第九章I-O接口

第九章I-O接口 第九章 I/O接口 输入输出端口简介 本章覆盖了当前PC系统中主要的外围设备输入输出端口。其中包括了对串口和并口的论述，并介绍了更流行的通用串行总线(USB)和IEEE-1394(i.Link或Fire Wire)接口(IEEE代表 Institute of Electrical and Electronic Engineers，电子电气工业协会)。目前USB端口正慢慢取代串口和并口。虽然SCSI和IDE也是I/O接口，但是由于它们主要与驱动器相关，所以在本教材的第7章中对其作了专门的介绍。 从传统的角度讲，串口和并口是所有PC系统中最基本的通信端口。这些端口现在仍然很重要。 串口(也称之为通信口或COM端口)原来是用于需要与系统进行双向通信的设备。这些设备包括调制解调器、鼠标、扫描仪、数字转换器，以及所有向PC发送信息和从PC接收信息的其他设备。现在更新的并口 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 可以允许并口进行高速双向通信。 有些公司编写的通信程序可以通过使用串口或并口在PC系统间进行高速的数据传送。这些文件传输程序的版本包括DOS 6.0及其更新版本(Interlink)、Windows 95及其更新版本(DCC——直接电缆连接)。当前市场上有几种产品不再按照传统的方式来使用并口。例如，可以购买连接到并口上的网络适配器、大容量软盘驱动器、CD-ROM驱动器、扫描仪，或者磁带机。 由传统的串并口完成的功能现在已经越来越多地由新的端口类型来完成，如USB和IEEE-1394;但是至少在近期看来，这些传统的端口和新类型的端口都是同等重要的I/O接口类型。 串行端口 异步的串口是作为计算机到计算机的通信端口来设计的。异步意味着不存在同步的时钟信号，所以能够以任意时间间隔来发送字符。 串行是指发送一个字节字符的八位二进制位时是按顺序一位一位的发送了，而接收也是一位一位地接收，而不是八位同时传送。更形象地说，串行是数据通过一条单独的导线传送，并且当发送数据位时，每个数据位都按顺序被串接起来。串行传输的典型例子是我们日常生活中所用的电话系统，它在每个方向都提供了一条传送数据的导线。 串口的典型位置 计算机系统一般都有一个或两个串行端口，通常位于系统的后部。这些内置的串口可以通过主板上的Super I/O芯片控制，在一些最新的主板设计中，也可以通过集成的South Bridge芯片控制。 如果系统提供的串口数目不能满足需要，用户可以购买单口或多口串口卡，也可以购买所谓的multi-I/O卡，这种卡具有1~2个串口和1~2个并口。基于ISA或VL-Bus的老式系统通常将串口安排在一块也具有IDE硬盘和软盘接口的多功能卡上。 注意，卡式(内置式)调制解调器也在卡上内置了一个串口，将其作为调制解调器电路的一部分。 串口可以连接多种设备，例如调制解调器、绘图仪、打印机、其他计算机、条形码阅读器、标尺(scale)和设备控制电路。 AT结构的9针串口连接器的规范说明 官方规范所建议的最大电缆长度为50英尺。其限制因素是电缆及接口输入电路的总负荷电容。最大电容值被指定为2500pF。有些特殊的低电容电缆实际上可以极大地增加电缆的最大长度，使之达到500英尺或更多。此外，线路驱动程序(放大器/中继器)还可以将电缆的长度扩展到更长。 表9-1、表9-2和表9-3中给出的是9针(AT结构)、25针、9转25针串行连接器引脚引出线的说明。 表9-1 9针(AT)串口连接器 引脚 信号 说明 I/O 1 CD 载波检测 输入 2 RD 接收数据 输入 3 TD 发送数据 输出 4 DTR 数据终端就绪 输出 5 SG 信号地 - 6 DSR 数据准备好 输入 7 RTS 发送请求 输出 8 CTS 消除发送 输入 9 RI 振铃指示 输入 表9-2 25针(PC、XT及PS/2)串口连接器 引脚 信号 说明 I/O 1 - 机架接地 - 2 TD 发送数据 输出 3 RD 接收数据 输入 4 RTS 发送请求 输出 5 CTS 消除发送 输入 6 DSR 数据准备好 输入 7 SG 信号地 - 8 CD 载波检测 输入 9 - +发送当前循环返回 输出 11 - -发送当前循环数据 输出 18 - +接收当前循环数据 输入 20 DTR 数据终端就绪 输出 22 RI 振铃指示 输入 25 - -接收当前循环返回 输入 标准25针串口连接器的规范说明 表9-3 9转25针串行电缆适配器连接 9针 25针 信号 说明 1 8 CD 载波检测 2 3 RD 接收数据 3 2 TD 发送数据 4 20 DTR 数据终端就绪 5 7 SG 信号地 6 6 DSR 数据准备好 7 4 RTS 发送请求 8 5 CTS 消除发送 9 22 RI 振铃指示 通用异步收发器(UART) 所有串口的核心是通用异步收发器(UART)芯片。该芯片完全控制了将PC中的原始并行数据转换成串行格式，然后将串行数据转换回并行格式的过程。 在市场上已经出现了几种类型的UART芯片。最初的PC和XT使用的是8250 UART，该芯 位系统开始，16450UART成为常用的芯片已经在廉价的串口板上使用了许多年。从第一个16 片。这些芯片的惟一区别是它们在高速通信中的适用性。16450比8250更适合于高速通信。但是对大多数软件来说，这两种芯片显得是相同的。16550 UART是用于IBM PS/2线路中的第一种串口芯片，其他的386和更高的系统也很快采用了该芯片。该芯片的功能与早期的16450和8250相同，但是它包括了一个用于辅助更高速通信的16字节缓冲器。该缓冲器有时被称为FIFO(先入先出)缓冲器。不幸的是，早期的16550有一些错误，特别是在缓冲器区域。随着16550A的发布，这些错误都被纠正了。该芯片的最新版本为1995年发布的16550D，是由国家半导体公司生产的。 