外部設備的接口

接口的概念串行接口并行接口

USB接口IEEE-1394接口

IDE接口

SCSI接口紅外接口IrDA6.1接口的基本知識6.1.1PC機接口概述接口：用于完成計算機主機系統與外部設備之間的信息交換。一般接口由接口電路、連接器(連接電纜)和接口軟件(程序)組成。主機系統(CPU系統)總線接口電路連接電纜外部設備計算機硬件技術基礎PC機的模塊構成存儲器CPU硬盤接口軟驅接口硬盤軟盤驅動器通信接口光盤驅動器串行接口并行接口電源220VAC+12/-12+5/-5專用接口鍵盤揚聲器顯示卡聲卡顯示器音箱總線插槽打印機調制解調器掃描儀網卡局域網鼠標器USB總線微型機主機板微型機主機箱6.1接口的基本知識

In/Out指令、I/O總線、接口電路的關系I/O接口I/O總線I/O設備CPU在程序中執行輸入/輸出(In/Out)指令，產生讀/寫和地址信號，地址指向特定的接口電路輸入/輸出指令產生的總線信號送到各個I/O接口電路不同的接口電路識別特定的地址組合(地址譯碼)，被選通的接口打開數據傳送通道讀(In)：接口中的數據→CPU寫(Out):CPU數據→I/O接口計算機硬件技術基礎CPU指令INAL,07OUT08,AL…產生特定的I/O總線信號使指定的接口電路響應接口電路接口電路接口電路接口電路

不同的接口電路占用不同的端口地址。不同的接口電路有不同的操作方法，體現在接口編程中。外設6.1接口的基本知識

In/Out指令、I/O總線、接口電路的關系計算機硬件技術基礎一個簡單的接口電路(輸出)框圖具有緩沖寄存器的輸出接口電路RS數據總線D0~D7外部數據D0~D7寫控制(WR)：將數據寫入輸出寄存器，1→RS狀態(RS)：通知CPU緩沖寄存器是否空，可接CPU中斷系統讀控制(RD)：讀取緩沖寄存器數據，0→RS狀態(RS)：通知外設緩沖寄存器是否滿CPU端(I/O總線)地址譯碼地址總線控制總線外設端6.1接口的基本知識

——最簡單的接口電路計算機硬件技術基礎雙向緩沖數據總線發送數據緩沖存儲接收數據緩沖存儲接口控制電路控制寄存器線路驅動信號變換地址譯碼地址總線狀態寄存器中斷讀寫控制接口信號線6.1接口的基本知識

——典型的簡單接口電路構成計算機硬件技術基礎

接口的功能

接口一般具有數據傳送、數據緩沖、信號變換、中斷等功能。數據傳送：CPU執行輸入/輸出指令與外部設備交換數據。數據緩沖：用于輸入輸出過程中的暫存，對方不能及時接收數據時，將數據暫存在接口電路中。根據接口的需要可以是一個或幾個字節，也可也是數據存儲區。信號變換：完成計算機數字信號與I/O設備信號(如模擬信號、開關信號、計數脈沖等)的相互轉換。中斷：大多數接口電路有中斷功能，以提高接口程序的效率。6.1接口的基本知識

——接口的4大功能計算機硬件技術基礎6.1.2接口的操作(p148)接口的操作：程序對接口的訪問（讀/寫）方式。不同的接口電路支持不同的操作方式。1.查詢控制方式：通過程序監測接口的狀態，見圖6-2。6.1接口的基本知識

接口的控制方式——查詢接口電路數據地址譯碼地址總線控制總線端口連接器讀選通命令：控制接口電路將數據送數據總線。接口狀態：指示接口電路中是否有未讀的數據。使用端口讀命令查詢。三態門數據總線計算機硬件技術基礎例如：串行端口1(COM1:)，使用地址為3F8~3FE的I/O端口6.1接口的基本知識地址 方向用途說明3F8 IN/OUT 數據接收/發送寄存器，數據輸入和輸出3F9 OUT 中斷允許寄存器，設定是否允許產生中斷3FA IN 中斷標志寄存器，指示中斷類型3FB OUT 線路控制寄存器，用于完成對接口電路的控制3FC OUT MODEM控制寄存器3FD IN 線路狀態寄存器，指示接口電路的狀態3FE IN MODEM狀態寄存器例如其中：線路狀態寄存器(3FD)：保留D7發送移位寄存器D6發送保持寄存器D5接收間斷錯誤D4接收格式錯誤D3接收奇偶錯誤D2接收超越錯誤D1接收數據就緒D0查詢控制方式的特點：簡單、程序開銷大(效率低)。計算機硬件技術基礎6.1接口的基本知識

