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1、第六章 外部设备的接口,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 红外接口IrDA,计算机硬件技术基础,计算机硬件技术基础,6.1 接口的基本知识,6.1.1 PC机接口概述接口：用于完成计算机主机系统与外部设备之间的信息交换。一般接口由接口电路、连接器(连接电缆)和接口软件(程序)组成。,主机系统(CPU系统),总线,接口电路,连接电缆,外部设备,PC机的模块构成,计算机硬件技术基础,6.1 接口的基本知识,在程序中执行输入/输出(In/Out)指令，产生读/写和地址信号，地址指向特定的接口电路,输入/输出指令产生的总线信号送到各个I/O接
2、口电路,不同的接口电路识别特定的地址组合(地址译码)，被选通的接口打开数据传送通道读(In)：接口中的数据CPU写(Out):CPU数据I/O接口,计算机硬件技术基础,接口一般具有地址译码、数据传送、数据缓冲、信号变换、中断等功能。地址译码：一个计算机系统有多种和多台外部设备，因此就有多个I/O接口，为了能够对各个设备进行选择，必须给它们分配不同的地址码。数据传送：CPU执行输入/输出指令与外部设备交换数据。数据缓冲：用于输入输出过程中的暂存，对方不能及时接收数据时，将数据暂存在接口电路中。,6.1 接口的基本功能,计算机硬件技术基础,接口的基本功能,信号变换：完成计算机数字信号与I/O设备信
3、号(如模拟信号、开关信号、计数脉冲等)的相互转换。数据格式转换：若CPU字长16位，而外部设备按位串行传送，则I/O接口需进行串-并数据格式转换。若CPU字长32位，而外部设备数据格式为8位，这时需进行组装或分解。中断：一般用于I/O电路中，以提高接口效率。,计算机硬件技术基础,接口的基本功能,一个完整的I/O接口，还包含相应的软件驱动程序。这些软件有的放在接口的ROM中，有的放在主机板的ROM中，当需要时才装入内存。在PC机中，这些软件称为基本I/O系统，即BIOS。应用程序可以通过调用BIOS来操作I/O接口，而避免由应用程序直接访问硬件。,计算机硬件技术基础,6.2 串行接口Serial
4、 Port,数据以串行(逐位)的方式传送的接口叫串行接口。发送时先将并行的字节转换成串行的位并逐位发送，接收时再将逐位收到的数据位拼装成字节。其特点是接口线数少、传送距离长、速度慢、电路复杂(必须有“串并”和“并串”变换和位同步控制电路)。串行信号由起始位、数据位、停止位构成。传送单位为字节。串行信号波形：,1 1 0 1 0 1 1 0,58个数据位,停止位,起始位,串行接口标准,计算机硬件技术基础,6.2.2 RS-232-C串行接口机械特性1.连接器：采用DB25和DB9(D型)连接器，DB25多为早期设备使用，DB9多为现在使用。,串行接口1(COM1),串行接口2(COM2),集成声
5、卡SPK,OUT,IN,USB(两个),鼠标(PS/2),键盘,并行接口,集成声卡游戏杆/MIDI,6.2 串行接口,计算机硬件技术基础,1,6,5,9,CD:载波检测 1,RxD:接收数据 2,TxD:发送数据 3,DTR:数据终端就绪 4,SG:地线 5,DSR:数据设备就绪 6,RTS:请求发送 7,CTS:清除发送 8,RI:振铃指示 9,外部设备DCE,主机DTE,DB9连接器：,6.2 串行接口,计算机硬件技术基础,2.电缆长度RS-232C电缆的最大长度和线缆类型、通信速率等有关，一般情况下限制在15米。,6.2.3 RS-232-C串行接口电气特性1.信号电平：采用双极非平衡方
6、式，负电平(-3-15V)代表逻辑1，正电平(+3+15V)代表逻辑0。一般使用12V。,6.2 串行接口,计算机硬件技术基础,串行接口,6.2.4 RS-232C接口信号1.信号标准 可设定的通信速率：150、300、600、1200、2400、3600、4800、7200、9600、14400、19200、28800、33600、38400、57600、115200BPS(Bit Per Second)。可设定58个数据位。可设定1、1.5、2个停止位。可设定字节校验为奇校验、偶校验或无校验等。通信双方必须约定好使用的通信速率和其他参数。,计算机硬件技术基础,2.接口信号说明(:DTE到D
7、CE，:DCE到DTE)TxD(Transmitted Data):数据发送。RxD(Receive Data):数据接收。RTS(Request To Send):请求发送，表示要求发送数据到DCE。CTS(Clear To Send):清除发送(允许发送)，表示DCE可以接收数据，对RTS的应答。DTR(Data Terminal Ready):数据终端就绪，表示DTE准备就绪。DSR(Data Set Ready):数据设备就绪，表示DEC准备就绪。RI(Ring Indicator):振铃检测指示，MODEM使用。CD(Carrier Detect):载波检测指示，MODEM使用。,计
