第六章外部设备的接口

请点击鼠标观看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第2页计算机硬件技术基础6.1接口的基本知识6.1.1PC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机的模块构成存储器CPU硬盘接口软驱接口硬盘软盘驱动器通信接口光盘驱动器串行接口并行接口电源220VAC+12/-12+5/-5专用接口键盘扬声器显示卡声卡显示器音箱总线插槽打印机调制解调器扫描仪网卡局域网鼠标器USB总线微型机主机板微型机主机箱第4页计算机硬件技术基础6.1接口的基本知识I/O接口总线I/O设备CPU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接口第5页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接口的基本功能第6页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。第7页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。第8页计算机硬件技术基础6.2串行接口－SerialPort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：110101105~8个数据位停止位起始位6.2.1串行接口标准第9页计算机硬件技术基础6.2.2RS-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)集成声卡SPK,OUT,INUSB(两个)鼠标(PS/2)键盘并行接口集成声卡游戏杆/MIDI6.2串行接口第10页计算机硬件技术基础1659CD:载波检测1RxD:接收数据2TxD:发送数据3DTR:数据终端就绪4SG:地线5DSR:数据设备就绪6RTS:请求发送7CTS:清除发送8RI:振铃指示9外部设备DCE主机DTEDB9连接器：6.2串行接口第11页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。6.2.3RS-232-C串行接口电气特性1.信号电平：采用双极非平衡方式，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。TTL电平RS-232电平+5V0V+12V-12V110101106.2串行接口第12页计算机硬件技术基础串行接口6.2.4RS-232C接口信号1.信号标准①可设定的通信速率：150、300、600、1200、2400、3600、4800、7200、9600、14400、19200、28800、33600、38400、57600、115200BPS(BitPerSecond)。②可设定5~8个数据位。③可设定1、1.5、2个停止位。④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。第13页计算机硬件技术基础2.接口信号说明(→:DTE到DCE，←:DCE到DTE)TxD(TransmittedData→):数据发送。RxD(ReceiveData←):数据接收。RTS(RequestToSend→):请求发送，表示要求发送数据到DCE。CTS(ClearToSend←):清除发送(允许发送)，表示DCE可以接收数据，对RTS的应答。DTR(DataTerminalReady→):数据终端就绪，表示DTE准备就绪。DSR(DataSetReady←):数据设备就绪，表示DEC准备就绪。RI(RingIndicator←):振铃检测指示，MODEM使用。CD(CarrierDetect←):载波检测指示，MODEM使用。第14页计算机硬件技术基础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)PCMODEM电话网RS-232电话线路第15页计算机硬件技术基础6.3并行接口－ParallelPort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150KB/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第16页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PC机DB25并行口引脚信号线定义有效极性信号方向1选通(Strobe)－→2~9数据(D0~D7)＋→10应答信号(Acknowledge)－←11忙信号(Busy)＋←12无纸信号(PeperEnd)＋←13联机信号(Select)＋←14自动走纸(AutoLeed)－→15错误信号(Error)－←16初始化(InitializePrinter)－→17选择输入(SelectInput)－→18～25地/返回数据(GND/D0R~D7R)0/－－/←第17页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。AUTOLF:低电平有效，打印完后自动走纸换行。INIT:低电平有效，使打印机的控制器初始化信号，并同时清除打印缓冲区。SLCTIN: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。第18页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。第19页计算机硬件技术基础6.4USB(UniversalSerialBus)接口6.4.1USB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Windows98SE开始全面支持USB。目前带USB接口的设备越来越多。第20页计算机硬件技术基础6.4.2USB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1VCC+5V电源2-Data信号负3+Data信号正4GND地线6.4USB接口第21页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。复合外设主机7端口集线器外设外设USB2端口集线器6.4USB接口第22页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。6.4USB接口第23页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。6.4USB接口第24页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。第25页计算机硬件技术基础6.5IEEE-1394接口－FireWire(火线)6.5.1IEEE-1394简介由IEEE(TheInstituteofElectricalandElectronicEngineers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。6.5.2IEEE-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。第26页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)。6.6IDE接口－IntegratedDriveElectronics第27页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。6.6IDE接口主机板IDE1IDE2MASTERSLAVEMASTERSLAVE主机板IDE1IDE2硬盘(master)光驱(master)第28页计算机硬件技术基础6.6.1IDE版本标准名称发表年代特点改进最高传输速率连接器ATA-11988CHS寻址方式4.2MB/s40线ATA-2EIDE或FAST-ATA1996增加2种PIO和2种DMA方式，增加电源管理16.7MB/s40线ATA-31997增加SMART和LBA方式16.7MB/s40线ATA-4Ultra-ATA/33或UDMA/331998增加UDMA/33方式，引入CRC技术33.3MB/s80线40针ATA-5Ultra-ATA/66或UDMA/661999增加UDMA/6666.7MB/s80线40针6.6IDE接口第29页计算机硬件技术基础SMART: