稱為用戶線或用戶環路。交換機的作用是通過本身的控制功能實現任意兩個用戶終端的自由連接，交換機所在的位置即稱為交換節點。通過設置交換機，一方面大量減少了用戶線路的使用數量，降低了網路建設的成本；另一方面由於呼叫接續、選路等功能均由交換機實現，因此也降低了控制的復雜度、提高了網路的可靠性。這一方式如圖5-2所示。
圖5-2 交換相連方式
2．交換網路
顯然，當用戶數量較多、分布地域較廣時，就需要設置多個交換節點。各節點的交換機通過傳輸線路按照一定的拓撲結構（如星形網、環形網、樹形網、混合型網路等）互連即組成交換網路，如圖5-3所示。
圖5-3 交換網路
圖5-3中交換設備之間的連接線路稱為中繼線。此時交換節點的地位即類似於上文中的用戶終端，多個交換節點之間也不能直接相連，需要引入匯接交換節點，該節點的交換設備稱為匯接交換機。而交換網路中凡是直接與用戶話機或終端相連接的交換機稱為本地交換機。在話音通信網路中，本地交換機相應的交換局被稱為市話局或端局；裝有匯接交換機的局被稱為匯接局，通信距離比較遠的匯接交換機也叫長途交換機，相應的交換局所也稱為長途局。在分組交換網路，如常見的IP網路中，本地交換機對應的設備是邊緣路由器（交換機），匯接交換機對應的設備是核心路由器（交換機）、或者稱為骨幹路由器（交換機）。
電話通信網一般採用等級網路結構，對網路中每個交換節點分配一個等級，除最高級以外其它級的每個交換節點必須要連接到更高一級交換節點。網路等級越多接通一次呼叫需要轉接的次數越多，這樣的網路既佔用了大量線路又增加了網路管理的復雜程度，所以必須根據通信網路服務的地域范圍和用戶數量合理規劃交換網路的結構與網路拓撲。
3．交換設備的基本功能
以常見的話音通信網為例，電話交換機應能夠實現以下呼叫接續方式：
（1）本局接續：同一交換機兩條用戶線之間的連接；
（2）出局接續：在交換機用戶線與出中繼線之間的連接；
（3）入局接續：在交換機入中繼線與用戶線之間的連接；
（4）轉接接續：在交換機入中繼線與出中繼線之間的連接。
要實現上述各種接續控制，電話交換設備必須具有的基本功能包括：
（1）及時並正確地接收、識別沿著用戶線或中繼線送來的呼叫信號和目的地址信號；
（2）根據目的地址正確選擇路由，將通信雙方終端設備連接起來，這一過程稱為呼叫建立；
（3）啟動計費系統，監視用戶狀態的變化，准確統計通信時長；
（4）通信結束後根據收到的釋放信號及時拆除連接，這一過程稱為連接釋放。
把電話交換機的例子推廣到一般的電信交換系統，具有介面功能、互連功能、信令功能和控制功能是電信交換系統的四項基本技術功能。
（1）介面功能：介面分為用戶介面和中繼介面，其作用是分別將用戶線和中繼線連接到交換設備。採用不同交換技術的設備具有不同的介面。例如，程式控制數字電話交換設備要具有適配模擬用戶線、模擬中繼線和數字中繼線的介面電路；而N-ISDN交換設備要有適配 2B＋D的基本速率介面和30B＋D的基群速率介面；ATM交換設備要有適配不同碼率、不同業務的各種物理媒體介面；IP交換設備則需要提供各種能夠承載IP幀的傳輸媒體介面，如雙絞線乙太網介面、光纖乙太網介面等。
（2）互連功能：交換系統中採用互連網路（也稱交換網路）實現任意入線與任意出線之間的連接，對於不同交換方式其連接可以是物理的（磁石式交換、數字程式控制交換、光交換）也可以是虛擬連接（分組交換、信元交換）。互連網路的拓撲結構及網路內部的選路原則直接影響互連網路的服務質量。除了盡力設計無阻塞的網路拓撲結構還要配置雙套冗餘結構，以增強互連網路的故障恢復能力。
