计算机硬件(第6章接口)1

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1、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6.1 接口的基本知识6.1.1 PC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

2、USB总线微型 机主 机板微型 机主 机箱第 4 页6.1 接口的基本知识 In/Out指令、I/O总线、接口电路的关系I/O接口I/O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CPU指令IN AL,07 OUT 08,AL 产生特定的 I/O总线信号使指定的接口 电路响应接口电路接口电路接口电路接口电路不同的接口电路占

3、用不同的 端口地址。 不同的接口电路有不同的操 作方法，体现在接口编程中。外设6.1 接口的基本知识 In/Out指令、I/O总线、接口电路的关系第 6 页一个简单的接口电路(输出)框 图具有缓 冲寄存 器的输 出接口 电路RS数据总线D0D7 外部数据D0D7写控制(WR)：将 数据写入输出寄 存器，1RS状态(RS)：通知CPU 缓冲寄存器是否空， 可接CPU中断系统读控制(RD)：读 取缓冲寄存器数 据， 0RS状态(RS)：通知外设 缓冲寄存器是否满CPU端(I/O总线)地 址 译 码地址总线控制总线外设端6.1 接口的基本知识 最简单的接口电路第 7 页双 向 缓 冲数据总线发送数据

4、 缓冲存储接收数据 缓冲存储接口 控制 电路控制 寄存器线路 驱动 信号 变换地 址 译 码地址总线状态 寄存器中断读写控制接口信号线6.1 接口的基本知识 典型的简单接口电路构成第 8 页接口的功能接口一般具有数据传送、数据缓冲、信号变换 、中断等功能。 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 接口的需要可以是一个或几个字节，也可也是数据 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

5、口程 序的效率。6.1 接口的基本知识 接口的4大功能第 9 页6.1.2 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。 1. 查询控制方式：通过程序监测接口的状态。6.1 接口的基本知识 接口的控制方式查询接 口 电 路数据地 址 译 码地址总线控制总线端口连接器读选通命令：控制 接口电路将数据送 数据总线。接口状态：指示接 口电路中是否有未 读的数据。使用端 口读命令查询。三 态 门数据总线查询控制方式的特点：简单、程序开销大(效率低)。第 10 页6.1 接口的基本知识 接口的控制方式中断2. 中断控制方式：接口状态改变时产生中断，通过 中断

6、信号调用中断处理来处理接口事件。接 口 电 路端口连接器接口中断(送CPU中断处理电 路)：指示接口电路有需要处 理的事件，如收到数据、发 送完毕、数据错误等。接口数据接口状态接口状态：CPU被中断后， 调用中断处理程序，读接口 状态后便可知道需要作什么 处理。特点：接口需要中断支持(占用中断资源)，编程复 杂，效率高。第 11 页中断控制方式的程序分为两部分：主程序和中 断处理程序。6.1 接口的基本知识 接口的控制方式中断将中断处理程序 调入内存设置中断向量 指向中断处理程序主处理程序清除中断处理程序 退出开始结束中断进入接收?发送?发送数据接收数据错误?错误处理.返回数 据 区NoYes

7、NoYesYes NoYes No第 12 页6.1 接口的基本知识 接口的控制方式3. DMA方式：通过DMA控制器(DMAC)完成内存与 端口之间的数据传送，适合大批量数据的集中传送， 且传送速度快。如硬盘、声卡、视频卡、网卡等。 DMA方式的工作过程：4. I/O处理机(通信处理机)方式：由一台专用的计算 机完成输入/输出处理。一般的大型计算机系统都有 通信处理机。 外设向DMAC发出请求信号； DMAC向CPU发出请求； CPU响应后向DMAC发出允许信号，同时让出总线控制权； DMAC接管总线，发出总线信号，完成数据传送； DMAC向CPU发出结束请求； CPU响应结束请求，接管总线

8、。第 13 页6.2 串行接口Serial Port 基本概念串行接口：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。 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：1 1 0 1 0 1 1 0 58个数据位停止位起始位6.2.1 串行接口标准第 14 页6.2 串行接口 并串变换电路在发送数据时要完成并行到串行的变换，接收 是完成串行到并行的转换。接口电路 （双缓冲）1 10

9、01 1011 0101 011主机 系统总线接口 连接器10011011串行时钟第 15 页6.2.2 RS-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。 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。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RS-232-C串行接口标准第 16 页165 9CD:载波检测 1 RxD:接收数据 2 Tx

10、D:发送数据 3 DTR:数据终端就绪 4 GND:地线 5 DSR:数据设备就绪 6RTS:请求发送 7 CTS:清除发送 8 RI:振铃指示 9 外 部 设 备DCE主 机DTEDB9连接器：6.2 串行接口RS-232-C串行接口连接线其中：RxD/TxD为数据接收/发送线，GND为公 共地线，其他信号线为控制/状态线。RS-232-C接口连接的两端分别为DTE和DCE端 。 DTE : Data Terminal Equipment DCE : Data Communication Equipment第 17 页6.2.3 RS-232-C串行接口电气特性1. 信号电平：采用双极非平衡

11、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。RS-232-C的电平转换：在接口电路完成内部逻 辑电平(03/5V)与接口信号电平(-12 +12V)的转换。6.2 串行接口 关于电平TTL电平RS-232 电平+5V0V+12V-12V1 1 0 1 0 1 1 0 发送 接收第 18 页6.2.4 RS-232C接口信号2. 接口参数 可设定的通信速率：150、300、600、1200、 2400、3600、4800、7200、9600、14400、19200、 28800、33600、38400、57600、115200BPS(Burd

12、: Bit Per Second)。 可设定58个数据位。 可设定1、1.5、2个停止位。 可设定字节校验为奇校验、偶校验或无校验等 。通信双方（DTE和DCE）必须约定好使用的通 信速率和其他参数。6.2 串行接口 关于接口参数第 19 页3. 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RT

13、S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 关于接口参数4. 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)事件 DTR DSR RI CD RxD TxD MODEM检测到振铃 初始状态 PC收到振铃，启动软件 MODEM摘机

14、，发出载波 MODEM收到对方的载波 开始传送(发送,接收)数据 数据 数据数据传送完毕，PC拆线 MODEM挂机 PCMODEM电话网RS- 232电话 线路电话 线路RS- 232 MODEMPC第 21 页6.3 并行接口Parallel Port并行接口：数 据以并行方式传送 ，每次传送一个字 节(8位)或字(16位) 。特点：速度比串 行口快的多(150K 2MB/s)；接口 线多。 用途：PC机 并行接口一般用于 接打印机，早期也 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 22 页6.3 并行接口6.3.1 并行接口引线定义第 23 页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。 AUTO LF: 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。 SLCT IN: 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