第6章 接口DD节目 6.1 接口的根本学问 接口概述 接口的操作 6.2 串行接口DDRS-232C 6.3 并行接口DDIEEE1284 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 IrDADD红内线接口 6.10 无线接口 6.1 接口的根本学问DD界说和目标 接口DD用来实现电脑长机零碎与内部设施之间的消息交流。正常接口由接口电、联接器 联接电线 和接口硬件 顺序 组成。 6.1 接口的根本学问DD接口概述 接口硬件、I/O总线、接口电和联接的内部设施的联系 6.1 接口的根本学问DD接口概述 Intel 865芯片组形成的电脑零碎 6.1 接口的根本学问DD接口概述 接口电的形成 6.1 接口的根本学问DD接口概述 接口的根本性能 数据传递：CPU施行输出/输入训令与内部设施交流数据。 数据缓冲：用来输出输入进程中的暂存，对于方没有能及时吸收数据时，将数据暂具有接口电中。依据接口的需求能够是1个或者2个字节，或者是FIFO存储器，也能够是数据存储区。 信号变换：实现电脑数目字信号与I/O设施信号 如模仿信号、电门信号、计数脉冲等 的彼此转换。 中缀：大少数接口电有中缀性能，以进步接口顺序的频率。 接口的初级性能 过失掌握：完成检错或者改错。 顶层通讯协定：完成号召、数据包、流量掌握等。 即插即用、电源治理、静态配置等。 6.1 接口的根本学问DD接口的操作 接口的操作：顺序对于接口的拜访（读/写）形式。没有同的接口电支撑没有同的操作形式。 查问掌握形式：正在顺序的自动掌握下，经过读取形态存放器理解接口的状况，实现呼应的顺序操作。为了及时理解接口的形态，需求工夫稠密的查问操作。CPU频率低。 中缀掌握形式：当接口涌现需求顺序干涉的事情，经过中缀告诉CPU，CPU再读取形态存放器，肯定事情的品种，再不施行没有同的代码解决。CPU频率高并且及时。 DMA掌握形式：CPU与接口的数据传递采纳DMA传递，即传递的详细进程由软件（DMA掌握器）实现，传递进度比经过CPU快，特别是正在批量传递时频率很高。 6.2 串行接口DDRS-232C 串行传递：数据消息以串行形式逐位传递。如RS-232C、USB接口、SATA接口、键盘接口和鼠标器接口等 。 特性：俭省接口线数目、传递间隔远，接口电简单。 同步串行和异步串行：串行接口可分成同步串行和异步串行两类，同步串行接口正在联接线中有时钟线，而异步串行接口没有时钟信号线。 同步串行传递： 6.2 串行接口DDRS-232C根本特点 联接器：采纳DB25和DB9 D型 联接器，DB25多为晚期设施运用，DB9多为现正在运用。 电线长短：RS-232C电线的最大长短和锚缆类型、通讯速率等相关，正常状况下正在15米。 通讯速率：流动可选的速率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DDRS-232C根本特点 RS-232C信号电平：采纳双极非失调形式，阴电平 -3 ~ -15V 专人论理1，阳电平 +3 ~ +15V 专人论理0。正常采纳±5V 或者±12V。接口电实现外部论理电平 0~3/5V 与接口信号电平 -12 ~ +12V 的转换。 RS-232C的外部波形和接口信号波形： 6.2 串行接口DDRS-232C的接口信号 RS-232-C接口联接器：联接的两端辨别为DTE（ Data Terminal Equipment ）和DCE（ Data Communication Equipment ）端。 6.2 串行接口DDRS-232C的接口信号 接口信号注明 →:DTE到DCE，←:DCE到DTE TxD Transmitted Data → : 数据发送。 RxD Receive Data ← : 数据吸收。 RTS Request To Send → : 要求发送，示意请求发送数据到DCE。 CTS Clear To Send ← : 肃清发送 答应发送 ，示意DCE能够吸收数据，对于RTS的应对于。 DTR Data Terminal Ready → : 数据终端就绪，示意DTE预备就绪。 DSR Data Set Ready ← : 数据设施就绪，示意DEC预备就绪。 