几乎所有的Pentium级和更新的系统在其串口中都具有类似于16550的UART功能，但是这些系统中的多数已没有这种插座式16550芯片;相反，16550的功能、并口和其他一些端口都集成到了Super I/O芯片中，在一些最新的系统中，则集成到了South Bridge芯片中。 因为16550比早期的芯片速度更快、更可靠，所以最好要确保串口上安装的是该芯片或同等芯片。如果想知道系统中UART的类型，那么可以通过使用Microsoft的MSD程序(在MS DOS 6.X和Windows 9x/Me/2000中附有该程序)来判断UART的类型。要注意的是，MSD通常将 16450 UART报告为8250。 注意 在Windows 9x/Me/2000环境下，还有一种判断系统中是否有16650 UART的 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 :首先点击“开始”菜单，然后选择“设置”下的“控制面板”。接着双击调制解调器图标，并点击“诊断”标签。那么即使COM端口上没有连接调制解调器，诊断属性页上也将显示出系统中所有的COM端口。选择想在列表中校验的端口并点击“详细信息”按钮，Windows9x/Me/2000将与端口通话以判断UART的类型，这些信息将被显示在“详细信息”对话框中的“端口信息”部分。如果端口上连接有调制解调器，那么将显示额外的关于调制解调器的信息。 高速串口卡 如果用户使用的是运行速率在115Kbps(16550系列UART的最大速率)以上的外部RS-232设备，要使其达到最大的性能，必须使用带有前面讨论的16550、16650或16750UART功能的插卡代替现有的串口。大多数插卡支持的初始速率设置为230Kbps或460Kbps以上，当将PC与 挂接在串口上的高速外部元件(如ISDN终端适配器)相连接时，该高速性能就显得特别重要。除非串口的传输速率为230Kbps以上，否则并不能利用外部ISDN调制解调器(终端适配器)的最高速度。 串口的配置 当在系统中安装串口时，必须为这些串口设置其所使用的具体I/O地址(称为端口)和中断 (对于中断请求来说被称为中断请求线)。关于设置这些设备的最好方法是采用现有的标准。对于设置串口，可以使用表9-4中列出的地址和中断号。 表9-4 标准串行I/O端口的地址和中断 COMx I/O端口 IRQ COM1 3F8-3FFh IRQ4 COM2 2F8-2FFh IRQ3 ?COM3 3E8-3EFh IRQ4 ?COM4 2E8-2EFh IRQ3 ?注意，虽然许多串口可以被设置为与COM1和COM2共享IRQ3和IRQ4，但是并不推荐这种方法。如果可能的话，最好的方法是将COM3设置为IRQ10，将COM4设置为IRQ11。如果需要使用COM3以上的串口，那么最好购买一块专用的多串口卡最好是支持IRQ共享而不发生冲突PCI卡。 如果想增加除标准的COM1和COM2之外的串口，那么必须确保这些串口使用了惟一和不冲突的中断。如果购买子串口适配卡，并想通过使用该卡来获得除标准的COM1和COM2外的端口，那么要确保这些端口没有使用IRQ3和IRQ4。最新的PCI串口卡具有共享IRQ的特性，允许COM3以上的串口使用单独的IRQ而不会发生冲突。 注意，BIOS生产商从来没有将支持COM3和COM4的信息写入BIOS。因此，由于DOS是从BIOS中读取I/O信息，所以DOS不能对COM2以上的串口进行操作。在POST(加电自检) BIOS将找出系统中所安装的元件及其所在位置。POST将仅仅检验所安装的前两个端期间， 口。因为 Windows 9x/Me/2000和Windows NT都内置有对串口的支持，并且最多可以支持128个串口，所以在Windows环境下，并不存在该类问题。 由于Windows中可以支持多达128个串口，所以在Windows系统中可以方便地使用多串口卡。多串口卡可以使得系统仅仅通过使用一个插槽和一个中断就能够从多个设备采集数据，或者与多个设备共享数据。 切记 在COM端口(或一切设备)之间共用中断有时可以正常工作，但是其他情况则不允许。因此建议最好不要在多个ISA串口(如集成在主板上的COM口或ISA modem上的 COM口)之间共用中断。如果对这些驱动程序、补丁程序和更新程序进行跟踪，即使在系统中是完全可行的，那么也只会使人晕头转向。 串口的测试 可以对串口和并口进行多种方式的测试。最常见的两种测试类型是:纯软件测试、既涉及硬件又涉及软件的测试。纯软件测试是通过使用诊断程序进行的，例如Microsoft的MSD或 Windows 9x/Me/2000自带的Modem诊断工具。反之，同时涉及软件和硬件的测试则要通过使用环绕插头(wrap plug)来进行回送测试。 Microsoft系统诊断程序 微软系统诊断程序(MSD)是在MS-DOS 6.X、Windows 3.x和Windows 9x/Me/2000中附带的一个测试程序。请注意，在Windows 95的软件包中，可以在CD-ROM的\other\msd目录下找到该程序，而在Windows 98/Me/2000的软件包中，则可以在CD-ROM的\tools\oldmsdos目录下找到它。在安装操作系统时，并不会自动安装MSD。如果要使用该程序，那么必须直接从CD-ROM运行，或者将该程序从CD-ROM复制到硬盘上。 如果要得到最正确的结果，那么最好在纯DOS环境下运行这些测试程序，例如MSD。鉴于这个原因，在使用这些程序之前，需要在DOS模式下重新启动机器。接着，为了使用MSD就必须切换到其所在的目录。当然，如果包含该程序的目录位于所设置的搜索路径，那么就不必要这样做。DOS 6.x或Windows所附带的MSD的目录就位于系统的搜索路径。随后，只需要在DOS提示符下键入MSD并按回车，很快就可以看见MSD的画面。 选择串口项。注意，这时将显示出关于系统中串口芯片类型的信息，以及可用的端口的信息。如果这些端口中有任意一个被使用(例如，连接有鼠标)，那么该信息也将被显示。 MSD至少可以用于帮助判断串口是否有响应。