8、算机硬件技术基础,3.接口信号说明举例 DCE为MODEM，DTE 为PC机。通信方式为全双工(可不使用RTS和CTS),计算机硬件技术基础,6.3 并行接口Parallel Port,并行接口中数据以并行方式传送，每次一个字节(8位)，速度比串行口快的多(约150 KB/s)。PC机并行接口一般用于接打印机，也可用于接外置硬盘、光驱等。,接PC机,接打印机,打印机电缆插座,计算机硬件技术基础,6.3 并行接口,6.3.1 并行接口引线定义,计算机硬件技术基础,6.3 并行接口,STB:低电平有效，用于主机对打印机的数据选通。AUTO LF:低电平有效，打印完后自动走纸换行。INIT:低电平有
9、效，使打印机的控制器初始化信号，并同时清除打印缓冲区。SLCT IN:低电平有效，使打印机处于联机状态。ACK:低电平有效，表示打印机准备好，可以接收数据。BUSY:高电平有效，表示打印机处于忙状态。PE:高电平有效，表示打印机缺纸。SLCT:高电平有效，表示打印机为联机状态。ERROR:低电平有效，表示打印机出错，包括无纸、脱机以及错误状态。,计算机硬件技术基础,6.3 并行接口,6.3.3 并行接口新标准最早的并行口只有输出没有输入功能，只适合接打印机。为了满足输入应用和高速的需求，并行口经过不断的改进：1.标准并行口：增加4位输入能力，输出速率150KB/s，输入速率50KB/s。2.双
10、向并行口(8位)：8位输入，双向传输速率150KB/s。3.增强型并行口(EPP)：高速双向，传输速率500KB 2MB/s。4.增强性能并行口(ECP)：高速双向，传输速率500KB 2MB/s。需要DMA支持。目前的PC机一般都支持EPP和ECP。可通过BIOS设置。,计算机硬件技术基础,6.4 USB(Universal Serial Bus)接口,6.4.1 USB接口的发展由Compaq、Intel、Microsoft、NEC等公司共同研制，1996年公布USB1.0，1998年公布USB1.1，2000年公布USB2.0。Microsoft从Windows 98 SE开始全面支持U
11、SB。目前带USB接口的设备越来越多。,计算机硬件技术基础,6.4.2 USB简介USB是一种全新的，高速、灵活、通用、方便、可靠的接口。1.物理接口,引脚,信号名,1,VCC+5V电源,2,-Data 信号负,3,+Data 信号正,4,GND 地线,6.4 USB 接口,计算机硬件技术基础,2.连接方式PC机的USB接口可以连接外设、复合设备和集线器。最多可以连接5级集线器，最多可连接127台外设和集线器。,6.4 USB 接口,计算机硬件技术基础,3.速度USB1.1的最高位速率为12Mb/s，但当一个USB连接多个设备时，各个设备共享12Mb/s的传输带宽。另外，在传输的信息中还携带有
12、状态、控制和差错校验信息，实际的信息传输速率要低一些，只连接一台设备时，最高有效传输速率约为9.6Mb/s。USB1.1还支持1.5Mb/s的低速传输。USB2.0的最高传输速率为480Mb/s。4.可靠性USB采用平衡传输方式，抗干扰性好。USB带硬件纠错能力，可完成对软件透明的检错和重发。,6.4 USB 接口,计算机硬件技术基础,5.使用方便自带+5VDC电源，可输出500mA。具有热插拔能力。6.节省资源节省系统硬件资源，尤其是中断线和DMA通道。7.USB外部设备正迅速普及目前大多数外部设备都有USB接口产品，如打印机、扫描仪、键盘、鼠标、音响、MODEM、游戏杆、外置硬盘/光驱等。
13、,6.4 USB 接口,计算机硬件技术基础,Windows系统对USB的支持,USB遵从Intel 的即插即用（PnP）规范，插入设备后，PC机中的USB控制器检测设备，自动判断并分配所需的资源和驱动程序。Microsoft开发了USB驱动程序，并将它们包含在Windows98、Windows2000、WindowsXP 中。USB还需要在BIOS中支持。现在所有的主板都内置有对USB 的支持。,计算机硬件技术基础,6.5 IEEE-1394接口FireWire(火线),6.5.1 IEEE-1394简介由IEEE(The Institute of Electrical and Electro
14、nic Engineers 电气和电子工程师协会)于1995年发布。使用六芯电缆差分数据对、差分时钟对及电源和地线，可通过电源线提供1.5A电流。传输速率为100、200和400Mb/s，最多支持63个外部设备。6.5.2 IEEE-1394与USB比较1394：速度快、成本高。主要用于数字视频传输。USB：速度慢、成本低。可应用于各种低速外设。,计算机硬件技术基础,IDE接口目前主要用于连接硬盘的光盘驱动器。一般通过软电缆连接主机的IDE接口和硬盘及光驱。IDE的正式名称为ATA(AT附属)，IDE的初始版本来自16位ISA总线(又叫AT总线)。,6.6 IDE接口Integrated Dr
15、ive Electronics,计算机硬件技术基础,IDE连接方式PC机一般有2个IDE接口，每个IDE接口可以连接2个IDE外设，最多可以连接4个设备。,6.6 IDE接口,主机板,IDE1,IDE2,硬盘(master),光驱(master),计算机硬件技术基础,6.6.1 IDE版本,6.6 IDE接口,计算机硬件技术基础,SMART:(Self-Monitoring,Analysis and Reporting Technology 自监视、分析和报告技术)提高硬盘系统的安全性。PIO:(Programmed I/O 编程的输入/输出)一种IDE接口传送模式，和DMA模式相比占用CPU
16、时间资源多。PIO有4种子模式(MODE 14)：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 16.6,6.6 IDE接口,计算机硬件技术基础,CHS:(Cylinder-Head-Sector 簇-磁头-扇区)通过给出磁盘的簇号、磁头号和扇区号对磁盘指定区域访问。支持最大容量504MB的硬盘。LBA:(Logical Block Mode 逻辑块模式)将CHS参数变换成逻辑块，支持最大容量8.4GB的硬盘。DMA:(Direct Memory Access 直接存储器访问)比PIO更高效的
17、传送模式，有3种子模式(MODE 02)：DMA 处理周期 支持 传输速率MODE(ns)标准(MB/S)0 480 ATA-1 4.2 1 150 ATA-2 13.3 2 120 ATA-2 16.6 更高速的DMA方式是UDMA。CRC:(Cyclic Redundancy Check 循环冗余校正),6.6 IDE接口,计算机硬件技术基础,6.7 SCSI接口Small Computer Standard Interface,6.7.1 SCSI概述SCSI原为小型计算机的标准外设接口，用于连接磁盘机、磁带机等高速外部设备。目前SCSI在PC中也有应用，主要用于高档服务器系统连接硬盘、
18、光盘驱动器、磁带机等。和IDE接口相比，SCSI接口速度快，可连接的设备多，但造价高。,计算机硬件技术基础,6.7 SCSI接口,6.7.2 SCSI电缆和连接器引脚定义目前SCSI分两类：即标准SCSI(8位)和Wide SCSI(16位)。分别使用50芯和68芯电缆连接器。最早的SCSI(传统的SCSI)使用25芯电缆。6.7.3 SCSI版本,SCSI1,SCSI2Wide,SCSI2Fast,SCSI2FastWide,UltraSCSI,UltraWideSCSI,Ultra2SCSI,Ultra2WideSCSI,Ultra160MSCSI,数据宽度,时钟速率(MHz),可接外设数
19、目,传输速率(MB/S),8,5,7,5,8,10,7,10,16,5,15,10,16,10,15,20,8,20,7,20,16,20,15,40,8,40,7,40,16,40,15,80,16,40,15,160,计算机硬件技术基础,6.8.1 简介 IrDA是红外数据协会的简称，IrDA制订了一系列红外数据通讯标准。红外通讯技术是一种点对点的数据传输协议，是传统的设备之间连接线缆的替代。它的通讯距离一般在0到1米之间，传输速率最快可达16Mbps。IrDA标准包括三个基本的规范和协议：物理层规范(Physical Layer Link Specification)，连接建立协议(Li
20、nk Access Protocol:IrLAP)和连接管理协议（Link Management Protocol:IrLMP)。,6.8 红外接口 IrDAInfrared Data Association,计算机硬件技术基础,IrDA标准：IrDA1.0:简称为SIR(Serial InfraRed)，异步的、半双工的红外通讯方式。SIR以系统的异步通讯收发器(UART)为依托，由于受到UART通讯速率的限制，SIR的最高通讯速率只有115.2Kbps。IrDA1.1:即Fast InfraRed，简称为FIR。与SIR相比，由于FIR不再依托UART，其最高通讯速率有了质的飞跃，可达到4
21、Mbps的水平。继FIR之后，IRDA又发布了通讯速率高达16Mbps的VFIR(Very Fast InfraRed)技术，并将它作为补充纳入IrDA1.1标准之中。,6.8 红外接口 IrDA,计算机硬件技术基础,PC机IrDA应用：一般PC机中只有一个红外接口，没有红外收发模块。,6.8 红外接口 IrDA,PC机中的红外接口：不同的主板红外接口可能不同。,计算机硬件技术基础,“蓝牙”是一种近距离无线数据通讯技术标准。它能够在10米的半径范围内实现单点对多点的无线数据和声音传输，其数据传输带宽为可达1Mbps。通讯介质为频率在2.402GHz到2.480GHz之间的电磁波。蓝牙通讯技术的特点：使用跳频频谱扩展技术，在一次连接中，无线电收发器按一定的码序列不断地从一个信道“跳”到另一个信道(1600/秒，79频道)；一台蓝牙设备可同时与其它七台蓝牙设备建立连接；数据传输速率为1Mb/s；低功耗、通讯安全性好；在有效范围内可越过障碍物进行连接，没有特别的通讯视角和方向要求；支持语音传输；组网简单方便。,6.9 蓝牙Bluetooth,
