计算机外部设备

1、人们通常是通过外部设备使用计算机，但是由于种种原因，外设往往不能与C P U 直接相连，它们之间的信息交换需要一个中间环节(或界面)，我们称之为接口电路。      所谓接口是微处理器C P U 与外界的连接部件(电路)，是C P U 与外界进行信息交换的中转站。接口技术从广义上讲，是研究C P U 如何与外界进行最佳结合与匹配，将计算机系统中的各种功能部件连接起来构成一个完整的、实用的计算机系统，并能实现与外界高效、可靠地交换信息的一门硬、软件相结合的技术，是软硬件结合之体现，是微型计算机应用的关键。例如，中央处理器与系统总线连接所需的总线驱动器、数据

2、收发器、总线控制器及总线裁决器等，称为处理器接口；存储器的组织及与系统总线的连接逻辑、存储管理部件、D M A 控制器等，称为存储器接口；各种输入输出设备与主机进行信息交换所需要的硬件逻辑和软件设计，称之为外部设备接口技术或输入输出接口技术。     为什么要使用接口电路呢？就以输入输出接口为例。大家都知道，输入输出是计算机与外部世界交换信息所必需的手段。程序、数据和现场物理量等要通过输入设备进入计算机，另一方面，计算机运行的结果和各种控制信号通过输出设备进行显示、打印或实现实时监控。外设包括机械式、电子式、机电式等等，其速度与C P U 相差太远，如键盘速度为秒

3、级，磁盘为0 . 2 6 M B / S ；输入输出信号的形式有数字量、模拟量；信息传送方式有串行、并行等等。所以，在C P U 与外设之间需要设置一种部件，使C P U 和外设协调工作，有效完成C P U 与外界之间信息交换。这种起界面作用的部件，称之为输入/输出接口电路。计算机系统所配置的外部设备，类型繁多，数量不同。它们不仅在工作速度上与中央处理机差别极大，而且在数据表示的形式上与计算机内部形式也不一致，每一个外部设备都是一个独立的部件。因此，要实现外部设备与主机之间的连接（connection）和信息交换，必须经过一个数据转换和传输的设备。这种设备，我们叫做I/O接口（interfac

4、e），有的叫I/O适配器（adapter）或适配卡。例如：键盘适配卡、打印机适配卡、CRT适配卡、磁盘适配卡等。接口定义：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。I/O接口，不只是为了实现物理上的连接，它还要完成许多功能。I/O接口的主要功能如下。 1. 地址译码2. 交换数据、控制和状态信息3. 支持主机不同的传送方法4. 支持主机传送的不同的控制方法5. 提供主机和外部设备所需缓冲、暂存和驱动能力6. 数据格式的转换7. 编码与译码8. 信号变换如上所述，I/O接口一边是面向主机控制的，另一边是面向外部设备的，不同的控制

5、和不同的外部设备则有不同的I/O接口。它们之间的功能划分是十分不同的，有的功能放在I/O适配器上，有的放在I/O设备上。一般是联系紧密和关系复杂的功能应尽可能地安排在一起；联系不多，关系简单的功能可以分开。如果把设备控制器放在I/O适配器上，也就很难区分哪些是属于I/O接口，哪些是属于设备控制器了。例如打印机适配器，只完成接口功能，常作为通用并行接口，而具体的打印控制（设备控制器），则放在打印机中。在CRT适配器上，则包括接口和CRT控制器两部分功能，用来把显示数据转换为视频信号，这时外部设备只剩下CRT本身了。磁盘驱动器适配器中，则包含了磁盘控制器的大部分功能（磁盘控制程序、数据编码和译码，

6、以及错误检验等）。应当指出的，一个完整的I/O接口，不仅包含一些硬件电路，还包含相应的软件驱动程序。这些软件放在接口的ROM中，有些放在主机板的ROM中，也有的放在磁盘上，当需要时才装人内存。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。这样I/O接口通过BIOS程序可以提供一个易于标准化的软件接口 CPU是微机的核心部件，它不仅要承担数据的加工和运算，还要控制数据的输入和输出。在大多数微机中，CPU对I/O的控制是通过I/O接口来完成的，对于配备大量外设的微机系统，还可以设置单独的I/O处理机，本节将