RI Ring Indicator ← : 振铃检测，MODEM运用。 CD Carrier Detect ← : 载波检测，MODEM运用。 6.2 串行接口DDRS-232C的一度使用事例 操作范例：DCE为MODEM，DTE 为PC机。通讯形式为采纳DTR/DSR联系的全双工 没有运用RTS和CTS 。 被叫方RS-232 6.2 串行接口DDPC中RS-232C的完成 正在晚期的PC机中，串行接口是由一块的IC芯片完成的，如Intel 8250，完成串行通讯的性能元件被称为UART（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter）。 6.2 串行接口DDPC中RS-232C的完成 6.3 并行接口DDIEEE1284 用处：晚期的并行端口用来联接打印机。起初停滞变化规范的多性能接口，用来联接外接光盘驱动器、外接硬盘等。 规范：IEEE 1284规范是于1994肯定的并行接口规范。该规范界说了并口的情理特点、电气标准和数据传递形式。 特性：并行接口中界说了8条数据线，历次传递一度字节。进度比串行口快的多，为150KB～ 2MB/s。 联接器：PC机一端采纳DB25联接器。 6.3 并行接口DDIEEE1284的接口信号 DB25并行口联接器中的信号：界说了8条数据线、4条输入掌握线和5线形态线。全副信号线为5V TTL电平。 6.3 并行接口DDIEEE1284的任务形式 最早 PC机年初 的并行口只要输入没有输出性能，只适宜接打印机。 以后并行口增多形式： 规范并行口 SPP:Standard Parallel Port ：增多4位输出威力，输入速率150KB/s，输出速率50KB/s。 双向并行口 PS/2 ：8位输出，双向传输速率150KB/s。 加强并行口 EPP: Enhanced Parallel Port ：高速双向，传输速率500KB ~ 2MB/s。适宜双向高速传递。 加强功能并行口 ECP: Enhanced Capability Port ：高速双向，传输速率500KB ~ 2MB/s。支撑DMA。适宜批量数据单向高速传递。 6.4 USB （Universal Serial Bus ） USB接口 由Compaq、Intel、Microsoft、NEC等公司于96年单独研发公布。 眼前运用的有USB1.1和USB2.0两个读物。 Microsoft从Windows 98 SE开端片面支撑USB。 6.4 USBDD简介 情理接口 USB采纳4线传输，内中两条信号线，两条电源线。 规范USB联接器分成A和B两种，A联接器用来长机，B联接器用来外设。 传输形式和进度 USB采纳失调半双工形式。 USB1.1存正在两个情理传输形式，全速形式为12Mb/s，低速形式为1.5Mb/s。 USB2.0的高速形式的情理速率为480Mb/s，同声兼容USB1.1。 6.4 USBDD同步计划 NRZI（Non Return to Zero Invert，没有归零反向码）补码 USB的线上传输采纳NRZI补码，相等于拔出时钟，数据没有变迁示意1，数据有变迁则示意0。并要正在陆续6个1以后拔出一度0，吸收端再依照那样的法则将拔出的0芟除。 6.4 USBDD联接形式 联接形式 PC机的USB接口能够联接外设、化合设施和集线器。至多能够联接5级集线器，至多可联接127台外设和集线器。 6.4 USBDD特性 高牢靠性 USB采纳失调传输形式，抗搅扰性好。 USB带改错威力，可实现对于硬件通明的检错和重发。 运用便当 自带+5VDC电源，可输入500mA。接口具有电源治理威力。 存正在热插拔威力，正在操作零碎的共同下完成即插即用。 俭省资源 多个设施运用同一组中缀和DMA通道。 对于于USB进度 半双工传输形式； 串行传输DD消息中蕴含形态、掌握和过失校验消息； 多设施共享DD一度根USB传输带宽被联接多个设施共享； NRZI补码DDNRZI补码后数据量会增大。 6.4 USBDD传输形式 USB的四种根本的数据传输形式 掌握传输（Control transfer） 支撑外设与长机之间的掌握、形态、配置等消息的传输，为外设与长机之间需要一度掌握通道。? 等时传输（Isochronous transfer ） 适宜数据陆续没有连续、实时的、带宽请求恒定的传输。此类型无过失校验。适宜音、视频设施。? 中缀传输（Interrupt transfer） 适宜数据量小，无周期性，但对于呼应工夫的传输。? 数据块传输（Bulk transfer ） 适宜传输的数据量大，但没有实时请求的传输，USB正在满意带宽的状况下才停止此类型的数据传输。适宜内存储设施。? 6.5 IEEE-1394接口 1394a于1995年公布。后续的读物是1394b 1394a：规范界说了多种传输速率，12.5、25、50、100、200、400Mb/sec的传输速率。 1394b：为下一代PC所制订的规范，增多了800和1600Mb/sec，假如运用光纤的话，最高传输速率进步到了3200Mb/sec。 接口 运用六芯传输DD差分数据对于、差分时钟对于及电源和天线，可经过电源线需要1.5A直流电。 6.5 IEEE-1394接口DD和USB比拟 6.6 IDE接口DD概述 IDE（Integrated Device Electronics）归于外部接口，又叫ATA接口。 用处：是PC机用来联接硬盘、光盘驱动器的通用接口，正常PC机主板上有两个IDE接口。 联接：正常经过软电线联接长机的IDE接口和硬盘及光驱。 6.6 IDE接口DD联接 6.6 IDE接口DD读物停滞 6.6 IDE接口DD传输形式 PIO： Programmed I/O 编程的输出/输入 一种IDE接电传递形式，和以后的DMA形式相比占用CPU工夫资源多。PIO有5果实形式 MODE 0~4 ： PIO形式01234 传输进度3.25.28.311.116.7 DMA： Direct Memory Access 间接存储器拜访 比PIO更高效的传递形式，有3果实形式 MODE 0~2 ： DMA形式0 1 2 规范ATA-1 ATA-2 ATA-2 传输速率4.2 13.3 16.7 UDMA： Ultra-DMA 比一般DMA更高速的形式，采纳了更高速的时钟，并且正在时钟的上沿和下沿辨别传递数据，进度倍增。传输速率能够到达33、66和100MB/s。 6.6 IDE接口DD初级特点 SMART: Self-Monitoring, Analysis and Reporting Technology 自、综合和演讲技能 进步硬盘零碎的保险性。 CRC: Cyclic Redundancy Check 重复冗余校验 RAID Redundant Array of Independent Disks 容错式磁盘阵列）：手段正在于经过多个磁盘驱动器的共同来完成高功能或者高保险性的手段。 RAID一般有0、1、2、3、4、5等形式，内中RAID 0和RAID 1则多见于PC。RAID 3、4、5采纳简单的CRC改错，一般只用来服务器/任务站畛域。 6.7 SATA接口 Intel联结多家厂商于2001年推出了Serial ATA 1.0标准。根本SATA的传输速率为150MB/sec。 SATA采纳高速串行失调传输技能，并采纳屏障线线传输，进步了抗搅扰特点，使得传输进度进步。 6.7 SATA接口DDSATA接口硬盘 ATA（IDE）接口和SATA接口硬盘 6.7 SATA接口DD联接器和电线 6.7 SATA接口 6.8 SCSI接口DD概述 SCSI（Small Computer Standard Intece）：原为中型电脑的规范外设接口，用来联接磁盘机、磁带机等高速内部设施。 SCSI正在PC的使用：次要用来低档服务器零碎联接硬盘、光盘驱动器、磁带机等。和IDE接口相比，SCSI接口进度快，可联接的设施多，但造价高。 SCSI联接：黄花链形式。 6.8 SCSI接口DD电线和联接器 电线和联接器 眼前SCSI分两类：即规范SCSI 8位 和Wide SCSI 16位 。辨别运用50芯A型电线 见表6.17 和68芯P型电线及联接器。 50线SCSI电线长机端 50线SCSI电线外设端 6.8 SCSI接口DD读物 6.8 SCSI接口DD从SCSI到SAS SAS（Serial Attached SCSI ）：采纳SCSI的协定和相似SATA的串行传输技能的新一代SCSI接口规范。 