接口的控制方式——中斷

2.中斷控制方式：接口狀態改變時產生中斷，通過中斷信號調用中斷處理來處理接口事件。接口電路端口連接器接口中斷(送CPU中斷處理電路)：指示接口電路有需要處理的事件，如收到數據、發送完畢、數據錯誤等。接口數據接口狀態接口狀態：CPU被中斷后，調用中斷處理程序，讀接口狀態后便可知道需要作什么處理。特點：接口需要中斷支持(占用中斷資源)，編程復雜，效率高。計算機硬件技術基礎

中斷控制方式的程序分為兩部分：主程序和中斷處理程序。6.1接口的基本知識

接口的控制方式——中斷將中斷處理程序調入內存設置中斷向量指向中斷處理程序主處理程序清除中斷處理程序退出開始結束中斷進入接收?發送?發送數據接收數據錯誤?錯誤處理….返回……數據區NoYesNoYesYesNoYesNo計算機硬件技術基礎6.1接口的基本知識

接口的控制方式3.DMA方式：通過DMA控制器(DMAC)完成內存與端口之間的數據傳送，適合大批量數據的集中傳送，且傳送速度快。如硬盤、聲卡、視頻卡、網卡等。DMA方式的工作過程：4.I/O處理機(通信處理機)方式：由一臺專用的計算機完成輸入/輸出處理。一般的大型計算機系統都有通信處理機。①外設向DMAC發出請求信號；②

DMAC向CPU發出請求；③

CPU響應后向DMAC發出允許信號，同時讓出總線控制權；④

DMAC接管總線，發出總線信號，完成數據傳送；⑤DMAC向CPU發出結束請求；⑥

CPU響應結束請求，接管總線。計算機硬件技術基礎6.2串行接口－SerialPort

——基本概念串行接口：數據以串行(逐位)的方式傳送的接口叫串行接口。發送時先將并行的字節轉換成串行的位并逐位發送，接收時再將逐位收到的數據位拼裝成字節。特點：是接口線數少、傳送距離長、速度慢、電路復雜(必須有“串→并”和“并→串”變換和位同步控制電路)。串行信號：由起始位、數據位、停止位構成。傳送單位為字節。串行信號波形：110101105~8個數據位停止位起始位6.2.1

串行接口標準計算機硬件技術基礎6.2串行接口

并串變換電路

在發送數據時要完成并行到串行的變換，接收是完成串行到并行的轉換。接口電路（雙緩沖）1100110110101011主機系統總線接口連接器10011011串行時鐘計算機硬件技術基礎6.2.2RS-232-C串行接口機械特性1.連接器：采用DB25和DB9(D型)連接器，DB25多為早期設備使用，DB9多為現在使用。2.電纜長度：RS-232C電纜的最大長度和線纜類型、通信速率等有關，一般情況下限制在15米。串行接口1(COM1)串行接口2(COM2)集成聲卡SPK,OUT,INUSB(兩個)鼠標(PS/2)鍵盤并行接口集成聲卡游戲桿/MIDI6.2串行接口

——RS-232-C串行接口標準計算機硬件技術基礎1659CD:載波檢測

1RxD:接收數據

2TxD:發送數據

3DTR:數據終端就緒

4GND:地線

5DSR:數據設備就緒

6RTS:請求發送

7CTS:清除發送

8RI:振鈴指示

9外部設備DCE主機DTE

DB9連接器：6.2串行接口

——RS-232-C串行接口連接線

其中：RxD/TxD為數據接收/發送線，GND為公共地線，其他信號線為控制/狀態線。

RS-232-C接口連接的兩端分別為DTE和DCE端。DTE:DataTerminalEquipmentDCE:DataCommunicationEquipment計算機硬件技術基礎6.2.3RS-232-C串行接口電氣特性信號電平：采用雙極非平衡方式，負電平(-3~-15V)代表邏輯1，正電平(+3~+15V)代表邏輯0。一般使用±12V。

