1、第6章 接口目錄,6.1 接口的基本知識(shí) 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紅外線接口 6.10 無線接口,6.1 接口的基本知識(shí)定義和指標(biāo),接口用于完成計(jì)算機(jī)主機(jī)系統(tǒng)與外部設(shè)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。,接口的指標(biāo) 速度；資源占用。包括CPU時(shí)間、中斷、DMA等；連接距離；差錯(cuò)控制、即插即用、供電等。,6.1 接口的基本知識(shí)接口概述,接口軟件、I/O總線、接口電

2、路和連接的外部設(shè)備的關(guān)系,計(jì)算機(jī) 主機(jī)系統(tǒng) （ICH）,外部設(shè)備1,接口 電路1,I/O總線,接口 電路2,外部設(shè)備2,I/O接口連接器,特定的接口動(dòng)作,6.1 接口的基本知識(shí)接口概述,Intel 865芯片組構(gòu)成的計(jì)算機(jī)系統(tǒng),存儲(chǔ)器,intel Pentium 4 CPU,鍵盤,顯示器,音箱 / MIC,打印機(jī),鼠標(biāo)器,系統(tǒng) 總線,微型 機(jī)主 機(jī)板,Intel 80865 MCH,AGP 顯示接口,IHA,I C H,ATA-100,S-ATA,LAN,6ch音頻,8XUSB2.0,PCI,PCI總線,串行接口 并行接口 鍵盤接口 鼠標(biāo)接口,局域網(wǎng),BIOS、時(shí)鐘 、.,6.1 接口的基本知

3、識(shí)接口概述,接口電路的構(gòu)成,完成CPU對特定的地址的I/O讀寫的識(shí)別。,實(shí)現(xiàn)對接口的內(nèi)部時(shí)序控制，實(shí)現(xiàn)中斷，管理緩存，寫狀態(tài)寄存器等。,記錄接口的狀態(tài)、錯(cuò)誤。外設(shè)的情況等。CPU通過讀狀態(tài)寄存器了解接口的情況。,軟件將對接口的控制信息寫入控制寄存器，完成對接口的控制。,完成接口的電平變換、數(shù)據(jù)格式變換。,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)I/O緩沖，實(shí)現(xiàn)異步的CPU傳送和接口傳送，減少CPU的開銷。,受控于接口控制電路，完成雙向傳送。,6.1 接口的基本知識(shí)接口概述,接口的基本功能 數(shù)據(jù)傳送：CPU執(zhí)行輸入/輸出指令與外部設(shè)備交換數(shù)據(jù)。 數(shù)據(jù)緩沖：用于輸入輸出過程中的暫存，對方不能及時(shí)接收數(shù)據(jù)時(shí)，將數(shù)據(jù)暫存在接口電路中

4、。根據(jù)接口的需要可以是1個(gè)或2個(gè)字節(jié)，或是FIFO存儲(chǔ)器，也可以是數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)。 信號(hào)變換：完成計(jì)算機(jī)數(shù)字信號(hào)與I/O設(shè)備信號(hào)(如模擬信號(hào)、開關(guān)信號(hào)、計(jì)數(shù)脈沖等)的相互轉(zhuǎn)換。 中斷：大多數(shù)接口電路有中斷功能，以提高接口程序的效率。 接口的高級(jí)功能 差錯(cuò)控制：實(shí)現(xiàn)檢錯(cuò)或糾錯(cuò)。 高層通信協(xié)議：實(shí)現(xiàn)呼叫、數(shù)據(jù)包、流量控制等。 即插即用、電源管理、動(dòng)態(tài)配置等。,6.1 接口的基本知識(shí)接口的操作,接口的操作：程序?qū)涌诘脑L問（讀/寫）方式。不同的接口電路支持不同的操作方式。 查詢控制方式：在程序的主動(dòng)控制下，通過讀取狀態(tài)寄存器了解接口的情況，完成相應(yīng)的程序操作。為了及時(shí)了解接口的狀態(tài)，需要時(shí)間密集的查詢操