（3）控制功能：有效的控制功能是交換系統實現信息自動交換的保障。控制方式有集中和分散控制兩種基本方式，差別在於微處理機的配置方案，現代電信交換系統多數採用分散控制且控制功能大多以軟體實現。例如：程式控制電話交換機的地址信號識別和數字分析程序、ATM交換機的呼叫接納控制和自動路由控制等等、IP交換中的路由協議BGP、OSPF等。
（4）信令功能：信令是電信網中的接續控制指令，通過信令使得不同類型的終端設備、交換節點設備和傳輸設備協同運行。信令的傳遞需要通過規范化的一系列信令協議實現，由於交換技術的不斷發展，信令協議和信令方式也根據不同的應用有所不同。
5.1.2 交換技術的發展
交換技術最早源於電話通信，是現代通信網中最普通與常見的技術之一。交換技術從上個世紀初出現開始，一直到現在仍然在持續演進，交換技術的發展在很大程度上地反映了現代通信技術從人工到自動、從模擬到數字的發展。
1．模擬交換技術
第一個研究發明交換設備的人是一個名叫阿爾蒙.B.史端喬的美國人，他是美國堪薩斯一家殯儀館的老闆。他發覺，電話局的話務員不知是有意還是無意，常常把他的生意電話接到他的競爭者那裡，使他的多筆生意因此丟掉。為此他大為惱火，發誓要發明一種不要話務員接線的自動接線設備。從1889年到1891年，他潛心研究一種能自動接線的交換機，結果他成功了。1891年3月10日，他獲得了發明「步進制自動電話接線器」的專利權。1892年11月3日，用史端喬發明的接線器製成的「步進制自動電話交換機」在美國印第安納州的拉波特城投入使用，這便是世界上第一個自動電話局。從此，電話通信跨入了一個新時代。但是自動電話的大踏步發展是在20世紀。到20世紀20年代，世界上還只有15％的電話是自動電話。隨著自動電話技術的發展和進步，到20世紀50年代，世界上已有77％的電話是自動電話了。
史端喬發明的自動電話交換機的制式，為什麼叫做「步進制」？這是因為它是靠電話用戶撥號脈沖直接控制交換機的機械作一步一步動作的。例如，用戶撥號「1」，發出一個脈沖（所謂「脈沖」，就是一個很短時間的電流），這個脈沖使接線器中的電磁鐵吸動一次，接線器就向前動作一步。用戶撥號碼「2」，就發出兩個脈沖，使電磁鐵吸動兩次，接線器就向前動作兩步，由此類推。所以，這種交換機就叫做「步進制自動電話交換機」。
1919年，瑞典的電話工程師帕爾姆格倫和貝塔蘭德發明了一種自動接線器，叫做「縱橫制接線器」，並申請了專利。1929年，瑞典松茲瓦爾市建成了世界上第一個大型縱橫制電話局，擁有3500個用戶。「縱橫制」的名稱來自縱橫接線器的構造，它由一些縱棒、橫棒和電磁裝置構成，控制設備通過控制電磁裝置的電流可吸動相關的縱棒和橫棒的動作，使得縱棒和橫棒在某個交叉點接觸，從而實現接線的工作。
「縱橫制」和「步進制」都是利用電磁機械動作接線的，所以它們同屬於「機電制自動電話交換機」。但是縱橫制的機械動作很小，又採用貴重金屬的接觸點，因此比步進制交換機的動作雜訊小、磨損和機械維修工作量也小，而且工作壽命也較長。
另外，縱橫制與步進制的控制方式也不同。步進制是由用戶撥號直接控制它的機械動作的，叫做直接控制式；而縱橫制是用戶撥號要通過一個公共控制設備間接地控制接線器動作，因而叫做間接控制式。間接控制方式比直接控制方式有明顯的優點。例如，它的工作比較靈活，便於在有多個電話局組成的電話網中實現靈活的交換，便於實現長途電話自動化，還便於配合使用新技術、開放新業務等等。因而，它的出現使自動電話交換技術提高到一個新的水平。
縱橫制與步進制交換機在話路部分與控制部分均採用機械技術，被稱為模擬交換機。隨著電子技術、特別是半導體技術的發展，人們開始在交換機內部引入電子技術。最初引入電子技術的是在交換機的控制部分，而對於話音質量要求較高的話路部分仍然使用模擬技術，因此出現了空分式電子交換機和時分式電子交換機等准電子交換機。它們一般在話路部分採用機械觸點，而在控制部分採用電子器件，一般也歸類為模擬交換機。
2．電路交換
電路交換是最早發展的一種針對電話業務傳輸的交換技術。這種交換方式的最大特點是：在通話之前即為通話雙方建立一條通道，在通話過程中保持這條通道，一直到通話結束後拆除。
電路交換技術的主要代表是程式控制交換。70 年代初，在數字PCM傳輸大量應用的基礎上，法國成功地發展了對PCM數字信號直接交換的交換機，它在控制方面採用程式控制方式，通話接續則採用電子器件實現的時分交換方式，由於控制部分和接續部分都採用了電子器件，也就實現了全數字交換。這種全數字時分式程式控制交換技術，表現出種種優點，促使世界各國都競相發展這種程式控制數字交換技術。其實現技術不斷得到改進而使得性能更加優越，成本卻不斷下降，到了80 年代中期，已取代空分模擬程式控制交換而處於發展全盛時期，程式控制數字電話交換機開始在世界上普及。在數字程式控制交換技術之後發展起來的分組交換、報文交換等技術也均屬於數字交換技術的范疇。
3．分組交換
電路交換技術主要適用於傳送和話音相關的業務，這種網路交換方式對於數據業務而言，有著很大的局限性。首先數據通信具有很強的突發性，峰值比特率和平均比特率相差較大，如果採用電路交換技術，若按峰值比特率分配電路帶寬則會造成資源的極大浪費；如果按照平均比特率分配帶寬，則會造成數據的大量丟失。其次是和語音業務比較起來，數據業務對時延沒有嚴格的要求，但需要進行無差錯的傳輸，而語音信號可以有一定程度的失真但實時性一定要高。早期的X.25技術、以及現在的乙太網交換技術、IP交換技術均屬於典型的分組交換技術。
分組交換技術就是針對數據通信業務的特點而提出的一種交換方式，它的基本特點是面向無連接而採用存儲轉發的方式，將需要傳送的數據按照一定的長度分割成許多小段數據，並在數據之前增加相應的用於對數據進行選路和校驗等功能的頭部欄位，作為數據傳送的基本單元即分組。採用分組交換技術，在通信之前不需要建立連接，每個節點首先將前一節點送來的分組收下並保存在緩沖區中，然後根據分組頭部中的地址信息選擇適當的鏈路將其發送至下一個節點，這樣在通信過程中可以根據用戶的要求和網路的能力來動態分配帶寬。分組交換比電路交換的電路利用率高，但時延較大。從發送終端發出的各個分組，將由分組交換網根據分組內部的地址和控制信息被傳送到與接收終端連接的交換機，但對屬於同一數據幀的不同分組所經過的傳輸路徑卻不是唯一的，即各分組交換機通信時能夠根據交換網的當前狀態為各分組選擇不相同傳輸路徑，以免線路擁擠造成網路阻塞。與此相反，電路交換只能在建立通信的最初階段進行路徑選擇。當分組通過分組交換網被傳送到接收端的交換機之後，由分組交換機組裝功能根據各個分組內所攜帶的分組順序編號，對分組進行排列，並通過用戶線把按順序排列好的分組恢復為原來的數據傳送給相應的接收終端。
4．報文交換
報文交換技術和分組交換技術類似，也是採用存儲轉發機制，但報文交換是以報文作為傳送單元，由於報文長度差異很大，長報文可能導致很大的時延，並且對每個節點來說緩沖區的分配也比較困難，為了滿足各種長度報文的需要並且達到高效的目的，節點需要分配不同大小的緩沖區，否則就有可能造成數據傳送的失敗。在實際應用中報文交換主要用於傳輸報文較短、實時性要求較低的通信業務，如公用電報網。報文交換比分組交換出現的要早一些，分組交換是在報文交換的基礎上，將報文分割成分組進行傳輸，在傳輸時延和傳輸效率上進行了平衡，從而得到廣泛的應用。
5．ATM交換
分組交換技術的廣泛應用和發展，出現了傳送話音業務的電路交換網路和傳送數據業務的分組交換網路兩大網路共存的局面。語音業務和數據業務的分別傳送，促使人們思考一種新的技術來同時提供電路交換和分組交換的優點，並且同時向用戶提供統一的服務，包括話音業務、數據業務和圖像信息。由此，在20世紀80年代末由原CCITT提出了寬頻綜合業務數字網的概念，並提出了一種全新的技術——非同步傳送模式（ATM）。ATM技術將面向連接機制和分組機制相結合，在通信開始之前需要根據用戶的要求建立一定帶寬的連接，但是該連接並不獨占某個物理通道，而是和其他連接統計復用某個物理通道，同時所有的媒體信息，包括語音、數據和圖像信息都被分割並封裝成固定長度的分組在網路中傳送和交換。
ATM另一個突出的特點就是提出了保證QoS的完備機制，同時由於光纖通信提供了低誤碼率的傳輸通道，所以可以將流量控制和差錯控制移到用戶終端，網路只負責信息的交換和傳送，從而使傳輸時延減少，ATM非常適合傳送高速數據業務。從技術角度來講，ATM幾乎無懈可擊，但ATM技術的復雜性導致了ATM交換機造價極為昂貴，並且在ATM技術上之上沒有推出新的業務來驅動ATM市場，從而制約了ATM技術的發展。目前ATM交換機主要用在骨幹網路中，主要利用ATM交換的高速特性和ATM傳輸對QoS的保證機制，並且主要是提供半永久的連接。
6．光交換
由於光纖傳輸技術的不斷發展，目前在傳輸領域中光傳輸已佔主導地位。光傳輸速率已在向每秒太比特的數量級進軍，其高速、寬頻的傳輸特性，使得以電信號分組交換為主的交換方式已很難適應，而且在這一方式下必須在中轉節點經過光電轉換，無法充分利用底層所提供的帶寬資源。在這種情況下一種新型的交換技術——光交換便誕生了。光交換技術也是一種光纖通信技術，它是指不經過任何光／電轉換，在光域直接將輸入光信號交換到不同的輸出端。光交換技術的最終發展趨勢將是光控制下的全光交換，並與光傳輸技術完美結合，即數據從源節點到目的節點的傳輸過程都在光域內進行。
5.2 數字程式控制交換
5.2.1 呼叫處理的一般過程
首先我們以用戶主叫的情況為例，說明數字程式控制交換機進行呼叫接續處理的一般過程。
（1）當用戶摘機時，由於線路電壓的變化，用戶電路即會檢測到這一動作，交換機調查用戶的類別，以區分一般電話、投幣電話、小交換機等，尋找一個空閑收號器並向用戶傳送拔號音；
（2）用戶拔號時，停送撥號音，啟動收號器進行收號並對收到的號碼按位存儲；
（3）在預處理中分析號首，以決定呼叫類別（本局、出局、長途、特服等），並決定一共該收幾位號；當收到一個完整有效的號碼後，交換機即根據此號碼進行號碼分析；
（4）根據號碼分析的結果向被叫所在的本地交換局查找是否存在空閑線路，以及被叫狀態。如果條件都滿足，則佔用資源，並向主叫用戶送回鈴音，以及向被叫用戶振鈴；
（5）被叫用戶摘機之後，話音即在分配的線路上傳輸，同時啟動計費設備開始計費，並監視主、被叫用戶狀態；
（6）當一方掛機之後，即拆線，釋放資源，停止計費操作，並向另一方傳送忙音。此時就完成了一個完整的正常呼叫流程。
5.2.2 數字交換網路的工作原理
數字程式控制交換機的核心組成部分即是交換網路，它具有以下特點。
（1）直接交換數字信號：在多被叫用戶的用戶電路之間，用戶話音都是以數字信號的形式存在，因此不必像模擬交換機那樣進行多次數/模和模/數的轉換。而且數字信號，可以方便在集成電路中進行處理，所以可以設計復雜度更高，規模更大的交換網路；
（2）根據主被叫號碼進行交換；在收號完成之後，控制電路會進行號碼分析，並根據號碼分析的結果產生相應的信息來選擇呼叫接續的路由，而經過各交換機建立呼叫路由的過程即是交換的過程，早期的步進式交換機是根據用戶的拔號脈沖來選擇交換路由；
（3）時隙交換：交換實際上就是將不同線路，不同時隙上的信息進行交換，對這些不同空間和不同時間信號進行搬移，例如：將入中繼線1上的TS5與出中繼線4上的TS18進行交換，如圖5-4所示。
圖5-4時隙交換
程式控制交換機的交換網路根據交換網路的組織形式可以分為時分交換網路、空分交換網路、以及混合型交換網路幾種類型。
1．時分交換
（1）時分交換對應的是T接線器，它完成的是同一中繼線上不同時隙之間的交換；
（2）組成：T接線器由話音存儲器和控制存儲器完成，話音存儲器用於存儲輸入復用線上，各話路時隙的8bit編碼數字話音信號；控制存儲器用於存儲話音存儲器的讀出或寫入地址，作用是控制話音存儲器各單元內容的讀出或寫入順序；
（3）依據對話音存儲器的讀寫控制方式不同，又可以分為順序寫入控制讀出和控制寫入順序讀出兩種。
① 順序寫入控制讀出：話音存儲器中的內容是按照時隙到達的先後順序寫入的，但它的讀出受到控制存儲器的控制，根據交換的要求來決定話音存儲器中的內容在哪一個時隙被讀出；
② 控制寫入順序讀出：話音存儲器的寫入受控制存儲器的控制，即根據出中繼線的目的時隙來決定入中繼線各個時隙中內容被寫入話音存儲器的位置，而讀出則是從話音存儲器中順序依次讀出。
時分交換的原理如圖5-5所示。
圖5-5 時分交換方式
2．空分交換：
（1）空分交換又稱為S接線器，功能是完成不同中繼線的同一時隙內容的交換。
（2）組成；空分交換器，由交叉結點矩陣和控制存儲器組成。交叉結點矩陣為每一入中繼線提供了和任一出中繼線相交的可能，這些相交點的閉合時刻就由控制存儲器控制。空分交換器也包括輸出控制和輸入控制兩種類型。
空分交換的原理如圖5-6所示。
圖5-6 空分交換方式
3．復合型交換網路：
對於大規模的交換網路，必須即能實現同一中繼線不同時隙之間的交換又能實現不同中繼線相同時隙之間的交換，因此需要將時分交換和空分交換相結合組成復合型交換網路。
（1）TST型交換網路：這是大規模交換網路中應用最為廣泛的一種形式。其中：採用輸入T接線器完成同一入中繼線不同時隙之間的交換；S接線器負責不同母線之間的空分交換；輸出T接線器負責同一出中繼線不同時隙之間的交換。各接線器採用哪一種控制方式可以任意選擇，而輸入/輸出T接線器都需要利用交換機內部的空閑時隙來完成交換；
（2）STS交換網路：首先輸入的S接線器將時隙信號交換到內部的空閑鏈路；然後T接線器將這一鏈路上的信號交換到需要的時隙；最後再由輸出S接線器將此信號交換到需要的鏈路；
（3）多級交換網路：除了以上兩種三級交換網路以外還存在著多級交換網路。例如TSST組成的四級網路，TSSST組成的五級網路等。
（4）交換網路的集成化：隨著數字交換技術的發展，一些晶元廠商推出了交換網路的集成晶元，目前2048×2048、4096×4096交換規模的交換晶元已經是非常成熟的商用晶元。
5.2.3 程式控制交換機的組成
1．基本組成
電話交換機主要由話路設備和控制設備兩部分組成。
（1）話路設備：完成主被叫之間的呼叫接續，具體傳遞用戶之間的話音信號。用戶電路、交換網路、出中繼電路、入中繼電路均屬於話路設備；