如果MSD不能确定端口的存在，那么它给出的报告中不会表示存在有该端口。这种“检验并确定”(100k-and-see)的测试，是我在判断端口没有反应的原因时的首选方法。 Windows中的I/O端口故障诊断 Windows 9x/Me能够通知用户端口是否正常工作。首先，需要核实存在支持系统中的串口所需的通信文件: 1)通过与Windows 9x/Me CD-ROM上文件的原始版本进行比较，来核实SYSTEM目录下的 COMM.DRV(16位串行通信驱动程序)和SERIAL.VXD(32位串行通信驱动程序)的文件大小和日期。 2)确认SYSTEM.INI文件中有下列代码行: [boot] comm.drv=comm.drv [386enh] device=*vcd 驱动程序SERIAL.VXD没有被装载到SYSTEM.INI文件中，而是通过注册表进行装载。对 RS-232设备，Windows 2000使用SERIAL.SYS和SERENUM.SYS驱动程序，用户可以比较于 一下这些文件与Windows 2000安装光盘上对应文件的大小和日期。如果这两个驱动程序都存在并且被系统占用，那么可以通过下列步骤来判断一个特殊串口的I/O地址和IRQ设置是否正确: 1)用右键点击桌面上“我的电脑”图标，选择“属性”或者双击“控制面板”中的“系统”图标并选择“属性”。点击“设备管理器”标签，接着点击“端口”并选择一个特定端口(例如 COM1)。 2)点击“属性”按钮，然后点击“资源”标签则将显示端口的当前资源设置情况。 3)检查“冲突设备列表”以查看端口是否正在使用与其他设备相冲突的资源。如果端口与其他设备发生冲突，那么可以点击“更改设置”按钮，然后再选择一种不会引起资源冲突的设置。可能要通过对这些设置进行实验才能找出正确的参数。 4)如果不能更改资源设置，那么这些参数极有可能是要通过BIOS设置进行修改。这样只有关机并重新起动系统，接着进入BIOS设置，在此修改端口设置。 当串行鼠标或其他设备使用了COM1口时，如果在COM3口使用调制解调器，那么将会有常见的错误发生。在一般情况下，COM1口和COM3口使用的是相同的IRQ，这就意味着不能 同时使用这两个端口。如果可能的话，可以将COM3口或者COM4口的IRQ设置修改为不与COM1口或COM2口相冲突。同时还要注意，有些显示适配器自动设置的地址与COM4相冲突。 使用回送测试的高级诊断 诊断测试中最实用方法是回送测试，该测试可以被用来确保串口及其所有连接电缆正确工作。回送测试本质上是内部(数字)测试或外部(模拟)测试。只要拔去端口上的电缆，并通过调用诊断程序来执行测试，就可以运行内部测试。 而外部的回送测试则更加有效。该测试要求将一个专门的回送连接器或环绕插头接在被测试的端口上。当进行测试时，端口被用来向回送插头发送数据，该插头仅仅将数据送回端口的接收引脚，使得端口同时进行发送和接收。回送或环绕插头不过就是一端被对折了的电缆。大多数运行该类测试的程序都附带有回送插头。如果没有的话，那么可以很方便地买到该类插头，甚至可以自己动手做一个。 使用回送连接器的一个好处是，可以将这些插头插在测试所涉及的电缆的末端。这样可以保证电缆和接口均工作正常。 并行端口 并行端口一般用于将打印机连接到PC上。即使该功能是并口惟一的原始用途，但是随着这些年将其作为多用途的、相对高速的设备间接口(与串口相比)。并口的用途变得越来越广泛，目前，符合USB 1.1规范的端口速度与并口速度差不多快，而IEEE-1394端口则比并口速度快许多。最初并口都是单向的，现在的并口已经能发送和接收数据。 并口之所以被称为并口，是因为它有8条数据线，可以通过这8条数据线同时发送包含了数据的一个字节的所有数据位。该接口的传输率快，传统上被用于打印机。然而，因为并口一次可以传送4个数据位，所以在这方面，并口的性能要优于一次只能传送1位的串口，所以在系统间传送数据的程序总是将并口作为传送数据的一种选择。 随后的内容主要着眼于程序在并口间传送数据的方式。并口通信所面临的惟一问题是，如果没有放大信号，就不能将并口电缆进行较大的延长，否则所传输的数据将出错。表9-5说明了标准PC并口的引脚引出线。 表9-5 25针PC兼容并口连接器 引脚 说明 I/O 引脚 说明 I/O 1 -选通 输出 14 -自动送纸 输出 2 +数据位0 输出 15 -出错 输入 3 +数据位1 输 16 -初始化打印机 输出 4 +数据位1 输 17 -选择输入 输出 5 +数据位3 输出 18 -数据位0回送(GND) 输入 6 +数据位4 输出 19 -数据位1回送(GND) 输入 7 +数据位5 输 20 -数据位2回送(GND) 输入 8 +数据位6 输出 21 -数抓位3回送(GND) 输入 9 +数据位7 输出 22 -数据位4回送(GND) 输入 10 -确认 输入 23 -数据位5回送(GND) 输入 11 +忙 输入 24 -数据位6回送(GND) 输入 12 +纸完 输入 25 -数据位7回送(GND) 输入 13 +选择 输入 IEEE 1284并口标准 IEEE 1284标准(被称为“个人计算机双向并行外围接口的标准信号发送方法”)的最终版本于1994年3月被批准。该标准定义了并口的物理特性，包括数据传送模式和物理及电气规范。 IEEE 1284定义了多模式并口到PC的电气信号状态，该并口可以支持多达4个数据位模式的操作。1284规范并不要求并口支持所有的这些模式，该标准还为支持一些额外的模式作了准备。 IEEE 1284规范被用于标准化PC和附加设备间的行为，尤其是附加的打印机。然而，外围设备(可移动介质驱动器、扫描仪等等)的提供商对该规范颇感兴趣。 IEEE 1284只是硬件和控制线路的标准，并没有定义软件与端口进行对话的方式。由原始 1284规范所衍生的一个条约则定义了软件接口。已经成立的IEEE 1284.3委员会负责研究一种软件标准，与IEEE 1284规范兼容的硬件都将使用该标准。该标准的研究主要是为了规范并口芯片厂商之间的差异，它包含借助于PC的系统BIOS来支持EPP(Enhanced Parallel Port，增强的并行端口)模式的规范。 IEEE 1284支持在计算机与打印机之间或两台计算机之间以更高的吞吐量进行连接。其结果是所使用的打印机电缆不再是标准的打印机电缆。IEEE 1284规范中的打印机电缆使用了双绞线技术，这样使得连接更加可靠而且无差错。 IEEE 1284标准还定义了并口连接器，其中包括两种现有的类型(称为A型和B型)和一种被称为C型的高密度连接器。A型指的是标准的DB25连接器，它被用于大多数PC系统并口的连接中，而B型指的是大多数打印机中标准36针Centronics模式的连接器。C型是一种新的高密度36针的连接器，市场上新出现的一些打印机使用的就是该类型的连接器，例如惠普公司的产品。这三种连接器如下图所示。 IEEE 1284并口标准定义了五种不同的端口操作模式，其中着重强调了具有更高传输率的 EPP和ECP模式。有些模式仅仅用于输入，而其他模式仅仅用于输出。将这5种模式进行组合，总共可以得到4种不同的端口类型，这些端口类型如表9-6所示。 IEEE 1284定义的并口模式如表9-7所示，表中还列出了近似的传输率。 IEEE 1284规范中三种不同类型的并口连接器 表9-6 IEEE-1284端口类型 并口类型 输入模式 输出模式 注释 SPP(标准并口) 半字节 兼容 4位输入，8位输出 双向并口 字节 兼容 8位 I/O EPP(增强型并口) EPP EPP 8位 I/O ECP(扩充能力端口) ECP ECP 8位 I/O，使用DMA 表9-7 IEEE-1284并口模式 并口模式 方向 传输率 半字节(4位) 只输入 50KB/秒 字节(8位) 只输入 150KB/秒 兼容 只输出 150KB/秒 EPP(增强型并口) 输入/输出 500KB-2MB/秒 ECP(扩充能力端口) 输入/输出 500KB-2MB/秒 高速并口(例如，EPP和ECP类型的并口)经常被用来支持诸如ZIP驱动器、CD-ROM驱动器、扫描仪、磁带机，甚至硬盘等外设。这些设备中的大多数都带有使用了直通式(pass- through)连接的并口。这就意味着本地打印机仍然可以与这些设备一起通过端口进行工作。这些设备都有其自身的驱动程序，这些驱动程序可以作为设备与打印机之间所传递信息的媒介。通过使用EPP或ECP模式可以获得高达2MB/秒的通信速率。这样就可以支持相对高速的设备，就如同该设备被连接到系统内部的总线上一样。 并口的设置 对并口的设置没有设置串口时那样复杂。即使最早的IBM PC的BIOS都能支持3个LPT端口。表9-8显示了并口所使用的标准I/O地址和中断设置。 表9-8 并行接口的I/O口地址及中断 标准的LPTx 可选的LPTx I/O端口 IRQ LPT1 - 3BC-3BFh IRQ7 LPT1 LPT2 378-37Ah IRQ5 LPT2 LPT3 278h-27Ah IRQ5 因为BIOS和DOS都总是为并口提供了3个定义(definition)，因此导致在老的计算机系统中不断产生问题。然而，问题可能源于没有适用于ISA/PCI总线系统的中断驱动(interrupt-driven)端口。通常，对于打印操作来说中断驱动端口并不是绝对必需的。实际上，许多程序都没有使用中断驱动功能。然而，许多程序又确实使用了中断，例如网络打印程序和其他类型的后台或假脱机类型的打印机程序。 同时，高速激光打印机的应用程序经常使用中断功能来为打印作准备。如果在没有中断驱动的端口使用了这些类型的应用程序，那么打印机在工作时可以看到打印过程慢得象在爬行一样。惟一的解决方法是使用有中断驱动的端口。MS-DOS和Windows 9x/Me/2000现在支持多达 128个并口。 如果要在ISA/PCI总线系统中设置并口，那么一般可以通过使用BIOS设置程序来设置集成在主板上的端口，对于卡式适配器上的端口则可以通过设置跳线和拨位开关来设置。因为市场上的每种板卡均不相同，所以如果想知道板卡需要被如何设置，可以查询具体板卡的OEM手册。 连接系统与并口 IBM PC最初的设计者们设想并口将只被用于与打印机的通信。在随后的这些年中，能够使用并口的设备的数量迅猛增加。现在人们可以发现，从磁带机到LAN适配器，再到CD-ROM和扫描仪，这些设备都可通过并口来连接。这些设备中的多数也可以通过USB端口与系统连接，有的设备这两种连接方式都支持，因而具有极大的灵活性。 也许双向并口最常见的用途是在用户的计算机系统与另一个系统(例如，便携式计算机)之间传送数据。如果传送数据的两个系统都使用了EPP/ECP端口，那么实际上就能够以高达 2MB/秒的速率进行通信，这比串口或红外口的数据传输速率要快得多。许多商用程序也支持并口文件传输，包括Laplink.com的LapLink、SmithMicro的Checklt Fast Move以及Symantec的PC Anywhere等等。MS-DOS 6.x、Window 9x/Me/2000也内嵌了对并口文件传输的支持。 在Windows 95及其更新版本中都包含有一个名为DCC(直接电缆连接)的程序，该程序可以支持两台计算机通过空调制解调器/Laplink电缆来实现连网。Windows 2000称该特性为直接并口连接(DirectParallel Connection)不过这与Windows 9x/Me中的DCC软件保持兼容。关于如何创建DCC连接的方法，可以参考Windows文本中的信息。Parallel Technologies已经与 Microsoft公司签定了生产连接这些系统的特殊DCC电缆的 合同 劳动合同范本免费下载装修合同范本免费下载租赁合同免费下载房屋买卖合同下载劳务合同范本下载 。Parallel公司有一种特殊类型的电缆，该电缆使用有效的电子技术来确保可靠的高速互连。 并口/SCSI转换器 并口也能被用来将SCSI外设连接到PC上。通过并口/SCSI转换器，可以连接任何类型的 SCSI设备，如硬盘，CD-ROM驱动器，磁带驱动器，Zip驱动器或者扫描仪到PC上，所有这些都要经过该并口。