计算机硬件技术基础 第6章（接口）

null第6章 接口——目录第6章 接口——目录6.1 接口的基本知识 接口概述 接口的操作 6.2 串行接口——RS-232C 6.3 并行接口——IEEE1284 6.4 USB 6.5 IEEE-1394接口 6.6 IDE接口 6.7 SATA接口 6.8 SCSI接口 6.9 IrDA——红外线接口 6.10 无线接口6.1 接口的基本知识——定义和指标6.1 接口的基本知识——定义和指标接口——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。接口的指标 速度； 资源占用。包括CPU时间、中断、DMA等； 连接距离； 差错控制、即插即用、供电等。6.1 接口的基本知识——接口概述6.1 接口的基本知识——接口概述接口软件、I/O总线、接口电路和连接的外部设备的关系计算机 主机系统 （ICH）外部设备1接口 电路1I/O总线接口 电路2外部设备2I/O接口连接器特定的接口动作6.1 接口的基本知识——接口概述6.1 接口的基本知识——接口概述Intel 865芯片组构成的计算机系统存储器intel Pentium 4 CPU键盘显示器音箱 / MIC打印机鼠标器系统 总线微型 机主 机板Intel 80865 MCHAGP 显示接口IHAI C HATA-100S-ATALAN6ch音频8XUSB2.0PCIPCI总线串行接口 并行接口 键盘接口 鼠标接口局域网BIOS、时钟 、….6.1 接口的基本知识——接口概述6.1 接口的基本知识——接口概述接口电路的构成完成CPU对特定的地址的I/O读写的识别。实现对接口的内部时序控制，实现中断，管理缓存，写状态寄存器等。 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 接口的状态、错误。外设的情况等。CPU通过读状态寄存器了解接口的情况。软件将对接口的控制信息写入控制寄存器，完成对接口的控制。完成接口的电平变换、数据格式变换。实现数据I/O缓冲，实现异步的CPU传送和接口传送，减少CPU的开销。受控于接口控制电路，完成双向传送。6.1 接口的基本知识——接口概述6.1 接口的基本知识——接口概述接口的基本功能 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。根据接口的需要可以是1个或2个字节，或是FIFO存储器，也可以是数据存储区。 信号变换：完成计算机数字信号与I/O设备信号(如模拟信号、开关信号、计数脉冲等)的相互转换。 中断：大多数接口电路有中断功能，以提高接口程序的效率。 接口的高级功能 差错控制：实现检错或纠错。 高层通信协议：实现呼叫、数据包、流量控制等。 即插即用、电源管理、动态配置等。6.1 接口的基本知识——接口的操作6.1 接口的基本知识——接口的操作接口的操作：程序对接口的访问（读/写）方式。不同的接口电路支持不同的操作方式。 查询控制方式：在程序的主动控制下，通过读取状态寄存器了解接口的情况，完成相应的程序操作。为了及时了解接口的状态，需要时间密集的查询操作。CPU效率低。 中断控制方式：当接口出现需要程序干预的事件，通过中断通知CPU，CPU再读取状态寄存器，确定事件的种类，以便执行不同的代码处理。CPU效率高而且及时。 DMA控制方式：CPU与接口的数据传送采用DMA传送，即传送的具体过程由硬件（DMA控制器）完成，传送速度比通过CPU快，尤其是在批量传送时效率很高。 6.2 串行接口——RS-232C6.2 串行接口——RS-232C串行传送：数据信息以串行方式逐位传送。如RS-232C、USB接口、SATA接口、键盘接口和鼠标器接口等 。 特点：节省接口线数目、传送距离远，接口电路复杂。 同步串行和异步串行：串行接口可分为同步串行和异步串行两类，同步串行接口在连接线中有时钟线，而异步串行接口没有时钟信号线。 同步串行传送：6.2 串行接口——RS-232C基本特性6.2 串行接口——RS-232C基本特性连接器：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。 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。 通信速率：固定可选的速率110、300、600、1200、2400、3600、4800、7200、9600、14400、19200、28800、33600、38400、57600、115200 bps(Bit Per Second)。 6.2 串行接口——RS-232C基本特性6.2 串行接口——RS-232C基本特性RS-232C信号电平：采用双极非平衡方式，负电平(-3 ~ -15V)代 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 逻辑1，正电平(+3 ~ +15V)代表逻辑0。