7、简述在微机系统中可能采用的I/O控制方式，包括程序控制方式、中断控制方式、直接存储器存取方式（DMA方式）和输入输出处理机方式等四种。1. 查询控制方式通过程序监测接口的状态，例如： 串行端口1(COM1:)，使用地址为3F83FE的I/O端口3F8 IN/OUT 数据接收/发送寄存器3F9 OUT 中断允许寄存器 3FA IN 中断标志寄存器3FB OUT 线路控制寄存器3FC OUT MODEM控制寄存器3FD IN 线路状态寄存器3FE IN MODEM状态寄存器其中：线路状态寄存器(3FD)：2. 中断控制方式接口状态改变时产生中断，通过中断信号调用中断处理来处理接口事件。特点：接口需

8、要中断支持(占用中断资源)，编程复杂，效率高。3. 直接存储器存取方式（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：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。4. 输入输出处理机控制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。计算机的I/O端口实现系统中的设备和软件间通信，

9、如果想和串行口通信，必须知道串行口是通过哪个I/O端口来接收和发送的。系统中有丰富的I/O端口。准确数是65535个端口，从0000h到FFFFh。这些I/O端口被分配给各种I/O设备，这些设备有些是在主机板上，有些通过总线在插板实现。主板和基于芯片组的设备端口地址基于总线的设备端口地址串行接口是PC机中最常用的通用接口，PC机可通过串行接口连接鼠标器、调制解调器（MODEM）、扫描仪等。所谓串行接口，就是所传送的数据是以串行（逐位）的方式传送的。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”

10、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：    在进行串行通信的线路连接时，通常要解决两个问题：一是计算机与外设之间要共同遵守的某种约定，这种约定称为物理接口标准，包括电缆的机械特性、电气特性、信号功能及传送过程的定义，它属于ISO'S OSI七层参考模型中的物理层，它为链路层提供透明的位流传输实体，规定了传送数据位的物理硬件规则，EIA RS-232、RS-422、RS-485标准所包含的接口电缆及连接器均属于此类。二是按接口标准设置计算机与外设之间进行串行通信的接口电路。RS-23

11、2C标准是美国电子工业协会EIA(Electronic Industries Association)与BELL等公司一起开发的于1969年公布的通信协议。它适合于数据传输速率在020000b/S范围内的通信。字母RS表示Recommanded Standard（推荐标准），232是识别代号，C是标准的版本号。RS-232C标准最初是为远程通信连接数据终端设备DTE(Data Terminal Equipment)与数据通信设备DCE(Data communication Equipment)而制定的。但目前更广泛地应用于计算机与终端或外设之间的近距离连接。这个标准对串行通信接口的有关问题，如

12、信号功能、电气特性和机械特性都作了较明确的规定。由于通信接口与设备制造厂商都生产与RS-232C兼容的通信设备，因此它己成为微机串行通信接口中广泛采用的一种标准。1.连接器由于RS-232C标准只规定了采用一对物理连接器，但对连接器本身的物理特性没有任何定义，因而出现了DB25、DB9等各种类型的连接器，其引脚的定义也各不相同，使用时应特别注意。在实际应用中DB25和DB9这两种连接器使用较多，下面将这两种连接器作简单介绍。早期的PC和PC/XT采用的是如下图所示的DB25型连接器：插头一侧为DTE，插座一侧为DCE。虽然RS-232C定义了25脚信号标准，但实际进行异步串行通信时，只需9个电

13、压信号，2个数据信号（RXD、TXD），6个控制信号和1个信号地线。由于PC及PC/XT机除了支持EIA电压接口外还支持20mA电流环接口，另需4个电流信号，故而采取DB25型连接器作为DTE与DCE之间通信电缆的连接器。RS-232C DB25型连接器DB9型连接器，其信号引脚如下图所示。由于AT机串行口取消了电流环接口，故采用DB9型连接器。如果将配接DB9型连接器的DTE与配接DB25型连接器的DCE相连接，必须使用专门的电缆线或转接头。RS-232C DB9型连接器 2.电缆长度传输电缆的长度与传输线的线间电容有关。EIA标准规定被驱动电路（终端）的电容（包括电缆连接电容）必须小于25