要连接到一个SCSI设备并同时继续能够打印，大多数并口/SCSI转换器为打印机包括一个直通式连接。 这意味着该转换器的一端有一个到并口的连接，而在转换器的另一端就可以同时进行SCSI和并口连接。因此，插上SCSI设备(通过SCSI菊花链甚至可以连接多个设备)的同时，仍然连接打印机。因为并口/SCSI转换器的驱动程序自动地将所有信息传递给打印机，所以打印机能正常工作。 Adaptec是这些转换器的主要提供商，也可以从其他厂商处获得。注意，这些转换器是为处理单独的SCSI设备而设计的，如果需要支持两个以上的设备，需要购买一个SCSI宿主适配器;另外需要注意的是，即使是EPP/ECP并行端口，其速率也只是最低速SCSI设备速率(10MBps以上)的一部分(约2MBps)。 并口的测试 在大多数情况下，对并口的测试比对串口的测试简单得多。测试的过程实际上与测试串口的过程相同，只要在使用诊断软件时，选择并口而不是串口即可。 尽管软件测试是类似的，但硬件测试却需要专门用于并口回送测试的插头。根据使用的软件不同，应该选择不同的回送插头。多数软件使用IBM类型的回送测试，也有一些使用最早由 Norton Utilities诊断程序使用的类型。 用户可以购买回送插头，也可以自己制作。 USB和IEEE-1394(i.Link或FireWire) 两种最近推出的用于台式和便携式PC的高速串行总线结构是通用串行总线(USB)和IEEE 1394，IEEE 1394也被称为i.Link或FireWire。这些结构都是远胜于标准串口和并口性能的高速通信端口。它们可以被用来替代SCSI，以实现与高速外设的连接。除了其突出的性能外，这些新的端口还支持I/O设备的合并，这就意味着所有类型的外设都可以连接到这些端口上。 最新的高性能外部总线设计趋势是使用串行结构，这样可以通过1根导线一次发送1位数据。而并行结构则同时使用8根、16根或更多的导线来发送数据位。在相同的时钟速度下，并行总线要快得多。但是，提高串行连接的时钟速度却要比提高并行连接的时钟速度要容易得多。 并行连接将面临多个问题，其中最大的问题是信号的不同步和振动。不同步和振动是将高速并行总线(例如SCSI)限制为3米或更少的短距离的原因。出现不同步和振动的原因是:虽然8位或16位数据被发送器同时发送，但是当它们到达接收器时，传输延迟已经使得一些数据位先于其他数据位到达。电缆越长的话，在电缆的另一端第一个和最后一个数据位到达的时间间隔将越长。信号的不同步，正如其名所示，使得不能以高速的传输率或更长的电缆(或者两者兼而有之)来进行通信。振动指的是信号达到其目标电压并在目标电压上下浮动一小段时间的趋势。 使用串行总线可以一次发送1比特数据。由于无需担心每一位数据的到达时间，因而可以疯狂地提高时钟频率。例如，EPP/ECP并口的最大传输速率为2MBps，而IEEE-1394端口(使用高速串行技术)支持的传输速率高达400Mbps(约50MBps)，这比并口速率快25倍。USB 2.0支持的传输速率可以为480Mbps(约60MBps)。 在高时钟频率下，并行信号将相互干扰。因为只有1根或2根信号线，所以串行传输又具有一个优势，那就是可以忽略电缆导线之间的串扰和干扰。 一般说来，并行电缆比串行电缆要贵得多。在并行电缆中，除了需要许多额外的导线来传送多个数据位外，所用的电缆也需要特制，以防止相邻数据线之间的串扰和干扰。这就是为什么SCSI电缆如此昂贵的一个原因。另一方面，串行电缆相对而言要廉价得多。首先，它只有少得多的导线。其次，即使在高速下，它的屏蔽要求也要简单得多。正因为如此，在更长的距离之间也可以比较容易地保证串行数据的可靠性，这就是建议的并口电缆长度要比串口的短的原因。 基于上述那些原因以及为了满足新的即插即用外围设备接口和减少便携式计算机上拥挤的物理端口的需要，出现了上述高性能串行总线。很明显，USB是现在所有PC的标准功能，并且它可以当作通用外部接口使用。对于某些市场(例如连接视频设备)来说，IEEE 1394也可以作为一种选择，但它正在向高带宽方向发展，如高分辨率扫描仪和外部硬盘驱动器等。 USB USB(通用串行总线)是一种外部设备总线标准，它的设计为PC的外部连接设备带来了即插即用功能。USB的出现不再需要专用的端口，也减少了专用I/O卡的使用(从而也减少了因添加新卡而重新配置系统的需要)，大大节省了像IRQ这样重要的系统资源，所有连接到USB端口上的设备只需要1个IRQ即可。带有USB的PC可以支持对外设的自动识别与设置，只需将外设在物理上连接到PC即可，而不需要重新启动或运行安装程序。USB在同一台计算机上最多可以同时支持127台设备的运行，并且还支持将外设(例如，显示器和键盘)作为插入的点，或者说是插孔。USB的电缆、连接器、集线器以及外围设备能够用下图表示。 这个标志用来表示USB的电缆、连接器、集线器和外部设备 Intel是USB最早的支持者，从PIIX3 South Bridge芯片组元件开始(于1996年2月发布)，Intel公司所有的PC芯片组就已经将USB作为标准包含在内。其他芯片组生产厂商也纷纷将USB看作与串并口-一样的台式机和笔记本电脑的标准特性。 其他6家最初与Intel合作开发USB的公司是:Compaq、Digital、IBM、Microsoft、NEC和 Northern Telecom。这些公司一起创建了USB实现者论坛(USB-IF，USB Implementers Forum)来开发、支持和推进USB体系结构的发展。 USB-IF 于1996年1月发布了USB 1.0版，于1998年9月发布了USB 1.1版。其中1.1版主要是对关于集线器和该规范其他领域中一些问题的说明。大多数设备和集线器应该都是服从1.1标准的，即使它们是在1.1规范发布之前生产的。最近，USB-IF发布了USB 2.0标准，其速度比最初的 USB快40倍，而仍然具有完全的向后兼容性。