一般采用±5V 或±12V。接口电路完成内部逻辑电平(0~3/5V)与接口信号电平(-12 ~ +12V)的转换。 RS-232C的内部波形和接口信号波形：6.2 串行接口——RS-232C的接口信号6.2 串行接口——RS-232C的接口信号RS-232-C接口连接器：连接的两端分别为DTE（ Data Terminal Equipment ）和DCE（ Data Communication Equipment ）端。6.2 串行接口——RS-232C的接口信号6.2 串行接口——RS-232C的接口信号接口信号说明(→:DTE到DCE，←: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。6.2 串行接口——RS-232C的一个应用例子6.2 串行接口——RS-232C的一个应用例子操作实例：DCE为MODEM，DTE 为PC机。通信方式为采用DTR/DSR联络的全双工(不使用RTS和CTS)。(被叫方RS-232)6.2 串行接口——PC中RS-232C的实现6.2 串行接口——PC中RS-232C的实现在早期的PC机中，串行接口是由一块独立的IC芯片实现的，如Intel 8250，实现串行通信的功能部件被称为UART（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter）。在近代PC机中，将UART和其他的标准接口电路集成在一起，被称为Super I/O芯片。Super I/O芯片被集成到了南桥芯片（或ICH）中。 一般的芯片组集成有2个串行接口，可以通过插卡方式或USB扩展方式增加串行接口。系统默认的端口地址个中断配置如表。6.2 串行接口——PC中RS-232C的实现6.2 串行接口——PC中RS-232C的实现PC机为UART分配8个寄存器端口地址，大多数UART使用了其中的7个。6.3 并行接口——IEEE12846.3 并行接口——IEEE1284用途：早期的并行端口用于连接打印机。后来发展成为标准的多功能接口，用于连接外接光盘驱动器、外接硬盘等。 标准：IEEE 1284标准是于1994确定的并行接口标准。该标准定义了并口的物理特性、电气规范和数据传送模式。 特点：并行接口中定义了8条数据线，每次传送一个字节。速度比串行口快的多，为150KB～ 2MB/s。 连接器：PC机一端采用DB25连接器。6.3 并行接口——IEEE1284的接口信号6.3 并行接口——IEEE1284的接口信号DB25并行口连接器中的信号：定义了8条数据线、4条输出控制线和5条状态线。全部信号线为5V TTL电平。6.3 并行接口——IEEE1284的工作模式6.3 并行接口——IEEE1284的工作模式 最早(PC机初期)的并行口只有输出没有输入功能，只适合接打印机。 之后并行口增加模式： 标准并行口(SPP:Standard Parallel Port)：增加4位输入能力，输出速率150KB/s，输入速率50KB/s。 双向并行口(PS/2) ：8位输入，双向传输速率150KB/s。 增强并行口(EPP: Enhanced Parallel Port )：高速双向，传输速率500KB ~ 2MB/s。适合双向高速传送。 增强性能并行口(ECP: Enhanced Capability Port )：高速双向，传输速率500KB ~ 2MB/s。支持DMA。适合批量数据单向高速传送。6.4 USB （Universal Serial Bus ）6.4 USB （Universal Serial Bus ）USB接口 由Compaq、Intel、Microsoft、NEC等公司于96年共同研制发布。 目前使用的有USB1.1和USB2.0两个版本。 Microsoft从Windows 98 SE开始全面支持USB。新型的串行技术 由于集成电路技术的发展，高度复杂的接口电路的集成芯片成本降低。 点对点的串行传输可以使得传输速度大幅度提高。 现代计算机对接口的传输速度要求提高。6.4 USB——简介6.4 USB——简介物理接口 USB采用4线传输，其中两条信号线，两条电源线。 标准USB连接器分为A和B两种，A连接器用于主机，B连接器用于外设。 传输模式和速度 USB采用平衡半双工方式。 USB1.1具有两个物理传输模式，全速模式为12Mb/s，低速模式为1.5Mb/s。 USB2.0的高速模式的物理速率为480Mb/s，同时兼容USB1.1。6.4 USB——同步 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 6.4 USB——同步方案NRZI（Non Return to Zero Invert，不归零反向码）编码 USB的线上传输采用NRZI编码，相当于插入时钟，数据没有变化表示1，数据有变化则表示0。