今后将构成SATA和SAS并存的方式 6.9 IrDADD红外接口 IrDA（Infrared Data Association ）：红外数据协会的职称，IrDA制定了一系列红外数据通信规范。眼前IrDA变化红内线规范的职称。 IrDA的特性： 点对于点传输； 传输间隔0~1米； 和其余收音机波传输形式相比，红内线传输无方向性，正常没有支撑挪动； 和无线传输相比，保险性好； IrDA使用 眼前次要使用于笔记簿和挪动数量货物。 6.9 IrDADD规范 IrDA规范： IrDA1.0: 职称为SIR Serial InfraRed ，异步的、半双工的红外通信形式。SIR以零碎的异步通信收发器 UART 为依靠，因为遭到UART通信速率的，SIR的最高通信速率只要115.2Kbps。 IrDA1.1: 即Fast InfraRed，职称为FIR。与SIR相比，因为FIR没有再依靠UART，通信速率大宽度，可到达4Mbps的程度。 继FIR以后，IrDA又公布了通信速率高达16Mbps的VFIR Very Fast InfraRed 技能，并将它作为补充归入IrDA1.1规范之中。 6.10 收音机接口DD蓝牙 蓝牙（Bluetooth）：是一种近间隔无线数据通信技能规范。它可以正在10米 扩大规范为100米 的半径范畴内完成多点的无线数据传输，其数据传输带宽为可达1Mbps。通信频次为2.402GHz~ 2.480GHz。 蓝牙通信技能的特性： 运用跳频频带扩大技能，泄密性好； 一台蓝牙设施可同声与其它七台蓝牙设施构建联接； 低功耗、通信保险性好； 正在无效范畴内可通过阻碍物停止联接，没有尤其 的通信视角和位置请求； 6.10 收音机接口DDWi-Fi Wi-Fi Wireless Fidelity,无线高保真）：是一种无线通讯协定，正式称号是IEEE 802.11b，归于短间隔无线通讯技能。 根本功能：Wi-Fi速率最高可达11Mb/sec，电磁波的遮盖范畴可达100米内外，正在家族、接待室，小小半的整栋楼房也可运用。 使用：Wi-Fi是以太网的一种无线扩大，支撑多点接入，假如有多个用户同声经过一度点接入，带宽被多个用户分享。 工作 动词注释 DMA、DTE、DCE、FIFO、MODEM、SPP、EPP、ECP、BIOS、IRQ、NRZI、IDE、ATA、SCSI、SAS、IrDA、SIR、FIR、Wi-Fi、WLAN 注明接口的形成，接口电的次要性能是什么？ 和查问掌握形式相比拟，中缀掌握形式有什么特性？ 电脑中的UART是什么？UART中的FIFO的作用是什么？ USB接口给出的通讯速率是信号线的情理传输速率，无效数据速率要低一些，那些要素反应了无效数据传输速率？ 和ATA相比拟，SATA的次要劣势是什么？ 简述IrDA的根本特性，注明SIR、FIR和VFIR的技能目标。 主观的综合和比拟IrDA和蓝牙。 SATA电线和联接器 SATA接口硬盘的电源联接器 联接：SATA接口联接器为7线联接，传输线4线屏障线，信号传输采纳失调传输形式，传输气压为+0.25V和-0.25V 。 信号地 S7 长机端吸收- B- S6 长机端吸收+ B+ S5 信号地 S4 长机端发送- A- S3 长机端发送+ A+ S2 信号地 S1 注明 信号 信号引脚 SATA电线插销 SATA电线插座 600 1 6000 1 SATA-600 300 1 3000 1 SATA-300 150 1 1500 1 SATA-150 带宽 （MB/sec） 数据周期／ 时钟周期 总线速率 （MHz） 总线幅度 （Bits） SATA 类型 SATA读物：眼前SATA有3个读物，传输进度辨别为150、300和600MB/sec。 外接：因为SATA电线很细，并且支撑热拔插，SATA接口能够作为高速的内部接口。 