（2）控制系統：控制系統控制以上這些呼叫接續動作，程式控制交換機的控制是通過運行在中央處理器中的軟體完成的。控制系統的功能包括兩個方面：一方面是對呼叫進行處理；另一方面對整個交換系統的運行進行管理、監測和維護。控制系統的硬體由三部分組成：一是中央處理器（CPU），它可以是一般數字計算機的中央處理晶元、也可以是交換系統專用晶元；二是存儲器，它存儲交換系統的常用程序和正在執行的程序以及執行數據；三是輸入輸出系統，包括鍵盤、列印機、外存儲器等，可根據指令列印出系統數據、存儲非常用運行程序，在程序運行時刻調入內存儲器。
2．用戶電路的組成
用戶電路是交換網路和用戶線間的介面電路，它的作用是：一方面把語音信息（模擬或數字）傳送給交換網路；另一方面把用戶線上的其它信號（如鈴流等）和交換網路隔離開來，以免損壞交換網路。用戶電路的功能可以用BORSCHT概括，相應的分別對應不同的功能模塊，以下分別說明。
（1）饋電B：向用戶話機供電，在我國饋電電壓為-48V或-60V，如果用戶線距離較長，則饋電電壓還可能提高；
（2）過壓保護O：用戶線是外線，可能遭到雷電襲擊或與高壓線相碰，因此必須設置過壓保護電路以保護交換機內部。通常用戶線在配線時已經設置了氣體放電裝置，但經過氣體放電裝置的電壓仍可能有上百伏，過壓保護電路主要針對的是這個電壓；
（3）振鈴R：由於振鈴電壓較高，我國規定為75V±15V，因此還是採用由電子元件控制振鈴繼電器來實現，鈴流的產生由繼電器接點的通斷控制。也有交換機採用高壓電子器件來實現振鈴功能；
（4）監視S：通過監視用戶線的直流電流來確定用戶線迴路的通斷狀態，進而檢測摘機、掛機、拔號、通話等用戶狀態；
（5）編解碼與濾波C：完成模擬話音信號和數字信號之間的轉換，包括抽樣、量化、編碼三個步驟。此外還負責濾除話音頻帶以外的頻率成份；
（6）混合電路H：混合電路完成二線/四線之間的轉換功能，用戶線的模擬信號是二線雙向的，但PCM中繼線的信號是四線單向的。因此在編碼之前，或是解碼之後要完成二線/四線的轉換；
（7）測試T：負責將用戶線接到測試設備以便對用戶線進行測試。
除去以上七項基本功能之外，用戶電路還具有極性倒換、衰減控制、計費脈沖發送，特殊話機控制（如投幣電話）等功能。
5.2.4 程式控制交換機的分類
（1）根據所服務的范圍不同：可以分為局用交換機和用戶交換機。前者在多個本地交換局或匯接局之間完成交換。通過出入中繼線與其它交換局相連。後者直接與用戶通過本地用戶線相連，將這些用戶的呼叫匯接之後，再通過中繼線與其它交換局相連；
（2）根據交換方式的不同：可以分為空分交換和時分交換。這實際上是交換網路的工作方式。實用的大規模電話交換機，也經常採用混合交換方式；
（3）根據交換的話音信號不同：可以分為模擬交換機和數字交換機，前者包括機電式交換機，空分式交換機。後者交換的對象都是經過編碼之後的數字信號。
❿ 接線器的工作原理
接線器，就是集線器，也稱作HUB，是連接區域網的一種設備，具有一些路由器的功能，但其工作狀態還是在物理層。工作原理：從用戶電路來的4個pcm母線進入復用器，復用器的任務是首先 將串列碼變成並行碼（8位），並將4路pcm合並，即將4路串列2mbps的話音信號分別經串/並變換後，轉變成256kbps的並行話音信號，然後再復用成為1mbps的並行碼，送入t級接線器的話音存儲器。不管該時隙的用戶是否佔用，話音時隙均按時鍾規定的順序地址，周期地寫入該話音存儲器。話音存儲器的讀出則在控制存儲器所決定的地址控制下進行。話音存儲器的輸出端接分路器，分路器的作用與復用器相反，是將一個並行通路分成4個串列通路，然後接入選組級。t接線器的輸出端也為1mbps的8位並行碼，經分路器後輸出2mbps的串列碼。