I O接口

I O接口 计算机系统所配置的外部设备，类型繁多，数量不同。它们不仅在工作速度上与中央处理器差别极大，而且在数据表示的形式上与计算机内部形式也不一致，每一个外部设备都是一个独立的部件。因此，要实现外部设备与主机之间的连接和信息交换，必须经过一个数据转换和传输的设备。这种设备通常称为I/O接口(Interface)，有的叫I/O适配器(Adapter)或适配卡。 I/O接口，不只是为了实现物理上的连接，它还要完成诸多功能。I/O接口的主要功能有地址译码、交换数据、控制和状态信息、支持主机不同的传送方法、支持主机传送的不同控制方法、提供主机和外部设备所需缓冲、暂存和驱动能力、数据格式转换、编码与译码、信号变换等。 如上所述，I/O接口一边是面向主机控制，另一边是面向外部设备，不同的控制和不同的外部设备就有不同的I/O接口。它们之间的功能划分十分不同，有的功能放在I/O适配器上，有的放在I/O设备上。一般联系紧密和关系复杂的功能尽可能安排在一起;联系不多、关系简单的功能可以分开。如果把设备控制器放在I/O适配器上，就很难区分哪些属于I/O接口，哪些属于设备控制器了。例如打印机适配器，只完成接口功能，常作为通用并行接口，而具体的打印控制(设备控制器)，则放在打印机中。在CRT适配器上包括接口和CRT控制器两部分功能，用来把显示数据转换为视频信号，这时外部设备只剩下CRT本身了。磁盘驱盘器适配器中，则包含了磁盘控制器的大部分功能(磁盘控制程序、数据编码和译码以及错误检验等)。 一个完整的I/O接口不仅包含一些硬件电路，还包含相应的软件驱动程序。这些软件放在接口的ROM中，有些放在主机板的ROM中，也有的放在磁盘上，需要时才装入内存。在PC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，避免由应用程序直接访问硬件。这样，I/O接口通过BIOS程序可以提供一个易于标准化的软件接口。 ? 总线系统 总线就是各种信号线的集合，是计算机各部件之间传送数据、地址和控制信息的公共通路。在微机系统中，任何一个微处理器都要与一定数量的部件和外围设备连接。但如果将各部件和每一种外围设备都分别用一组线路与CPU直接连接，连线将会错综复杂，甚至难以实现。为了简化硬件电路设计和系统结构，常用一组线路，配置以适当的接口电路，与各部件和外围设备连接，这组共用的连接线路称为总线。采用总线结构位于部件和设备的扩充部分，尤其是制定了统一的总线标准，使不同设备间容易实现互连。在计算机中有各式各样的总线，这些总线可以从不同的层次和角度进行分类。按相对于CPU或其他芯片的位置可分为片内总线和片外总线。在CPU内部。寄存部之间和算术逻辑部件ALU与控制部件之间传输数据所用的总线称为片内总线(即芯片内部的总线)。通常所说的总线(Bus)指片外总线，是CPU与内存RAM、ROM和输入/输出设备接口之间进行通信的通路。本节主要介绍片外总线。 片外总线一般分为系统总线、I/O总线和外部总线。系统总线(也叫前端总线FSB)通常是指CPU的I/O接口单元与系统内存、L2 Cache和主板芯片组之间的数据、指令等传输的通道，是计算机的中央总线。系统总线时钟就是常说的系统时钟和CPU外部时钟(外频)，它是计算机系统的基本时钟。计算机中各分系统中所有不同频率的时钟都与系统时钟相关联。在PC中，系统时钟就是CPU的“外频”，而将系统时钟按规定比例倍频后所得到的时钟信号作为CPU的内核工作时钟。I/O总线用于CPU与其他部件的连接。实际上I/O总线是通过系统总线连接到CPU的。 系统总线的主要参数如下。 ? 总线的带宽。总线的带宽指的是单位时间内总线上可传送的数据量，即每秒钟传送多少MB的最大稳态数据。与总线带宽密切相关的两个参数是总线的位宽和总线的工作时钟频率。 ? 总线的位宽。总线的位宽是总线一次能同时传送的数据位数，即常说的32位、64位等。总线的位宽越宽，总线数据传输率越大，即总线带宽越大。 ? 