RS-232-C的電平轉換：在接口電路完成內部邏輯電平(0~3/5V)與接口信號電平(-12~+12V)的轉換。6.2串行接口

——關于電平TTL電平RS-232電平+5V0V+12V-12V11010110發送接收計算機硬件技術基礎

6.2.4RS-232C接口信號2.接口參數①可設定的通信速率：150、300、600、1200、2400、3600、4800、7200、9600、14400、19200、28800、33600、38400、57600、115200BPS(Burd:BitPerSecond)。②可設定5~8個數據位。③可設定1、1.5、2個停止位。④可設定字節校驗為奇校驗、偶校驗或無校驗等。通信雙方（DTE和DCE）必須約定好使用的通信速率和其他參數。6.2串行接口

——關于接口參數計算機硬件技術基礎

3.接口信號說明(→:DTE到DCE，←:DCE到DTE)TxD (TransmittedData→):數據發送。RxD (ReceiveData←):數據接收。RTS (RequestToSend→):請求發送，表示要求發送數據到DCE。CTS (ClearToSend←):清除發送(允許發送)，表示DCE可以接收數據，對RTS的應答。DTR (DataTerminalReady→):數據終端就緒，表示DTE準備就緒。DSR (DataSetReady←):數據設備就緒，表示DEC準備就緒。RI (RingIndicator←):振鈴檢測指示，MODEM使用。CD (CarrierDetect←):載波檢測指示，MODEM使用。6.2串行接口

——關于接口參數計算機硬件技術基礎4.接口信號說明舉例DCE為MODEM，DTE為PC機。通信方式為全雙工(可不使用RTS和CTS)事件DTRDSRRICDRxDTxD

MODEM檢測到振鈴 －－＋－－－

初始狀態 －－－－－－

PC收到振鈴，啟動軟件 ＋－＋－－－MODEM摘機，發出載波 ＋＋－－－－MODEM收到對方的載波 ＋＋－＋－－開始傳送(發送,接收)數據

＋＋－＋數據數據數據傳送完畢，PC拆線

－＋－＋－－

MODEM掛機

－－－－－－PCMODEM電話網RS-232電話線路電話線路RS-232MODEMPC

6.3并行接口－ParallelPort并行接口：數據以并行方式傳送，每次傳送一個字節(8位)或字(16位)。特點：速度比串行口快的多(150K～2MB/s)；接口線多。用途：PC機并行接口一般用于接打印機，早期也可用于接外置硬盤、光驅等。接PC機接打印機打印機電纜插座計算機硬件技術基礎

6.3并行接口6.3.1并行接口引線定義計算機硬件技術基礎

6.3并行接口STB:

低電平有效，用于主機對打印機的數據選通。AUTOLF:

低電平有效，打印完后自動走紙換行。INIT:

低電平有效，使打印機的控制器初始化信號，并同時清除打印緩沖區。SLCTIN:

低電平有效，使打印機處于聯機狀態。ACK:

低電平有效，表示打印機準備好，可以接收數據。BUSY:

高電平有效，表示打印機處于忙狀態。PE:

高電平有效，表示打印機缺紙。SLCT:

高電平有效，表示打印機為聯機狀態。ERROR:低電平有效，表示打印機出錯，包括無紙、脫機以及錯誤狀態。計算機硬件技術基礎

6.3并行接口

——并行接口標準6.3.3并行接口新標準最早(PC機初期)的并行口只有輸出沒有輸入功能，只適合接打印機。之后并行口的改進模式：標準并行口(4位)：增加4位輸入能力，輸出速率150KB/s，輸入速率50KB/s。2.雙向并行口(SPP)：8位輸入，雙向傳輸速率150KB/s。3.增強并行口(EPP)：高速雙向，傳輸速率500KB~2MB/s。適合雙向高速傳送。4.增強性能并行口(ECP)：高速雙向，傳輸速率500KB~2.5MB/s。需要DMA支持。適合單向高速傳送。