14、00pF。对于一个多芯电缆来说，每英尺（0.305m）电容为40pF50pF，所以满足电容特性的电缆长度最长为50英尺（15.24m）。 如果电容特性不满足，则明显的反映是从空号到传号（从0到1），或从传号到空号（从1到0）的跳变时间要超过RS-232C标准规定的4位码时间的最大允许值。因为对于传号/空号的跳变过程和空号/传号的跳变过程来说，不同的跳变情况下驱动器和接收器电路的电阻是不同的，所以对电缆电容充电的时间也总是不同的。超过50英尺所增加的电容和上述充电时间的差异会使接收电路产生传号位码比空号位码宽（传号畸变）或反之（空号畸变），这些畸变会引起字符接收错误。如果在时钟频率有畸变或信号状

15、态发生跳变时出现噪声，则更易出错。 RS-232C标准允许的连接电缆不超过50英尺（15.24m），但若能保证电缆总电容小于2500pF，则电缆长度可超过限定值。同时，RS-232C标准所允许的信号传输速率在7520000b/S的范围之内，而在实际应用中常被限制在19200b/S以内。1. RS-232C信号电平RS-232C标准对信号的逻辑电平、最高数据传输速率和各种信号功能都作了规定。RS-232C选择-15V-3V和+3V+15V这个范围而不采用TTL逻辑（0V5V）的原因，是为了提高抗干扰能力和增加传送距离。由于传号和空号状态用相反的电压表示，其间有6V的差距，这就极大地提高了数据传输

16、的可靠性。2. EIA RS-232C与TTL的电平转换EIA RS-232C是用正负电压来表示逻辑状态，而TTL是以高低电平表示逻辑状态，因此，为了能够同计算机接口或终端的TTL器件连接，必须在EIA RS-232C与TTL电路之间进行电平和逻辑关系的变换。3. 其他电气参数1)RS-232C终端一侧的旁路电容不应超过2500pF（包括电缆电容在内）。2)开路电压不能超过25V。    3)RS-232C的驱动电路必须能承受电缆中任何导线短路，而不会导致有关设备的损坏 EIA RS-232C标准规定了在串行通信时，数据终端设备DTE和数据通信设备DCE之间的接口信号。所谓

17、“发送”和“接收”是从数据终端设备的角度来定义的。RS-232C接口所使用的DB9和DB25连接器引脚的信号名称、引脚及功能。RS-232C标准接口有25条线。其中有4条数据线，11条控制线，3条定时线，7条备用线和未定义线。下面仅介绍最常用的一些信号线，按照它们的功能可分类如下。1.地线类脚1：保护地，接机器框架，也可不接。审核登记软件出口合同业务统计合同浏览脚7：信号地，这是其他各信号电压的参考点。无论电缆如何连接，这条线是必不可少的。2.接收、发送数据线脚2：发送数据（TXD），由DTE发至DCE的信号。在数据未发送时，一直保持负电压。终端设备发送数据的条件是：数据终端就绪（DTR）为正

18、电压；数传机就绪（DSR）为正电压；请求发送（RTS）为正电压；清除发送（CTS）为正电压。脚3：接收数据（RXD），由DCE发至DTE的信号。3.常用控制信号类    脚4：请求发送RTS，由DTE发至DCE的信号，表示它要向DCE发送数据。当数传机就绪（DSR）、数据终端就绪（DTR）为正电平时（表示接通），RTS就应为正电压（表示接通）。脚5：清除发送CTS，由DCE发至DTE的信号，表示DCE己准备好接收来自DTE的发送数据。如果数传机就绪DSR为断开状态（负电压），则CTS也应该是断开状态（负电压），以表明DTE不应发送数据。CTS接通的条件是数传机就绪DSR、请