通过插入一块PCI卡(台式机)或PC卡(Cardbus兼容的笔记本电脑)，就可以在没有内置USB连接器的老式计算机上使用USB端口。多数插卡都符合USB 1.1标准，也有一些支持刚刚推出的USB 2.0标准。 USB技术 USB 1.1版被定义为通过简单的4线连接以12Mbit/秒(1.5MB/秒)的速率运行。该总线支持多达127台设备并且使用了级联-星形的拓扑结构，该结构由PC内的扩展集线器、所有的USB外设，甚至是独立的集线器盒所构成。注意，虽然标准允许连接多达127台设备，但是所有的设备只能共享1.5MB/秒的带宽，这就意味着每增加一台活动的设备，总线就将慢一些。在实际的使用中，很少有人会在任何时刻都连上8台以上的设备。 对于低速外设而言(例如指点设备和键盘)，USB也带有一个慢一些的1.5Mbit/秒的子通道。该子通道的连接机构可以用于慢速接口设备，例如键盘和鼠标。 USB设备被分为集线器和功能设备，或两者的结合。集线器提供了对USB的额外连接点，支持连接外加的集线器或者功能设备。功能设备是连接到USB上的单独设备，例如键盘、鼠标、照相机、打印机、电话等。在PC设备系统中的初始端口被称为根集线器，它们是USB的起点。大多数主板带有2个、3个或4个USB端口，每个端口都能连接功能设备或者附加的集线器。有些系统在计算机的前端设计了一两个USB端口，这为偶尔使用的设备提供了方便，如数码相机、闪存卡阅读器等。 集线器在本质上就是连线的集中器，在星形拓扑结构中，集线器可以连接多台设备。每个连接点被称为一个端口。大多数集线器有4个或8个端口，但是也可能更多。为了保证更大的扩充性，可以将附加的集线器连接到现有集线器的端口上。集线器既可以连接，又控制对每台已连接功能设备的电源分配。典型的集线器下图所示。 典型的4口USB集线器 除了为连接USB外设提供附加的插座，集线器还为连接的所有外设提供电源。集线器可以识别外设的动态连接，并且在外设的初始化期间为每个外设提供至少0.5W的电源。在主机PC驱动程序软件的控制下，集线器可以为外部操作提高更多的设备电源，最多可达2.5W。 技巧 为了操作更可靠一些，建议用户使用自带电源的集线器，并将其插入到一个AC适 QL器中。总线电源驱动(Bus-powered)的集线器从PC的USB根集线器连接器处获得电源，因而不能向耗电量大的设备(如光鼠标)提供充足的电源。 新连接上的集线器都被分配给一个惟一的地址，集线器最多可以进行5层的级联(参见下图)。 典型的带有USB设备的PC可以使用多个集线器来支持多种 不同的外设，这些外设可以连接到最方便操作的集线器上 在两台全速(12Mbit/秒)的设备之间或者在设备与集线器之间，如果使用20规格的双绞线屏蔽电缆，那么最大的电缆长度是5米。如果在低速(1.5Mbit/秒)设备之间使用非双绞线，那么最大的电缆长度是3米。如果用更小规格的导线，那么极限长度将更短(请参见表9-9)。 表9-9 最大电缆长度与导线规格对比情况 规格 电阻(欧姆/米Ω/m) 长度(最大) 28 0.232 0.81m 26 0.145 1.31m 24 0.091 2.08m 22 0.057 3.33m 20 0.036 5.00m 虽然USB 1.1在数据传输方面没有FireWire或SCSI那么快，但对于设计它时所针对的 外设种类来说，这种传输速度仍然是绰绰有余的。USB 2.0具有惊人的传输速度，它比USB 1.1要快40倍，可以支持的传输速率达480Mbit/sec或60MB/sec。不过，USB 2.0还没有得到广泛支持，目前只有很少系统或设备符合USB 2.0。但是，如果用户 计划 项目进度计划表范例计划下载计划下载计划下载课程教学计划下载 为没有USB端口的系统购买一块USB插卡，即使没有USB 2.0设备，仍然建议购买一块符合USB 2.0规范的插卡。USB 2.0的另一个优势是其处理并发传输的能力，可以使USB1.1设备在不占用USB总线的同时传输数据。 Windows XP最初发行时没有提供USB 2.0的驱动程序，但只要在Windows XP下对USB 2.0设备进行了充分测试以后，相应的驱动程序很快就会以下载或打包的形式发布的。 USB连接器 USB规定了两种不同的连接器，称为A系列和B系列。A系列连接器是为那些电缆要永久连接的设备设计的，例如集线器、键盘和鼠标。大多数主板上的USB端口通常也是A系列连接器。B系列连接器是为需要可分离电缆的设备设计的，例如打印机、扫描仪、调制解调器、电话和扬声器。与一般的串行或并行电缆不同，实际的USB插头比较小，而且该插头没有用螺丝钉或者翼形螺钉来连接。由于没有弯曲或折断的引脚，装卸USB设备非常容易。USB插头(下图所示)可迅速插入USB连接器。表9-10显示了USB 4线连接器的引脚接线及电缆的信息。多数带有USB连接器的系统后部都有一对B系列连接器，有些系统的前部也有一两个连接器，可用于数码相机、读卡机、键盘和鼠标等设备。 A系列和B系列的USB插头和插座 表9-10 USB连接器引脚接线 引脚 信号名称 导线颜色 注释 1 VCC 红 电缆电源 2 -数据 白 数据传送 3 +数据 绿 数据传送 4 地 黑 电缆接地 外壳 屏蔽 - 排扰线 USB符合Intel的即插即用(PnP)规范，其中就包括热插拔，这意味着不需要关机或重新起动计算机就可以动态地插接设备。只需要将设备连接上，PC中的USB控制器将检测到该设备;并自动地决定和分配所需的资源和驱动程序。Microsoft开发出了USB的驱动程序，并且将这些驱动程序自动地包括在Windows95C/98/Me/2000中。 注意，Windows 95B版或者其后续版本都支持USB，但是在最初的Windows 95或Windows 95A中没有包含必需的驱动程序。注意，许多USB设备在Windows 95的任意版本下都无法正常工作(包括声称支持USB的版本)。Windows 98中包含了对USB的完整支持，在Windows 2000/Me中也是如此。