并要在连续6个1之后插入一个0，接收端再按照这样的规律将插入的0删除。 6.4 USB——连接方式6.4 USB——连接方式连接方式 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——特点6.4 USB——特点高可靠性 USB采用平衡传输方式，抗干扰性好。 USB带纠错能力，可完成对软件透明的检错和重发。 使用方便 自带+5VDC电源，可输出500mA。接口具备电源管理能力。 具有热插拔能力，在操作系统的协同下实现即插即用。 节省资源 多个设备使用同一组中断和DMA通道。 关于USB速度 半双工传输方式； 串行传输——信息中包含状态、控制和差错校验信息； 多设备共享——一个根USB传输带宽被连接多个设备共享； NRZI编码——NRZI编码后数据量会增大。6.4 USB——传输模式6.4 USB——传输模式USB的四种基本的数据传输模式 控制传输（Control transfer） 支持外设与主机之间的控制、状态、配置等信息的传输，为外设与主机之间提供一个控制通道。  等时传输（Isochronous transfer ） 适合数据连续不间断、实时的、带宽要求恒定的传输。该类型无差错校验。适合音、视频设备。  中断传输（Interrupt transfer） 适合数据量小，无周期性，但对响应时间敏感的传输。  数据块传输（Bulk transfer ） 适合传输的数据量大，但没有实时要求的传输，USB在满足带宽的情况下才进行该类型的数据传输。适合外存储设备。  6.5 IEEE-1394接口6.5 IEEE-1394接口1394a于1995年发布。后续的版本是1394b 1394a：标准定义了多种传输速率，12.5、25、50、100、200、400Mb/sec的传输速率。 1394b：为下一代PC所制定的标准，增加了800和1600Mb/sec，如果使用光纤的话，最高传输速率提高到了3200Mb/sec。 接口 使用六芯传输——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。6.5 IEEE-1394接口——和USB比较6.5 IEEE-1394接口——和USB比较IEEE-1394和USB1.1、USB2.0 的比较6.6 IDE接口——概述6.6 IDE接口——概述IDE（Integrated Device Electronics）属于内部接口，又叫ATA接口。 用途：是PC机用于连接硬盘、光盘驱动器的通用接口，一般PC机主板上有两个IDE接口。 连接：一般通过软电缆连接主机的IDE接口和硬盘及光驱。6.6 IDE接口——连接6.6 IDE接口——连接 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——版本发展6.6 IDE接口——版本发展 IDE连接电缆 IDE连接器为40双排连接器，UDMA标准的连接电缆中增加40根地线（80线），连接器不变。6.6 IDE接口——传输模式6.6 IDE接口——传输模式PIO：(Programmed I/O 编程的输入/输出)一种IDE接口传送模式，和之后的DMA模式相比占用CPU时间资源多。PIO有5种子模式(MODE 0~4)： PIO模式 0 1 2 3 4 传输速度 3.2 5.2 8.3 11.1 16.7 DMA： (Direct Memory Access 直接存储器访问)比PIO更高效的传送模式，有3种子模式(MODE 0~2)： DMA模式 0 1 2 标准 ATA-1 ATA-2 ATA-2 传输速率 4.2 13.3 16.7 UDMA：(Ultra-DMA) 比普通DMA更高速的方式，采用了更高速的时钟，而且在时钟的上沿和下沿分别传送数据，速度加倍。传输速率可以达到33、66和100MB/s。6.6 IDE接口——高级特性6.6 IDE接口——高级特性SMART: (Self-Monitoring, Analysis and Reporting Technology 自监视、 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 和报告技术)提高硬盘系统的安全性。 CRC: (Cyclic Redundancy Check 循环冗余校验) RAID(Redundant Array of Independent Disks 容错式独立磁盘阵列）：目的在于通过多个磁盘驱动器的协同来实现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RAID 0和RAID 1则多见于PC。