19、求发送RTS为正电压。脚6：数传机就绪DSR，由DCE发至DTE的信号，表示DCE已与通信信道相连接。脚20：数据终端就绪DTR，由DTE发至DCE的信号，表示DTE准备发送数据至DCE。数据终端就绪DTR必须先接通，然后数传机就绪DSR才能变为接通状态。 4.与调制解调器有关的信号 脚22：振铃指示RI，由DCE发至DTE的信号，RI为正电压时，指示DCE正在接收振铃信号。在每次振铃期间RI为接通状态，而在两次振铃之间，则为断开状态。 脚8：载波信号检测DCD，当DCE接收到满足要求的载波信号时，DCD便是正电压，这个信号可用来驱动载波检测发光二极管。在上述各信号线中。发送数据、接收数据、信

20、号地，这三条线是最基本的。 DSR、DTR、DCD和RI是针对电话网络设计的。在本地互连的微机系统中，最常用到的联络信号是DTR、DSR、RTS、CTS。对数据终端而言，若要发送数据，其必要条件是DTR、DSR、RTS，CTS应接通（正电压）。有时RTS不一定是必要条件，但DTR必须接通，并且要求DSR、CTS这两条输入线必须接通。当DTE与DCE（或DTE）互连时，这两个信号来自互连的设备，也可以用模拟的方法产生，例如通过软件设置或者将DTR、CTS直接连接得到正电压。 每当串口接收了一个字符，通过升起中断请求线（IRQ）引起计算机的注意。8位ISA总线系统有8条中断线，16位ISA总线则有

21、16条。通常由8259中断控制器芯片处理这些请求并送CPU。在标准配置中，COMl使用IRQ4，COM2使用IRQ3。当一个串口装入系统时，必须配置使用专用的I/O地址（端口）和中断（中断请求IRQ）。最好的方案是遵循这些设备的现有标准。注意，尽管许多串口能设置成与COM1和COM2共享IRQ3和IRQ4，但并不推荐这样做。最佳建议是设置COM3为IRQ10和COM4为IRQ11（如果可用的话）。如果需要COM3之上的端口，建议购买专用的多口串行卡。如果在标准COM1和COM2串口之外再添加时，必须保证他们使用惟一的、不冲突的中断。如果购买了串口适配卡，并准备使用他提供标准COM1和COM2以

22、外的端口，必须保证能够使用除IRQ3和IRQ4之外中断。注意，BIOS生产商从不把对COM3和COM4的支持置入BIOS中。所以，DOS不能对COM2之上的串口进行操作，因为DOS是从BIOS中获取I/O信息的。在POST（加电自检）过程中，BIOS找出系统中装了些什么，装在何处。加电自检只检查最前面安装的两个端口。而这在Windows下根本就不是什么问题，因为Windows 95/98/2000/NT都有内置的对多达128个端口的支持。在Windows支持多达128个串口，使在系统里使用多端口板特别容易。在只使用一个插槽和一个中断时，多端口板给系统以多点采集或与多个设备共享数据的能力。但在C

23、OM端口之间或设备之间共享中断时，有时能正常工作，有时则不能。建议在多串口之间最好不要共享中断。 并行接口最普遍的用途是用于连接打印机。通常并行接口一次传送一个字节，所以，传输速率比串行接口快的多。目前与PC机相匹配的打印机接口几乎都是以Centronics接口为基础的。Centronics打印机接口是一种用三线信号交互的8位并行接口，但这种接口不支持外围设备选址，因此在输出端只能接一个设备。Centronics并行接口使用的是36管脚的Amphenol 57系列的接头，最大接线距离一般不大于5m，而且数据只能单向传送。PC机为使并行接口与RS-232C使用同一种接头DB25，把36脚的Cen

24、tronics接头改成了只有25脚的接头。因此，PC机与打印机的连接是由一根25芯到36芯转换电缆完成的。PC机并行接口25脚的定义以及与打印机36脚并行接口的连接关系表数据信号：方向由主机到打印机。D0D7：主机发送给打印机的数据信息。控制信号：方向由主机到打印机。表中列出的信号定义如下：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，有些打印机通过DIP开关设置。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。BUS

25、Y：高电平有效，表示打印机处于忙状态，包括正在输入数据，正在打印，脱机状态，打印机就绪状态。 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。典型的操作过程是，当打印机就绪时，BUSY信号是低电平，然后计算机把数据放在数据线上，并把选通脉冲送到STB线上，这时打印机将BUSY忙信号变为高电平，并读出锁存的数据，把数据放到打印队列中，同时输出一个ACK响应脉冲。在ACK脉冲之后， BUSY信号变为低电平。如果打印机发现有错误，并处于检查状态，打印机就启动ERROR线。 1.正常信号交互在正常信号交互