虽然Windows 95稍后的版本——Windows 95C——包含了对USB的支持，但是在Windows95B时，并没有将USB的驱动程序自动地包括在内，这些驱动程序是单独提供的。此外也要求BIOS可以支持USB。这些BIOS的升级信息被包括在内部有USB端口的新计算机系统中。 USB一个有意思的功能是，由USB总线给所有连接的设备提供电源。USB的PnP特性支持系统询问所连接外设的电源需要，如果超过了系统实际的供电能力，那么将发出一个警告。在使用便携式计算机时，因为分配来运行外设的电池电力可能是有限的，所以这种警告对USB而言是很重要的。要避免连接的USB设备消耗光所有的电源，可以使用自我供电的插头。 USB规范的另一个优点是对外设的认同，因为不必为每台外设设置惟一的ID或标识符，所以该功能可以简化安装过程——USB将自动处理。此外，USB设备还支持热插拔，这意味着每次需要连上或拆开外设时，不再需要关掉计算机或者重新起动系统。 10.12.3启用USB支持 如果USB支持是在系统BIOS中禁用的，需要重启系统并进入BIOS设置程序，启用USB特性;如果还有一个单独的USB IRQ条目，也启用它。重新启动机器以后，如果用户使用的是 Windows 98以后的操作系统，系统就会检测到新的USB根集线器，并安装相应的驱动程序;如果用户在Windows 95 0SR 2下，可能需要手动安装驱动程序。 如果系统提供了USB连接器，在安装了驱动程序并重启系统之后，用户就可以使用这些新的USB端口了。但是，如果用户的主板并没有提供USB连接器，必须要购买USB接头电缆;在购买之前，要检查一下主板的USB接头针脚配置，标准的针脚配置是两行5针引脚。下图显示了典型的USB接头电缆。 像USB之类的接口的一个最大优点是其只需要一个PC中断。这意味着可以连接多达127台设备，而且如果这些设备都是通过一个单独的接口连接的，那么它们不会使用单独的中断。这是 USB接口的一个主要优点。 典型的USB接头电缆，将其插入Baby-AT或早期的ATX主板中， 就可以通过USB端口(如果提供了的话)将设备连接到系统中 USB2.0 USB 2.0是USB 1.1规范的向后兼容的扩展，它只是比最初的1.0和1.1版运行快40倍，而使用的电缆、连接器和软件接口都相同。更高的速率可以支持外连更高性能的外设，例如视频会议摄像机、扫描仪、打印机和存储设备，而且使用与当前USB外设相同的简易即插即用安装模式。从终端用户的观点来看，USB 2.0的工作状态与1.1版完全一致，只是运行得快一些，更有意思一些，而且可以支持更高性能的设备。由于USB 2.0支持所有的低速连接，因此所有现有的USB 1.1设备都可以在USB 2.0总线上工作。USB的信息率如表9-11所示。 表9-11 USB信息率 接口 兆位每秒 兆字节每秒 USB1.1低速 1.5Mbps 0.1875MBps USB 1.1高速 12Mbps 1.5MBps USB 2.0 480Mbps 60MBps 支持高速USB 2.0的外设需要使用USB 2.0的集线器。在USB 2.0总线上仍能使用老的USB 1.1集线器但是所有连接到USB 1.1集线器下游的外设和附加的集线器都只能以较慢的USB 1.1的最大速率1.5MB/秒来运行。连接到USB 2.0集线器的设备能够以该设备的最大速率来运行，最高可以达到USB 2.0的全速60MB/秒。如果外设不支持更高的传输率，那么将由设备相互协商确定经由USB 2.0集线器的更高的传输率，而它们之间的连接将以较低的USB1.1速率来进行操作。 如何判别哪些设备支持USB 1.1，哪些设备支持USB 2.0呢?控制USB标准的USB实现者论坛(USB-IF)于2000年年底发布了新的产品标签，该标签已经通过验证测试，如下图所示。 USB-IF符合USB1.1的新标签(左)和USB,IF符合USB2.0的新标签(右) 从上图可以看出，USB1.1就可以简单地称为“USB”，而USB 2.0可以称为“高速USB"。 IEEE-1394 IEEE-1394(简称1394)是由IEEE标准委员会于1995年下半年发布的。它是今天音频和视频多媒体设备的大容量数据移动需要的产物。1394的主要优点是速度快、其数据传输速率高达400Mbit/sec。 目前的1394标准和正在讨论的1394标准 1394最初的版本实际上被称为1394a，由于它于2000年被采纳，有时也称为1394a-2000。1394a标准是在最初的1394标准的基础上解决互操作和兼容问题，它使用了与最初的1394标准相同的连接器，并支持同样的传输速率。 正在讨论的1394b标准有望支持1600Mbps的传输速率，该标准后来的版本速率估计可达到 3200Mbps。1394b之所以能够达到比目前的1394/1394a更高的速率，是因为它也能支持光纤和 UTP 5类电缆等网络技术，在设备之间使用UTP 5类电缆后可大大增加设备间的距离，并改善信号的质量。此外，1394b还会与1394a设备保持完全的向后兼容。1394还有两个其他的常用名: i.Link和FireWire。i.Link是最近公布的IEEE-1394的名称，最早是由Sony公司提出的，主要是为了给IEEE-1394技术取一个用户容易掌握使用的名称。大多数生产PC中1394产品的公司，从一开始就认可了这个名称。术语FireWire是Apple公司专用的商标，任何想在1394产品中包含 FireWire这个名称的公司，首先必须与Apple公司签署一份许可协议，但并不是所有生产PC产品的公司都采取这样的做法。 1394技术细节 当前在IEEE-1394标准中存在着3种不同的信号发送速率——100-、200-、400Mbit/秒(12.5-、 25-、50MB/秒)。即使当前设备通常仅以100Mbit/秒的速率运行，但是大多数PC适配卡可以支持 200Mbit/秒的速率。通过采用菊花链或树状的连接方式，一个单独的IEEE-1394适配卡上最多可以连接63台设备。