总线的工作时钟频率。总线的工作时钟频率以MHz为单位，工作频率越高总线工作速度越快，即总线带宽越大。 ? 总线带宽、总线位宽、总线工作时钟频率的关系就像高速公路上的车流量与公路车道的数目和车辆行驶速度之间的关系，车道越多、车速越快，车流量就越大。总线带宽就像是高速公路的车流量，总线位宽仿佛高速公路上的车道数，总线时钟工作频率相当于车速，总线位宽越宽、总线工作时钟频率越高则总线带宽越大。当然，单方面提高总线的位宽或工作时钟频率都只能部分提高总线的带宽，并容易达到各自的极限，只有两者配合才能使总线的带宽得到更大的提升。 系统总线在早期称为局域总线(Local Bus)，最新的叫法为前端总线(FSB)，用于连接CPU与RAM(一般是L2Cache)。在主板上系统总线是主干，其他总线是其支干。在计算机主板上的系统总线一般都是根据特定类型的CPU设计的。系统总线要求与其连接的电子部件在速度上保持一致。 系统总线可以分为数据总线、地址总线和控制总线3类。数据总线是各个模块间传递数据的通道，它一般由8、16或32根信号线组成。所谓数据总线的宽度是指组成数据总线的信号线的数目。它决定了在该总线上一次可以传送的二进制位数;地址总线用以传递地址信息，来指示数据总线上的数据的来源或去向，CPU根据地址信息从相应的存储单元读出数据或向该存储单元写入数据;控制总线的作用是控制数据总线和地址总线，因为多个设备共享数据总线及地址总线，所以用控制总线在各个设备间传送命令和定时信号，以协调各种总线操作。 大多数计算机系统都采用多总线体系结构进行互连，以提高系统性能。一种典型的多层总线结构，由本地总线、底板总线和I/O总线组成。这种体系结构的一个优点就在于根据各个部件对数据传输率的不同要求，用不同层次的总线进行互连，以适应各自的特性与需求。不同层次目的总线相对独立，允许使用不同的信号和以不同的速率运行。对某个层次总线结构的修改不会影响其他层次的总线结构。 常用的计算机总线如下。 ? 工业标准体系结构ISA，采用单总线结构，数据总线宽度为16位，地址总线宽度为24位，时钟频率为8 MHz。 ? 扩展的工业标准体系结构EISA，提供了32位数据总线和32位地址总线，其地址空间高达4 GB，向下兼容ISA。EISA总线可支持7个DMA通道，15条中断控制线。 ? 高速局部总线VESA，是由美国视频电子标准协会提出的一种基于多总线结构思想的互连结构。使用高速的局部总线在CPU和高速外设之间提供了一条高速通路。与ISA、EISA总线构成了层次结构，满足各种外设的需求。 ? 外围元件互连结构PCI，由Intel公司首先用于奔腾计算机。PCI总线控 I/O和外设之间插入了一个复杂的管理层，以协调数据传输。PCI制器在 提供了缓冲器，在高速时钟频率下仍能保持高性能，其处理突发数据传输的能力优于VESA总线。PCI总线以33 MHz时钟频率运行，数据总线宽度为64位，其吞吐量高达 264 MBps。 ? UBS总线，新型高速串行总线。 ? AGP总线，用于显示卡的高速总线。 ? 直接内存访问(DMA) 虽然中断驱动I/O方式更有效，仅它是以字(节)为单位进行输入/输出的，每完成一个字(节)的输入/输出，控制器便要向CPU请求一次中断。换言之，采用中断驱动I/O方式时，CPU是以字(节)为单位进行干预的。如果将这种方式用于块设备的输入/输出，显然极其低效。例如，为了从磁盘中读出1KB的数据块，需要中断1000次CPU。为了进一步减少CPU对输入/输出的干预，引入了直接存储器访问(Direct Memory Access)方式，该方式的特点是。 ? 数据传输的基本单位是数据块，即CPU与I/O设备之间每次传送至少是一个数 据块。 ? 所传送的数据是从设备直接送入内存的，从内存送入设备亦然。 ? 仅在传送一个或多个数据块的开始和结束时，才需CPU干预，整块数据的传送是在控制器的控制下完成的。 可见，DMA方式与中断驱动方式相比，成百倍地减少了CPU对I/O控制的干预，进一步提高了CPU与I/O设备的并行操作速度。 ? 通道 虽然DMA方式比起中断驱动方式来，已显著地减少了CPU的干预，即已由字节为单位的干预减少到以数据块为单位的干预。而且，每次干预时并无数据复制的操作，即不必把数据从控制器复制到内存，反向复制亦然。但CPU每发出一条I/O指令，只能读(或写)一个连续的数据块，而当我们一次读多个离散的数据块并将它们分别传送到不同的内存区域或者反向传送时。就需要CPU分别发出多条I/O指令及进行多次中断处理，才能完成。 I/O通道方式是DMA方式的发展，它可以进一步减少CPU的干预，即把对一个数据块为单位的读(或写)的干预，减少为对一组数据块为单位的读(或写)及有关的控制和管理的干预。同时，又可实现CPU、通道和I/O设备三者的并行工作，从而更有效地提高了整个系统的资源利用率。例如，当CPU要完成一组相关的读(或写)操作及有关控制时，只须向I/O通道发出一条I/O指令，给出其要执行的通道程序的首址和要访问的I/O设备，通道即执行该指令，然后通过执行通道程序便可完成CPU指定的I/O任务。 ? SCSI(Small Computer System Interface) (小型计算机系统接口)。SCSI是一个能将多种类型设备连到PC的通用接口，是将高速磁盘驱动器连接到诸如工作站或网络服务器这样的高档PC时所用的最流行接口。 SCSI非常灵活，它不仅是磁盘接口还是个系统级的接口，允许连接许多不同种类的设备。SCSI是一条总线，可以支持7个或15个设备。如果存在多通道适配器，每个通道都可以支持7或15个设备。 SCSI控制器称为主适配器，其作用是SCSI为总线和PC系统总线之间的网关。总线上的每一个设备有一个内置的控制器SCSI，总线不直接与硬盘之类的设备通信，而与驱动器中内置的控制器通信。 单个SCSI总线可以支持多达8或16个物理单元，通常称为SCSI-ID。这些单元中的一个就是PC中的SCSI主适配器，另外7或15个可以是其他的外设，可将硬盘、磁带驱动器、CD-ROM驱动器、图形扫描仪或其他设备连接到一个单个SCSI主适配器上。大多数系统可支持4个主适配器，每一个最多连接15个设备，总共可连接60个设备～如果使用的是双通道适配器，连接的设备数可以加倍。 SCSI外部设备通常包括SCSI外设、SCSI控制器和SCSI适配器，只有这样设备才是完整的，可以直接插到SCSI总线上。这种类型的驱动器通常称为内嵌式SCSI设备(SCSI接口是内置的)。例如，大多数SCSI硬盘驱动器除了将附加的SCSI总线适配器电路(通常是单个芯片)加到控制板上外，在技术上与IDE驱动器一样。人们并不需要知道在SCSI驱动器内部是哪一种控制器，因为系统并不直接与控制器通信。虽然看起来好像与标准IDE驱动器一样插在系统总线上，实际上是与装在系统总线上的SCSI主适配器进行通信。另外，只有在SCSI 协议 离婚协议模板下载合伙人协议 下载渠道分销协议免费下载敬业协议下载授课协议下载 下才能访问驱动器。 ? 并行口 并行接口最普遍的应用是用于连接打印机。通常并行接口一次传送一个字节，所以传输速率比串行接口快得多。目前与PC相匹配的打印机接口几乎都是以Centronics接口为基础的。Centronics打印机接口是一种用三线信号交互的8位并行接口，但这种接口不支持外围设备选址，因此在输出端口只能接一个设备。 Centronics并行接口使用的是36管脚的Amphenol 57系列的接头，最大接线距离一般不大于5 m，而且数据只能单向传送。PC为使并行接口与RS-232C使用同一种接头DB25，把36脚Centronics接头改成了只有25脚的接头。因此，PC与打印机的连接是由一根25芯到36芯转换电缆完成的。 ? RS-232C接口 RS-232C标准是美国EIA(Electronic Industries Association，电子工业协会)与Bell等公司一起开发的于1969年公布的通信协议，它适合数据传输速率在0bps~20 000bps范围内的通信。