26、时，计算机向打印机指出数据线上存在有效信息。在选通脉冲变为逻辑负值之前，至少1s时间数据必须是有效的，并且在选通脉仲变为低电平后，数据必须至少保持1s是有效的，选通脉冲为低电平的时间大约为1500s。选通脉仲的下降沿使得打印机送出ACK响应信号。选通脉冲变为低电平到ACK信号之间的延迟时间大约在210s的范围内。以上时间是对于正常数据传送的。 2.忙状态信号交互当打印机的打印缓仲器中有打印命令时（回车），或者当垂直进纸、走纸、换行、删除、报警、选择或不选择字符送到打印机时，打印机就处于忙状态。当打印机收到这些控制某种机械操作的特殊字符时，它需要用几微秒以上的时间进行操作，这时信号交互的时序变成

27、BUSY状态来对此作出反映。BUSY状态的信号交互机制在以下几方面不同，在选通脉冲变为低电平之后，BUSY信号代替了响应脉冲，BUSY信号表示打印机被某种操作占用，在操作结束之后才能完成信号交互。打印机可能有2300s忙持续时间。当BUSY为低电平之后，打印机通过在响应线ACK上发负脉冲表示结束，这点与正常信号交互相同。有些打印机根本不使用BUSY线，因为不论是正常的还是较忙的信号交互，它们的结束都是一样的，这样就可以用两线信号交互代替三线。另外一些打印机用一个开关来补充BUSY线，不论是两线还是三线都可以使用这种开关。还有些使用Centronics接口的打印机不采用原先的Centronics

28、延迟时间，例如，它们也许在选通脉冲接通前要求数据有0.5s的有效时间，并且在选通脉冲断开后保持0.5s有效。选通脉冲只有0.5s时间接通。这些时间只是原先Centronics规定时间的一半。1.标准并行口（SPP）原始PC并口的单向性能与其主要用途是一致的，即将数据发送到一台打印机。但是，有时候希望有双向端口，例如需要接收来自打印机的反馈信息，而这在PostScript打印机中是常见的。而这对于原始的单向端口是难以做到的。虽然从来没有准备用作输入，但是一种聪明的设计方案还是将四条信号线可以作为4位输入连接。这样，这些端口能进行8位（字节）输出（称作兼容模式）和4位输入（称作半字节模式）。这在低

29、端桌面系统中仍然非常普遍。1993年后制作的系统有更高性能的端口，例如，双向、EPP、ECP。标准并口具有约150KB/s输出和约50KB/s输入的有效传输速率。2.双向（8位）并口随着1987的PS/2系列机的推出，IBM引人了双向并口。这些在当今的PC兼容系统中是最常见的，可以将其指称为“双向”、“PS/2型”或“扩展的”并行端口。这种端口设计为计算机和外设通过并口进行真正的通信开辟了道路。这是通过对并行连接器上少数以前没有使用的引脚进行定义，并通过定义的一个状态位，表示通过通道的信息方向。于是就允许有真正的8位（称作字节模式）输人。这些端日通过标准的8条数据线进行8位输入和输出，在与外设

30、配合使用时，明显的要比4位端口决。双向端口在输出和输入时都具有大约150KB/s速率传输数据的能力。 3.增强型并口（EPP）EPP是一种更新的规范，有时又称作快速模式并口。EPP是由Intel、Xircom和Zenith Data System开发的，并于1991年10月公布。提供EPP的第一代产品的是Zenith Data Systems的膝上型计算机、ircom的袖珍型LAN适配器和Intel 82369 SL I/O芯片。现在，几乎所有系统都含一个多模式并口，通常制作在主板上支持EPP模式的Super I/O芯片中。EPP几乎以ISA总线速度工作，使比传统并口的原始吞吐量有成十倍的提高