PC机 主板 总 线 SCSI电线 SCSI终端器 SCSI 掌握 卡 IN OUT 外设 IN OUT 外设 IN OUT 外设 SCSI电线 SCSI电线 至多可7/15台内部设施 P型 15 320 16 80 Ultra4 Fast-160DT P型 15 160 16 40 Ultra3 Fast-80DT P型 15 80 16 40 Ultra2/宽 Fast-40 A型 7 40 8 40 Ultra2 Fast-40 P型 15 40 16 20 Ultra/宽 Fast-20 A型 7 20 8 20 Ultra Fast-20 SCSI-3 P型 15 20 16 10 宽 Fast-10 A型 7 10 8 10 Fast-10 P型 15 10 16 5 宽 Fast-5 SCSI-2 A型 7 5 8 5 同步 Fast-5 A型 7 4 8 5 异步 异步 SCSI-1 电线 类型 外设 数目 传输 进度 MB/秒 传输 幅度 位 时钟 频次 MHz 传输 形式 SCSI规范 SCSI SCSI ATA 顶层协定 全双工 半双工 全双工 双工形式 150 / 300 / 600 ……320 / 640 150 / 300 / 600 传输速率 点对于点/Expander 共享总线 点对于点 拓扑构造 是 否 否 双端口支撑 10 25 1 传输间隔（米） 128 16 1 设施寻址单位 SAS SCSI SATA 参数 存正在Wi-Fi接口的网关设施 PCMCIA接口的Wi-Fi适配重 长机 零碎 CPU 零碎 总 线 接口 电 联接电线 内部 设施 接口的目标 进度； 资源占用。囊括CPU工夫、中缀、DMA等； 联接间隔； 过失掌握、即插即用、供电等。 电脑 长机零碎 （ICH） 内部设施1 接口 电1 I/O总线 接口 电2 内部设施2 I/O接口联接器 发生一定地点的 I/O总线信号 CPU训令 IN AL,07 OUT 08,AL … 一定的接口举措 存储器 intel Pentium 4 CPU 硬盘 光驱 键盘 显现器 音箱 / MIC 打印机 鼠标器 零碎 总线 微型 机主 机板 ATX电源 220VAC +12/-12 +5/-5 +3 Intel 80865 MCH AGP 显现接口 IHA I C H ATA-100 S-ATA LAN 6ch音频 8XUSB2.0 PCI PCI总线 串行接口 并行接口 键盘接口 鼠标接口 广域网 BIOS、时钟 、…. 双 向 缓 冲 数据总线 发送数据 缓冲存储 吸收数据 缓冲存储 接口 掌握 电 掌握 存放器 线 驱动 信号 变换 地 址 译 码 地点总线 形态 存放器 中缀 读写掌握 接口信号线 实现CPU对于一定的地点的I/O读写的辨认。 完成对于接口的外部时序掌握，完成中缀，治理缓存，写形态存放器等。 记载接口的形态、谬误。外设的状况等。CPU经过读形态存放器理解接口的状况。 硬件将对于接口的掌握消息写入掌握存放器，实现对于接口的掌握。 实现接口的电平变换、数据体例变换。 完成数据I/O缓冲，完成异步的CPU传递和接电传递，缩小CPU的开支。 受控于接口掌握电，实现双向传递。 1 1 0 1 0 1 1 0 数据位 中止位 起始位 异步串行传递： 1 1 0 1 0 1 1 0 数据线 时钟线 RS-232C 串行接口联接器 并接口联接器 TTL电平 RS-232 电平 +3/5V 0V +12V -12V 1 1 0 1 0 1 1 0 发送 吸收 总 线 UART 电平 变换 TTL电平 RS-232电平 1 6 5 9 CD:载波检测 1 RxD:吸收数据 2 TxD:发送数据 3 DTR:数据终端就绪 4 GND:天线 5 DSR:数据设施就绪 6 RTS:要求发送 7 CTS:肃清发送 8 RI:振铃 9 内部设施 DCE 主 机 DTE 事情 DTR DSR RI CD RxD TxD MODEM检测到振铃－－＋－－－ 初始形态－－－－－－ PC收到振铃，发动硬件＋－＋－－－ MODEM摘机，收回载波＋＋－－－－ MODEM收到对于方的载波＋＋－＋－－ 开端传递 发送,吸收 数据＋＋－＋ 数据数据 数据传递终了，PC拆线－＋－＋－－ MODEM挂机－－－－－－ MODEM RS- 232 电话 线 电话 线 RS- 232 MODEM 电信网 IRQ3 2E8～2EFh COM4 IRQ4 3E8～3EFh COM3 IRQ3 2F8～2FFh COM2 IRQ4 3F8～3FFh COM1 中缀号 I/O端口地点 COMx PC机中的串行口资源默许配置 正在近现代PC机中，将UART和其余的规范接口电集成正在一同，被称为Super I/O芯片。