字母RS表示Recommanded Standard (推荐标准)，232是识别代号，C是标准的版本号。 RS-232C标准最初是为远程通信连接DTE(Data Terminal Equipment，数据终端设备)与DCE(Data Communication Equipment，数据通信设备)而制定的。但目前更广泛地应用于计算机与终端或以外设备之间的近距离连接。这个标准对串行通信接口的有关问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 ，如信号功能、电气特性和机械特性都做了较明确 -232C兼容的通信设备，因此的规定。由于通信接口与设备制造厂商都生产RS 它已成为微机串行通信接口中广泛采用的一种标准。 ? USB(Universal Serial Bus，通用串行总线)接口 USB是一种全新的外部设备接口。从1998年开始，PC主板开始支持USB接口。近几年，随着越来越多的USB接口外部设备的出现，USB接口已成为PC主板的标准配置。从发展趋势上看，USB将取代PC的大部分标准和非标准。 USB是一个通过简单4线连接的12 Mbps(1.5 MBps)接口。总线采用分层星状拓扑结构，支持多达127台设备，全部建立在扩展集线器上。集线器可以置留在PC中或任一个USB外设中，也可以是一个独立的集线器盒。注意尽管标准允许多达127台设备相连，但它们必须共享12 Mbps(1.5 MBps)的带宽，这意味着每增加一台设备总线速率就会降低一些。 对于定点设备和键盘这些低速外设，USB也有一个较慢的1.5 Mbps子通道。子通道通常用于键盘和鼠标器之类的较慢接口设备。 尽管USB在数据传输上没有FireWire或SCSI那样快，但对于所涉及的外设类型来讲已经足够了。 USB的一个优点是所有相连的设备都由USB总线供电，并且当可用电源水平超过时会发出一个警告。这一特点对便携式系统非常重要，因为被分配来运行外设的电池电源可能是有限的。 USB规范的另一个优点是自我识别外设，这个特性大大简化了安装。因为完全不用为每一个外设设置唯一的ID或标识府，这些都由USB自动处理。另外，USB设备可以进行热插拔，这就是说每次连接或断开一个外设时，不必关机或重新启动计算机。 对系统来说，USB这样的接口带来的最大好处是只需要PC中的一个中断。这意味着，可以连接多达127个设备而不需要像分别接口那样使用离散的中断。节省中断资源，这是USB一个极大的优点。 ? IEEE 1394接口 IEEE 1394(又称为iLink或Fire Wire)是一个相对新的总线技术，是为适应 当今的音频和视频多媒体设备对大量数据传输需求而发展起来的。它的数据传输速率特别快，最高可达400 Mbps，更快的速度还在开发中。IEEE-1394目前在PC中使用的还较少。 1394标准现在IEEE 1394规范是由IEEE标准委员会于1995年底发布的。IEEE-存在着3种不同的信号速率:100 Mbps、200 Mbps和400 Mbps(12.5 MBps、25 MBps、50 MBps)。每秒千兆位(Gbps)版本在制定中。大部分PC适配器卡支持200 Mbps的速率，现有设备一般只能工作到100 Mbps。最多可支持63个设备，通过菊花链方式连接到单个IEEE 1394适配卡上。IEEE 1394用的电线包含6条导线:4条用做数据传输，2条用做电源线。与主板的连接可以通过专用的IEEE 1394接口或者PCI适配器卡。 IEEE 1394使用一条简单的6芯电缆、两个差分的时钟和数据线对，加上两条电源线。与USB相似，IEEE-1394也是完全地即插即用，包括具有热插拔能力。与复杂得多的并行SCSI总线不同，IEEE-1394不需要复杂的连接，连接在总线上的设备可以取得1.5安的电能。IEEE-1394提供与SCSI相同或更高的性能，而费用却低得多，而且连接也很简单。