31、。EPP是专门为并行端口外围设备设计的，比如LAN适配器、磁盘驱动器和磁带备份等。EPP已经包括在新的IEEE1284并口标准中。采用EPP，传输速率达到2MB/s是可能的。自1992年推出最早的Intel 82360 SL I/O芯片以来，其他一些主要的芯片供应商（如National Semiconductor、SMC、Digital和VLSI）也生产了能提供某些EPP性能的I/O芯片组。但是存在一个突出的问题，不同供应商生产的各种芯片在使用EPP的过程上相差甚大，且许多供应商提供的多于一个I/O芯片。EPP 1.7版（1992年3月）确定了硬件规范的第一个流行版本。经少量修改后，版本被放弃

32、，而且被并入IEEE-1284标准。有些技术参考资料中错误的标出参考“EPP标准规范1.9版”，引起了关于EPP标准的混淆。注意“EPP 1.9版”技术上并不存在，在最初1.7版后的任何EPP规范，确切他说应该指的是IEEE-1284规范的一个部分。不幸的是，这导致了两种关于EPP并口的不兼容标准：最初的EPP标准委员会1.7版标准，和IEEE-1284委员会标准，通常叫做EPP 1.9版。两种标准极为相似，所以新的外设可以设计成支持两种标准，但是老的EPP 1.7外设在EPP-1284（EPP 1.9）端口上可能就不工作。正是由于这个原因，许多多模式端口允许任意配置成EPP1.7或1.9模式

33、，通常通过BIOS设置程序进行选择。实际上，现代主板上所用的几乎所有Super I/O芯片现在都支持EPP端口。由于EPP端口在IEEE-1284标准被定义，所以也从软件和驱动器支持上获益，包括在Windows NT中支持。 4.增强性能端口（ECP）另一种高速并口类型ECP（增强性能端口），是由Microsoft和Hewlett-packard联合开发的，于1992年正式发布。与EPP相似，ECP提供了对并口的改进性能，也需要专用的硬件逻辑。自公布以来，与EPP一样，ECP也包括进了IEEE-1284。但是，与EPP不同，ECP并没有精心裁剪以支持笔记本计算机的并口外设，其目的是支持不太贵的

34、附件用于高性能打印机或扫描仪。另外，ECP模式需要使用一个DMA通道，这可能会与别的使用DMA通道的设备发生麻烦的冲突，而EPP中并没有这样定义。大多数带有新型Super I/O芯片的PC，都能支持EPP或ECP中的任一种模式。大多数新系统都附带有支持高吞吐量通信的ECP端口。大多数情况下，ECP端口可以通过BIOS转换成EPP或标准并口。不过，为了最好的吞吐量，建议将端口置成ECP模式。 PC系列微机可配有两个并行端口，即LPT1和LPT2。二者结构是相同的，都可以作为打印机接口使用，由于有的机器不配置LPT2，因此常将LPT1作为打印机接口，并行接口有三个端口：数据端口、状态端口

35、、控制端口，分别与数据寄存器、状态寄存器。控制寄存器相对应，表6-3-2所示为两个并行接口的端口地址。 CPU向打印机传送打印数据或控制命令时，分别通过数据端口和控制端口，对数据寄存器和控制寄存器进行写操作，而CPU要获得打印机状态时，则通过状态端口对状态寄存器进行读操作。并行接口 数据端口 状态端口 控制端口 LTP1 378H 379H 37AH LTP2 278H 279H 27AH 并行接口的端口地址 USB (Universal Serial Bus)即通用串行总线，是由Intel、IBM、Microsoft、Compaq、Digital、NEC、Northern Tele

36、com七家公司共同开发的一种新型接口总线标准，用于克服传统总线的不足之一。 从1998年开始，PC机主板开始支持USB接口，近几年，随着越来越多的USB接口外部设备的出现，USB接口已成为PC机主板的标准配置。从发展趋势上看，USB将取代PC机的大部分标准和非标准接口。USB接口也是一种输入/输出接口，用于连接键盘、鼠标、数码相机等一些外部设备。此接口也是一种标准，它的作用就是将这些外部设备不一致的接口，统一成一个标准的4针插头接口，所具有的特点是： 1.连结简单，并能支持热插拨技术，在不关闭计算机电源的情况，直接插入USB设备，真正实现“即插即用”功能。 2.具有更高的数据传输率，USB1.