Super I/O芯片被集成到了南桥芯片（或者ICH）中。 正常的芯片组集成有2个串行接口，能够经过插卡形式或者USB扩大形式增多串行接口。零碎默许的端口地点个中缀配置如表。 电脑 长机 零碎 I/O 总线 UART COM1 电平 变换 COM2 电平 变换 检测RS-232C外接的MODEM的形态 只读 +6 MODEM形态存放器 用以硬件查问接口电的形态 只读 +5 条形态存放器 实现对于RS-232C外接的MODEM的掌握 读写 +4 MODEM掌握存放器 安装数据位、中止位长短，校验位等 读写 +3 线掌握存放器 掌握FIFO缓冲区 只写 +2 FIFO掌握存放器 发生中缀后中缀事情补码 只读 +2 中缀标识存放器 设定哪些事情能够发生中缀 读写 +1 中缀答应存放器 设定通讯速率 读写 +0/1 速率安装存放器 吸收数据 只读 +0 吸收存放器 发送数据 只写 +0 发送存放器 性能 端口 操作 端口 地点 存放器 PC机为UART调配8个存放器端口地点，大少数UART运用了内中的7个。 打印机并行 电线插座 并接口联接器 14, 16 地 （GND） 18～25 36 → 取舍输出 （SLCT IN） 17 31 → 初始化 （INIT） 16 32 ← 谬误信号 （ERROR） 15 14 → 主动走纸（AUTO LF） 14 13 ← 联机信号 （SLCT） 13 12 ← 无纸信号 （PE） 12 11 ← 忙信号 （BUSY） 11 10 ← 应对于信号 （ACK） 10 2 ~9 ← → 数据 （D0~D7） 2~9 １ → 选通 （STB） 1 对于Centronics 36联接器引脚 信号位置 长机D打印机 信号线 性能界说 PC机DB25 并行口引脚 新式的串行技能 因为集成电技能的停滞，高低简单的接口电的集成芯片利润升高。 点对于点的串行传输能够使得传输进度大宽度进步。 古代电脑对于接口的传输进度请求进步。 USB图标 引脚 信号名 1 VCC +5V电源 2 -Data 信号负 3 +Data 信号正 4 GND 天线 0 0 0 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 0 0 0 NRZI补码前 NRZI补码后 电源线 数据线 时钟线 外屏障层 IEEE-1394 A型插座 音频、视频设施，内存储设施等。 键盘、鼠标器等低速外设。 音频、视频设施 垂范使用 无 400~3200Mb/s 将来的传输速率 480 12 200 传输速率（Mb/s） 5米 5米 4.5米 最大电线长短 可 可 可 热拔插 127 127 63 最大设施数 是 是 没有 能否必需有长机 USB 2.0 USB 1.1 IEEE-1394 IEEE-1394和USB1.1、USB2.0 的比拟 IDE联接形式 PC机正常有2个IDE接口，每个IDE接口能够联接2个IDE外设，至多能够联接4个设施。 长机板 IDE1 IDE2 MASTER SLAVE MASTER SLAVE 长机板 IDE1 IDE2 硬盘 master 光驱 master UDMA/100或者ATA-100 100 0-5 0-2 0-4 2001 ATA-6 UDMA/66或者ATA-66 66.67 0-4 0-2 0-4 1999 ATA-5 UDMA/33或者ATA-33 33.33 0-2 0-2 0-4 1998 ATA-4 16.67 0-2 0-4 1997 ATA-3 Fsat-ATA或者EIDE 16.67 0-2 0-4 1995 ATA-2 8.33 0 0-2 1986 ATA-1 注明 最高进度 MB/sec UDMA 形式 DMA 形式 PIO 形式 时代 规范 IDE联接电线 IDE联接器为40双排联接器，UDMA规范的联接电线中增多40根天线（80线），联接器没有变。 RAID 0 正在读写时同声地对于2硬盘作穿插存储的并行操作。进度进步一倍，牢靠性折半。 RAID 1 2硬盘互为镜像。牢靠性进步，定量应用率折半。 RAID 0 + 1 RAID 0 和RAID 1 的联合。牢靠性和进度均进步，定量应用率折半。至多需4个盘。