5、作。CPU效率低。 中斷控制方式：當(dāng)接口出現(xiàn)需要程序干預(yù)的事件，通過中斷通知CPU，CPU再讀取狀態(tài)寄存器，確定事件的種類，以便執(zhí)行不同的代碼處理。CPU效率高而且及時(shí)。 DMA控制方式：CPU與接口的數(shù)據(jù)傳送采用DMA傳送，即傳送的具體過程由硬件（DMA控制器）完成，傳送速度比通過CPU快，尤其是在批量傳送時(shí)效率很高。,6.2 串行接口RS-232C,串行傳送：數(shù)據(jù)信息以串行方式逐位傳送。如RS-232C、USB接口、SATA接口、鍵盤接口和鼠標(biāo)器接口等 。特點(diǎn)：節(jié)省接口線數(shù)目、傳送距離遠(yuǎn)，接口電路復(fù)雜。 同步串行和異步串行：串行接口可分為同步串行和異步串行兩類，同步串行接口在連接線中有時(shí)鐘

6、線，而異步串行接口沒有時(shí)鐘信號(hào)線。 同步串行傳送：,6.2 串行接口RS-232C基本特性,連接器：采用DB25和DB9(D型)連接器，DB25多為早期設(shè)備使用，DB9多為現(xiàn)在使用。 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(guān)，一般情況下限制在15米。 通信速率：固定可選的速率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,RS-232C信號(hào)電平：采用雙極非平衡方式，負(fù)電

7、平(-3 -15V)代表邏輯1，正電平(+3 +15V)代表邏輯0。一般采用5V 或12V。接口電路完成內(nèi)部邏輯電平(03/5V)與接口信號(hào)電平(-12 +12V)的轉(zhuǎn)換。 RS-232C的內(nèi)部波形和接口信號(hào)波形：,6.2 串行接口RS-232C的接口信號(hào),RS-232-C接口連接器：連接的兩端分別為DTE（ Data Terminal Equipment ）和DCE（ Data Communication Equipment ）端。,6.2 串行接口RS-232C的接口信號(hào),接口信號(hào)說明(:DTE到DCE，:DCE到DTE) TxD(Transmitted Data ): 數(shù)據(jù)發(fā)送。 RxD

8、(Receive Data ): 數(shù)據(jù)接收。 RTS(Request To Send ): 請求發(fā)送，表示要求發(fā)送數(shù)據(jù)到DCE。 CTS(Clear To Send ): 清除發(fā)送(允許發(fā)送)，表示DCE可以接收數(shù)據(jù)，對RTS的應(yīng)答。 DTR(Data Terminal Ready ): 數(shù)據(jù)終端就緒，表示DTE準(zhǔn)備就緒。 DSR(Data Set Ready ): 數(shù)據(jù)設(shè)備就緒，表示DEC準(zhǔn)備就緒。 RI(Ring Indicator ): 振鈴檢測指示，MODEM使用。 CD(Carrier Detect ): 載波檢測指示，MODEM使用。,6.2 串行接口RS-232C的一個(gè)應(yīng)用例子,

9、操作實(shí)例：DCE為MODEM，DTE 為PC機(jī)。通信方式為采用DTR/DSR聯(lián)絡(luò)的全雙工(不使用RTS和CTS)。(被叫方RS-232),6.2 串行接口PC中RS-232C的實(shí)現(xiàn),在早期的PC機(jī)中，串行接口是由一塊獨(dú)立的IC芯片實(shí)現(xiàn)的，如Intel 8250，實(shí)現(xiàn)串行通信的功能部件被稱為UART（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter）。,在近代PC機(jī)中，將UART和其他的標(biāo)準(zhǔn)接口電路集成在一起，被稱為Super I/O芯片。Super I/O芯片被集成到了南橋芯片（或ICH）中。 一般的芯片組集成有2個(gè)串行接口，可以通過插卡方式或USB擴(kuò)展方

10、式增加串行接口。系統(tǒng)默認(rèn)的端口地址個(gè)中斷配置如表。,6.2 串行接口PC中RS-232C的實(shí)現(xiàn),PC機(jī)為UART分配8個(gè)寄存器端口地址，大多數(shù)UART使用了其中的7個(gè)。,6.3 并行接口IEEE1284,用途：早期的并行端口用于連接打印機(jī)。后來發(fā)展成為標(biāo)準(zhǔn)的多功能接口，用于連接外接光盤驅(qū)動(dòng)器、外接硬盤等。 標(biāo)準(zhǔn)：IEEE 1284標(biāo)準(zhǔn)是于1994確定的并行接口標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)定義了并口的物理特性、電氣規(guī)范和數(shù)據(jù)傳送模式。 特點(diǎn)：并行接口中定義了8條數(shù)據(jù)線，每次傳送一個(gè)字節(jié)。速度比串行口快的多，為150KB 2MB/s。 連接器：PC機(jī)一端采用DB25連接器。,6.3 并行接口IEEE1284的接口

11、信號(hào),DB25并行口連接器中的信號(hào)：定義了8條數(shù)據(jù)線、4條輸出控制線和5條狀態(tài)線。全部信號(hào)線為5V TTL電平。,6.3 并行接口IEEE1284的工作模式,最早(PC機(jī)初期)的并行口只有輸出沒有輸入功能，只適合接打印機(jī)。 之后并行口增加模式： 標(biāo)準(zhǔn)并行口(SPP:Standard Parallel Port)：增加4位輸入能力，輸出速率150KB/s，輸入速率50KB/s。 雙向并行口(PS/2) ：8位輸入，雙向傳輸速率150KB/s。 增強(qiáng)并行口(EPP: Enhanced Parallel Port )：高速雙向，傳輸速率500KB 2MB/s。適合雙向高速傳送。 增強(qiáng)性能并行口(EC

12、P: Enhanced Capability Port )：高速雙向，傳輸速率500KB 2MB/s。支持DMA。適合批量數(shù)據(jù)單向高速傳送。,6.4 USB （Universal Serial Bus ）,USB接口 由Compaq、Intel、Microsoft、NEC等公司于96年共同研制發(fā)布。 目前使用的有USB1.1和USB2.0兩個(gè)版本。 Microsoft從Windows 98 SE開始全面支持USB。,新型的串行技術(shù) 由于集成電路技術(shù)的發(fā)展，高度復(fù)雜的接口電路的集成芯片成本降低。 點(diǎn)對點(diǎn)的串行傳輸可以使得傳輸速度大幅度提高。 現(xiàn)代計(jì)算機(jī)對接口的傳輸速度要求提高。,USB圖標(biāo),6.

13、4 USB簡介,物理接口 USB采用4線傳輸，其中兩條信號(hào)線，兩條電源線。 標(biāo)準(zhǔn)USB連接器分為A和B兩種，A連接器用于主機(jī)，B連接器用于外設(shè)。 傳輸模式和速度 USB采用平衡半雙工方式。 USB1.1具有兩個(gè)物理傳輸模式，全速模式為12Mb/s，低速模式為1.5Mb/s。 USB2.0的高速模式的物理速率為480Mb/s，同時(shí)兼容USB1.1。,6.4 USB同步方案,NRZI（Non Return to Zero Invert，不歸零反向碼）編碼 USB的線上傳輸采用NRZI編碼，相當(dāng)于插入時(shí)鐘，數(shù)據(jù)沒有變化表示1，數(shù)據(jù)有變化則表示0。并要在連續(xù)6個(gè)1之后插入一個(gè)0，接收端再按照這樣的規(guī)律

14、將插入的0刪除。,6.4 USB連接方式,連接方式 PC機(jī)的USB接口可以連接外設(shè)、復(fù)合設(shè)備和集線器。最多可以連接5級(jí)集線器，最多可連接127臺(tái)外設(shè)和集線器。,6.4 USB特點(diǎn),高可靠性 USB采用平衡傳輸方式，抗干擾性好。 USB帶糾錯(cuò)能力，可完成對軟件透明的檢錯(cuò)和重發(fā)。 使用方便 自帶+5VDC電源，可輸出500mA。接口具備電源管理能力。 具有熱插拔能力，在操作系統(tǒng)的協(xié)同下實(shí)現(xiàn)即插即用。 節(jié)省資源 多個(gè)設(shè)備使用同一組中斷和DMA通道。 關(guān)于USB速度 半雙工傳輸方式； 串行傳輸信息中包含狀態(tài)、控制和差錯(cuò)校驗(yàn)信息； 多設(shè)備共享一個(gè)根USB傳輸帶寬被連接多個(gè)設(shè)備共享； NRZI編碼NRZI

15、編碼后數(shù)據(jù)量會(huì)增大。,6.4 USB傳輸模式,USB的四種基本的數(shù)據(jù)傳輸模式 控制傳輸（Control transfer） 支持外設(shè)與主機(jī)之間的控制、狀態(tài)、配置等信息的傳輸，為外設(shè)與主機(jī)之間提供一個(gè)控制通道。 等時(shí)傳輸（Isochronous transfer ） 適合數(shù)據(jù)連續(xù)不間斷、實(shí)時(shí)的、帶寬要求恒定的傳輸。該類型無差錯(cuò)校驗(yàn)。適合音、視頻設(shè)備。 中斷傳輸（Interrupt transfer） 適合數(shù)據(jù)量小，無周期性，但對響應(yīng)時(shí)間敏感的傳輸。 數(shù)據(jù)塊傳輸（Bulk transfer ） 適合傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量大，但沒有實(shí)時(shí)要求的傳輸，USB在滿足帶寬的情況下才進(jìn)行該類型的數(shù)據(jù)傳輸。適合外存儲(chǔ)設(shè)備

16、。,6.5 IEEE-1394接口,1394a于1995年發(fā)布。后續(xù)的版本是1394b 1394a：標(biāo)準(zhǔn)定義了多種傳輸速率，12.5、25、50、100、200、400Mb/sec的傳輸速率。 1394b：為下一代PC所制定的標(biāo)準(zhǔn)，增加了800和1600Mb/sec，如果使用光纖的話，最高傳輸速率提高到了3200Mb/sec。 接口 使用六芯傳輸差分?jǐn)?shù)據(jù)對、差分時(shí)鐘對及電源和地線，可通過電源線提供1.5A電流。,6.5 IEEE-1394接口和USB比較,IEEE-1394和USB1.1、USB2.0 的比較,6.6 IDE接口概述,IDE（Integrated Device Electron

17、ics）屬于內(nèi)部接口，又叫ATA接口。 用途：是PC機(jī)用于連接硬盤、光盤驅(qū)動(dòng)器的通用接口，一般PC機(jī)主板上有兩個(gè)IDE接口。 連接：一般通過軟電纜連接主機(jī)的IDE接口和硬盤及光驅(qū)。,6.6 IDE接口連接,IDE連接方式 PC機(jī)一般有2個(gè)IDE接口，每個(gè)IDE接口可以連接2個(gè)IDE外設(shè)，最多可以連接4個(gè)設(shè)備。,6.6 IDE接口版本發(fā)展,IDE連接電纜 IDE連接器為40雙排連接器，UDMA標(biāo)準(zhǔn)的連接電纜中增加40根地線（80線），連接器不變。,6.6 IDE接口傳輸模式,PIO：(Programmed I/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(shí)間資源

18、多。PIO有5種子模式(MODE 04)： PIO模式01234 傳輸速度3.25.28.311.116.7 DMA： (Direct Memory Access 直接存儲(chǔ)器訪問)比PIO更高效的傳送模式，有3種子模式(MODE 02)： DMA模式0 1 2 標(biāo)準(zhǔn)ATA-1 ATA-2 ATA-2 傳輸速率4.2 13.3 16.7 UDMA：(Ultra-DMA) 比普通DMA更高速的方式，采用了更高速的時(shí)鐘，而且在時(shí)鐘的上沿和下沿分別傳送數(shù)據(jù)，速度加倍。傳輸速率可以達(dá)到33、66和100MB/s。,6.6 IDE接口高級(jí)特性,SMART: (Self-Monitoring, Analys