与USB设备不同，1394设备可以不使用集线器进行菊花链连接，不过对于可以进行热交换(hot-swapped)的设备来说，一般推荐使用集线器。IEEE-1394设备的电缆使用的是源自任天堂GameBoy游戏机的连接器，该电缆由6根导线组成:4根导线传送数据，2根导线传导电源。其主板上的接口不是由专用的IEEE-1394接口构成，就是由PCI适配卡构成。下图中显示了1394标准的电缆、插座和连接器。 IEEE-1394端口、6针电缆和4针电缆 1394使用的是简单的6线电缆，其中有2对不同的时钟和数据线，再加2根电源线。上图所示的四线电缆与DV摄像机等自供电设备一起使用。与USB一样，1394支持完全的即插即用，并且具有热插拔(插上和拔除部件时不用断电)功能。与复杂得多的并行SCSI总线不同，1394不需要复杂的终端，总线上连接的设备可以从总线获取多达1.5安培的电能。与超宽(ultra-wide) SCSI相比较而言，1394提供了相等或更好的性能，而且费用要低得多，连接也更简单。 1394是构建在菊花链和树状拓扑结构上的，它支持多达63个节点，每个节点上可以支持多达16台设备的菊花链。如果还不够用的话，那么该标准还支持最多1 023条桥接的总线，这样就可以互连64 000个节点!另外，与SCSI一样，1394能够在同一条总线上支持不同信息率的设备。大多数1394适配器都有3个节点，在菊花链布局中每个节点可以支持16台设备。一些1394适配器也支持内部的1394设备。 可以经由1394连接到PC的设备的类型包括所有形式的磁盘驱动器(包括硬盘、光盘驱动器、软盘驱动器、只读光盘存储器和DVD-ROM驱动器)。同样，在数字照相机、磁带机和其他许多高速外设等功能部件上也集成了1394标准的接口。人们期望在台式计算机和便携式计算机中都采用1394总线，以替代其他的外部高速总线，例如SCSI。 Microsoft在Windows9x/Me/2000和WindowsNT中开发了支持1394的驱动程序，在Windows XP中也有对其的支持。符合1394标准的最通用的设备主要是便携式摄像机和带数字视频(DV)功能的录像机。索尼是第一批推出了该设备的厂商，它的产品使用的 1394名称是i.Link。不过，按索尼采用的特有样式，它的产品带有独特的4线连接器，该适配器需要一块与IEEE-1394的PC卡一起使用的适配卡，索尼公司甚至没有将其称为IEEE 1394或 FireWire，而是创建了自己的命名(i.Link)来取而代之。 因为当前主要是数字视频外设使用IEEE-1394，所以目前大多数的PC卡都是由Adaptec、 FASTMultimedia、Matrox以及其他从事数字视频捕捉与编辑的公司生产的，附带DV捕获和编辑软件。数字视频照相机或 记录 混凝土 养护记录下载土方回填监理旁站记录免费下载集备记录下载集备记录下载集备记录下载 设备在PC上提供了数字视频编辑和复制功能。当然，这样需要使用IEEE-1394的I/O连接，该连接在现在的主板上还是稀罕物。 IEEE-1394a和USB 1.1/2.0的比较 由于USB和1394在形式和功能上的类似性，人们容易对这两种技术产生混淆。表9-12总结了这两种技术的区别。 表9-12 IEEE-1394a和USB的对比 IEEE-1394a(也称为 USB 1.1 USB 2.0 i.Link、FireWire) PC主机要求 不 是 是 最大设备数 63 127 127 热交换可 可 可 (hot-swappable) 设备间的最大电缆长4.5米 5米 5米 度 传输率 200Mbps(25MB/秒) 12Mbps(1.5MB/秒) 480Mbps(60MB/秒) 被提议的未来传输率 400Mbps(50MB/秒) 无 无 800Mbps(100MB/秒) 1Gbps+(125MB/秒，) 典型设备 -DV便携式摄像机 -键盘 除全部USB1.1设备外还 有: -高分辨率数字照相-鼠标 -DV便携式摄像机 机 -HDTV -游戏杆 -高分辨率数字照相机 -机顶盒 -低分辨率数字照相-HDTV 机 -高速驱动器 -低速驱动器 -机顶盒 -高分辨率扫描仪 -调制解调器 -高速驱动器 -电子乐器 -打印机 -高分辨率扫描仪 -低分辨率扫描仪 主要的区别在于普及性、PC中心性(centricity)或非PC中心性以及速率。USB是到目前为止最通用的外部接口，使得所有其他接口比较而言是黯然失色。 目前出售的所有PC机都包含了USB 1.1标准，但对于1394的支持还是以后的事情;只有很少一些系统和主板集成了1394端口。 即使USB的普及占据了压倒优势，但是1394仍然有一定的市场。也许1394将生存在普及的高速USB 2.0接口阴影下的主要原因是，USB是PC中心性的，而1394却不是。USB要求将PC作为主机，而1394的一个重要的好处就是不要求连接PC主机。同样地，1394可以被用来直接将数字视频(DV)便携式摄像机连接到DV-VCR进行磁带复制或编辑。这就是1394能够在数字视频领域仍然通用，甚至超过USB 2.0的原因。 速率总是一个不断变化的参数。1394提供的数据传输率比USB 1.1的传输率快16倍以上，但是比USB 2.0的一半还小得多。随着1394更高速率版本(如建议的1394b基本速率达1.6Mbps)的登台，速率的差异在将来又会改变。USB 1.1明显是为低速外设(例如键盘、鼠标、调制解调器和打印机)设计的，而USB 2.0可以被用来连接最高速的外设。1394主要将被用来连接高性能数字视频的电子产品和宽带计算机产品。 一般说来，IEEE-1394为当前和将来的PC用户提供了空前的多媒体性能。现在的外设——特别是数字视频设备——仍旧相当昂贵。但是与所有新兴的技术一样，将来价格一定会降下来并且对居家和办公中使用的新PC敞开大门。多数用户享受其进行高级音像编辑的性能。将来如果 PC有多媒体需要，那么IEEE-1394可能就是所选择的接口而USB 2.0则主要为目前使用传统端口的外设(如键盘、PS/2鼠标及串并口)提供连接。