目前的PC機都支持EPP和ECP模式。一般可通過BIOS設置為EPP+ECP模式。計算機硬件技術基礎

6.4USB(UniversalSerialBus)接口6.4.1USB接口的發展

由Compaq、Intel、Microsoft、NEC等公司于96年共同研制發布。目前使用的有USB1.1和USB2.0兩個版本。Microsoft從Windows98SE開始全面支持USB。計算機硬件技術基礎6.4.2USB簡介

USB是一種全新的，高速、靈活、通用、方便、可靠的接口。1.物理接口引腳信號名1VCC+5V電源2-Data信號負3+Data信號正4GND地線6.4USB接口計算機硬件技術基礎2.連接方式PC機的USB接口可以連接外設、復合設備和集線器。最多可以連接5級集線器，最多可連接127臺外設和集線器。6.4USB接口復合外設主機7端口集線器外設外設USB12端口集線器USB2計算機硬件技術基礎

3.速度USB1.1的高速模式為12Mb/s，低速模式為1.5Mb/s。USB采用半雙工傳輸方式。但當一個USB連接多個設備時，各個設備共享12Mb/s的傳輸帶寬。在傳輸的信息中還攜帶有狀態、控制和差錯校驗信息，實際的信息傳輸速率要低一些，只連接一臺設備時，最高有效傳輸速率約為9.6Mb/s。USB2.0的最高傳輸速率為480Mb/s。4.可靠性USB采用平衡傳輸方式，抗干擾性好。USB帶糾錯能力，可完成對軟件透明的檢錯和重發。6.4USB接口計算機硬件技術基礎

5.使用方便自帶+5VDC電源，可輸出500mA。具有熱插拔能力。6.節省資源節省系統硬件資源，尤其是中斷線和DMA通道。四種傳輸模式，以適合不同應用：控制傳輸：適合高可靠、復雜的傳輸。中斷傳輸：適合少量數據、需及時處理的傳輸，如鍵盤、鼠標等。批量傳輸：適合大量突發性傳輸，如外存儲器、打印機等。實時傳輸：適合可靠性要求不高、實時性要求高的傳輸，如音視頻。6.4USB接口計算機硬件技術基礎

6.5IEEE-1394接口－FireWire(火線)6.5.1IEEE-1394簡介

由IEEE(TheInstituteofElectricalandElectronicEngineers電氣和電子工程師協會)于1995年發布。使用六芯傳輸——差分數據對、差分時鐘對及電源和地線，可通過電源線提供1.5A電流。傳輸速率為100、200和400Mb/s，最多支持63個外部設備。6.5.2IEEE-1394與USB比較1394： 速度快、成本高。主要用于數字視頻傳輸。USB： 普及、成本低。可應用于各種中、低速外設。目前在筆記本計算機和數字音視頻設備上都有IEEE1394接口。計算機硬件技術基礎 IDE的正式名稱為ATA(AT附屬)，IDE的初始版本由早期16位ISA總線(又叫AT總線)演變而來。用途：IDE接口目前主要用于連接硬盤的光盤驅動器。一般通過軟電纜連接主機的IDE接口和硬盤及光驅。6.6IDE接口－IntegratedDriveElectronics計算機硬件技術基礎IDE連接方式PC機一般有2個IDE接口，每個IDE接口可以連接2個IDE外設，最多可以連接4個設備。6.6IDE接口主機板IDE1IDE2MASTERSLAVEMASTERSLAVE主機板IDE1IDE2硬盤(master)光驅(master)計算機硬件技術基礎6.6.1IDE版本6.6IDE接口計算機硬件技術基礎

CHS:

(Cylinder-Head-Sector簇-磁頭-扇區)通過給出磁盤的簇號、磁頭號和扇區號對磁盤指定區域訪問。支持最大容量504MB的硬盤。PIO:

(ProgrammedI/O編程的輸入/輸出)一種IDE接口傳送模式，和之后的DMA模式相比占用CPU時間資源多。PIO有4種子模式(MODE1~4)：

PIO 存取周期存取周期

MODE (ns) (MB/s) 0 600 3.2 1 383 5.2 2 240 8.3 3 180 11.1 4 120 16.76.6IDE接口

——IDE的主要技術計算機硬件技術基礎SMART:

(Self-Monitoring,AnalysisandReportingTechnology自監視、分析和報告技術)提高硬盤系統的安全性。LBA:

(LogicalBlockMode邏輯塊模式)將CHS參數變換成邏輯塊，支持最大容量8.4GB的硬盤。DMA:

(DirectMemoryAccess直接存儲器訪問)比PIO更高效的傳送模式，有3種子模式(MODE0~2)：

DMA處理周期支持傳輸速率

MODE (ns) 標準(MB/S)

0 480ATA-14.2 1150 ATA-213.3 2120 ATA-216.7

更高速的DMA方式是UDMA，在時鐘的上沿和下沿分別傳送數據，速度加倍。CRC:

(CyclicRedundancyCheck循環冗余校驗)6.6IDE接口

——IDE的主要技術計算機硬件技術基礎6.6IDE接口

——RAIDRAID:(RedundantArrayofIndependentDisks)，

——“容錯式獨立磁盤陣列”。目的在于通過多個磁盤驅動器的協同來實現高性能或高安全性的目的。

RAID通常有0、1、2、3、4、5等模式，其中RAID0和RAID1則多見于PC。RAID3、4、5采用復雜的CRC糾錯，通常只用于服務器/工作站領域。RAID0在讀寫時同時地對2硬盤作交叉存儲的并行操作。速度提高一倍，可靠性減半。RAID12硬盤互為鏡像。可靠性提高，容量利用率減半。RAID0+1RAID0和RAID1的結合。可靠性和速度均提高，容量利用率減半。至少需4個盤。計算機硬件技術基礎

6.6IDE接口

——IDE的接口信號6.6.2IDE接口信號IDE使用40線接口，大部分信號來自ISA總線：數據位0~15：數據總線；地址位0~2：地址總線低3位；IOR、IOW：端口讀、寫；DRQ3、DACK3：DMA通道3請求、應答信號；IRQ14：中斷請求。計算機硬件技術基礎Serial-ATA接口——關于SATA2001年，Intel聯合APT、Dell、IBM、Seagate以及Maxtor，正式推出了SerialATA1.0規范。目前SerialATA接口的硬盤和具有SerialATA接口的主機板已開始普及應用。

SerialATA接口為7線平衡傳輸。計算機硬件技術基礎SerialATA硬盤的技術優勢：高數據傳輸率：第一代S-ATA的數據傳輸率為150MB/s，超過了ATA/133的133MB/s傳輸率。而在已經發布的S-ATA2.0和S-ATA3.0規范中所將達到最高300MB/s及600MB/s的傳輸率。簡單的設備設置：點對點連接方式，不存在IDE的主/從模式設置問題。接口簡單：接口為7線，信號連接線為2對平衡傳輸線，最長1米(IDE連接線最長0.4米)。支持熱拔插：SerialATA標準中加入了對熱拔插的支持，是一種性能更高、存儲容量更大的移動存儲方案。Serial-ATA接口——技術特點計算機硬件技術基礎6.7SCSI接口

SmallComputerStandardInterface6.7.1SCSI概述

SCSI原為小型計算機的標準外設接口，用于連接磁盤機、磁帶機等高速外部設備。 目前SCSI在PC中也有應用，主要用于高檔服務器系統連接硬盤、光盤驅動器、磁帶機等。和IDE接口相比，SCSI接口速度快，可連接的設備多，但造價高。PC機主板總線SCSI電纜SCSI終端器SCSI控制卡

INOUT外設

INOUT外設

INOUT外設SCSI電纜SCSI電纜最多可串聯7/15臺外部設備計算機硬件技術基礎6.7SCSI接口6.7.2SCSI電纜和連接器引腳定義

目前SCSI分兩類：即標準SCSI(8位)和WideSCSI(16位)。分別使用50芯(見表6.12)和68芯(見表6.13)電纜連接器。最早的SCSI(傳統的SCSI)使用25芯電纜。6.7.3SCSI版本SCSI1SCSI2WideSCSI2FastSCSI2FastWideUltraSCSIUltraWideSCSIUltra2S