RAID 3、4、5采用复杂的CRC纠错，通常只用于服务器/工作站领域。6.7 SATA接口 6.7 SATA接口 Intel联合多家厂商于2001年推出了Serial ATA 1.0规范。基本SATA的传输速率为150MB/sec。 SATA采用高速串行平衡传输技术，并采用屏蔽线线传输，提高了抗干扰特性，使得传输速度提高。6.7 SATA接口——SATA接口硬盘6.7 SATA接口——SATA接口硬盘ATA（IDE）接口和SATA接口硬盘6.7 SATA接口——连接器和电缆6.7 SATA接口——连接器和电缆连接：SATA接口连接器为7线连接，传输线4线屏蔽线，信号传输采用平衡传输方式，传输电压为+0.25V和-0.25V 。6.7 SATA接口6.7 SATA接口SATA版本：目前SATA有3个版本，传输速度分别为150、300和600MB/sec。外接：由于SATA电缆很细，而且支持热拔插，SATA接口可以作为高速的外部接口。6.8 SCSI接口——概述6.8 SCSI接口——概述SCSI（Small Computer Standard Interface）：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。 SCSI在PC的应用：主要用于高档服务器系统连接硬盘、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。 SCSI连接：菊花链模式。6.8 SCSI接口——电缆和连接器6.8 SCSI接口——电缆和连接器电缆和连接器 目前SCSI分两类：即标准SCSI(8位)和Wide SCSI (16位)。分别使用50芯A型电缆(见表6.17)和68芯P型电缆及连接器。 50线SCSI电缆主机端 50线SCSI电缆外设端6.8 SCSI接口——版本6.8 SCSI接口——版本6.8 SCSI接口——从SCSI到SAS6.8 SCSI接口——从SCSI到SASSAS（Serial Attached SCSI ）：采用SCSI的协议和类似SATA的串行传输技术的新一代SCSI接口标准。 今后将形成SATA和SAS并存的形式6.9 IrDA——红外接口6.9 IrDA——红外接口IrDA（Infrared Data Association ）：红外数据协会的简称，IrDA制订了一系列红外数据通讯标准。目前IrDA成为红外线标准的简称。 IrDA的特点： 点对点传输； 传输距离0~1米； 和其他无线电磁波传输方式相比，红外线传输有方向性，一般不支持移动； 和无线传输相比，安全性好； IrDA应用 目前主要应用于笔记本和移动数码产品。6.9 IrDA——标准6.9 IrDA——标准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，通讯速率大幅度，可达到4Mbps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。 6.10 无线电接口——蓝牙6.10 无线电接口——蓝牙蓝牙（Bluetooth）：是一种近距离无线数据通讯技术标准。它能够在10米(扩展标准为100米)的半径范围内实现多点的无线数据传输，其数据传输带宽为可达1Mbps。通讯频率为2.402GHz~ 2.480GHz。 蓝牙通讯技术的特点： 使用跳频频谱扩展技术，保密性好； 一台蓝牙设备可同时与其它七台蓝牙设备建立连接； 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；6.10 无线电接口——Wi-Fi6.10 无线电接口——Wi-FiWi-Fi(Wireless Fidelity,无线高保真）：是一种无线通信协议，正式名称是IEEE 802.11b，属于短距离无线通信技术。 基本性能：Wi-Fi速率最高可达11Mb/sec，电波的覆盖范围可达100米左右，在家庭、办公室，小一点的整栋大楼也可使用。 应用：Wi-Fi是以太网的一种无线扩展，支持多点接入，如果有多个用户同时通过一个点接入，带宽被多个用户分享。 作业作业名词解释 DMA、DTE、DCE、FIFO、MODEM、SPP、EPP、ECP、BIOS、IRQ、NRZI、IDE、ATA、SCSI、SAS、IrDA、SIR、FIR、Wi-Fi、WLAN 说明接口的构成，接口电路的主要功能是什么？ 和查询控制方式相比较，中断控制方式有什么特点？ 计算机中的UART是什么？UART中的FIFO的作用是什么？ USB接口给出的通信速率是信号线的物理传输速率，有效数据速率要低一些，那些因素影响了有效数据传输速率？ 和ATA相比较，SATA的主要优势是什么？ 简述IrDA的基本特点，说明SIR、FIR和VFIR的技术指标。 客观的分析和比较IrDA和蓝牙。