19、is and Reporting Technology 自監(jiān)視、分析和報(bào)告技術(shù))提高硬盤系統(tǒng)的安全性。 CRC: (Cyclic Redundancy Check 循環(huán)冗余校驗(yàn)) RAID(Redundant Array of Independent Disks 容錯(cuò)式獨(dú)立磁盤陣列）：目的在于通過多個(gè)磁盤驅(qū)動(dòng)器的協(xié)同來實(shí)現(xiàn)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則多見于PC。RAID 3、4、5采用復(fù)雜的CRC糾錯(cuò)，通常只用于服務(wù)器/工作站領(lǐng)域。,6.7 SATA接口,Intel聯(lián)合多家廠商于2001年推出了Serial ATA 1.

20、0規(guī)范。基本SATA的傳輸速率為150MB/sec。 SATA采用高速串行平衡傳輸技術(shù)，并采用屏蔽線線傳輸，提高了抗干擾特性，使得傳輸速度提高。,6.7 SATA接口SATA接口硬盤,ATA（IDE）接口和SATA接口硬盤,6.7 SATA接口連接器和電纜,連接：SATA接口連接器為7線連接，傳輸線4線屏蔽線，信號(hào)傳輸采用平衡傳輸方式，傳輸電壓為+0.25V和-0.25V 。,6.7 SATA接口,SATA版本：目前SATA有3個(gè)版本，傳輸速度分別為150、300和600MB/sec。,外接：由于SATA電纜很細(xì)，而且支持熱拔插，SATA接口可以作為高速的外部接口。,6.8 SCSI接口概述,

21、SCSI（Small Computer Standard Interface）：原為小型計(jì)算機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)接口，用于連接磁盤機(jī)、磁帶機(jī)等高速外部設(shè)備。 SCSI在PC的應(yīng)用：主要用于高檔服務(wù)器系統(tǒng)連接硬盤、光盤驅(qū)動(dòng)器、磁帶機(jī)等。和IDE接口相比，SCSI接口速度快，可連接的設(shè)備多，但造價(jià)高。 SCSI連接：菊花鏈模式。,6.8 SCSI接口電纜和連接器,電纜和連接器 目前SCSI分兩類：即標(biāo)準(zhǔn)SCSI(8位)和Wide SCSI (16位)。分別使用50芯A型電纜(見表6.17)和68芯P型電纜及連接器。 50線SCSI電纜主機(jī)端 50線SCSI電纜外設(shè)端,6.8 SCSI接口版本,6.8 SC

22、SI接口從SCSI到SAS,SAS（Serial Attached SCSI ）：采用SCSI的協(xié)議和類似SATA的串行傳輸技術(shù)的新一代SCSI接口標(biāo)準(zhǔn)。 今后將形成SATA和SAS并存的形式,6.9 IrDA紅外接口,IrDA（Infrared Data Association ）：紅外數(shù)據(jù)協(xié)會(huì)的簡稱，IrDA制訂了一系列紅外數(shù)據(jù)通訊標(biāo)準(zhǔn)。目前IrDA成為紅外線標(biāo)準(zhǔn)的簡稱。 IrDA的特點(diǎn)： 點(diǎn)對點(diǎn)傳輸； 傳輸距離01米； 和其他無線電磁波傳輸方式相比，紅外線傳輸有方向性，一般不支持移動(dòng)； 和無線傳輸相比，安全性好； IrDA應(yīng)用 目前主要應(yīng)用于筆記本和移動(dòng)數(shù)碼產(chǎn)品。,6.9 IrDA標(biāo)準(zhǔn),IrDA標(biāo)準(zhǔn)： IrDA1.0: 簡稱為SIR(Serial InfraRed)，異步的、半雙工的紅外通訊方式。SIR以系統(tǒng)的異步通訊收發(fā)器(UART) 為依托，由于受到UART通訊速率的限制，SIR的最高通訊速率只有115.2Kbps。 IrDA1.1: 即Fast InfraRed，簡稱為FIR。與SIR相比，由于FIR不再依托UART，通訊速率大幅度，可達(dá)到4Mbps的水平。 繼FIR之后，IrDA又發(fā)布了通訊速率高達(dá)16Mbps的VFIR(Very Fa