37、1的最高位速率为12Mb/s，USB连接多个设备时，各个设备共享12Mb/s的传输带宽。 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。远远超过现有标准的串行口和并行口的传送速度。 3.能同时支持多种设备的连接，采用菊花链形式扩展端口，最多可在一台计算机上连接127种设备。 4.为USB设备提供电源，USB接口可为USB设备提供5伏电源，USB接口为4针连接口，其中2根为电源线，另外2根为信号线。 USB是外设总线标准，是

38、由在PC和电信产业中的领导者，包括Compaq、DEC、IBM、Intel、Microsoft、NEC和Northern Telecom共同开发的，这将给PC带来计算机外设的即插即用。USB消除了将卡安装在专用的计算机插槽并重新配置系统资源的情况，同时也节省了宝贵的系统资源，如中断。装备了USB的个人计算机，一旦实现了计算机外设物理连接就能自动地进行配置，不必重启动系统或运行设置程序。USB还允许多达127个设备同在一台计算机上工作，作为外设，就好像插入式的站点或集线器。USB电缆、连接器和外设可用图符进行标志，如图所示。 Intel成为USB的主要支持者，所有他们的PC芯片组，从PIIX3开

39、始，已经包含USB支持。六家别的公司与Intel一起共同开发USB，这里包括Compaq、Digital、IBM、Microsoft、NEC和Northern Telecom。这些公司一起建立了一个USB实现者论坛，惜以开发、支持和发扬USB结构。1. USB的构成USB是一个通过简单四线连接的12Mb/s（1.5MBs）接口。总线采用分层星形拓扑结构支持最多达127台设备，全部建立在扩展集线器上，集线器可以置留在PC中或任一个USB外设中，也可以是一个独立的集线器盒。注意尽管标准允许多达127台设备相连，他们将必须共享12Mb/s（1.5Mb/s）的带宽，这就是说每增加一台设备总线速率就可能

40、会降低一些。 对于像定点设备和键盘这些低速外设，USB也有一个较慢的1.5Mb/s子通道。子通道通常是用于如键盘和鼠标器之类的较慢接口设备。 尽管USB在数据传输上没有FireWire或SCSI那样快，但对于所设计的外设类型来讲已经足够了。 USB的一个优点是所有相连的设备都由USB总线供电。并且当可用电源水平超过时发出一个警告。这一特点在便携式系统中是非常重要的，因为被分配来运行外设的电池电源可能是有限的。USB规范的另一个优点是自我识别外设，这个特性大大简化了安装，因为完全不用为每一个外设设置唯一的ID或标识符他们都由USB自动处理了。另外，USB设备可以进行热插拔，这就是说每次连接或断开

41、一个外设时，不必关机或重新启动计算机。对系统来说，USB这样的接口带来的最大好处是只需要PC机中的一个中断。这意味着，可以连接多达127个设备而不需要像分别接口那样地使用离散的中断。在现代PC中，始终承受着中断短缺的困扰，这是一个极大的优点。 2. USB外设和集线器USB设备是集线器或功能设备之一，或同时是两者。集线器为USB提供了额外的连接点，允许连接外加的集线器或功能设备。功能设备指的是连接到USB上去的普通外部设备，例如键盘、鼠标、照相机、打印机、电话等。在PC机系统单元上的初始端口称作根集线器，他们是USB的起始点，大多数主板有两个USB端口，任何一个都可以连功能设备或附加的集线器。

42、集线器本质是个线路集中器，通过星型连接可以接多台设备。每一个连接点可以看作是一个端口。集线器可以有四个、八个或更多的端口。为了得到更大的扩展，可以将附加的集线器连接到一个己有集线器的端口上。集线器对每一个连接的功能设备进行连接和电源分配两方面的控制。 3. USB电缆USB的4条电缆引脚分配在两个全速（12Mb/s）设备或一台设备与集线器HUB之间，如果使用20号线硅导线制作的双绞线对屏蔽电缆，最大长度是5米。低速（15Mb/s）设备使用非双绞线对的最大电缆长度是3米。如采用小线硅导线，这些距离的限制就更短了。一个接有USB设备的典型PC，可以使用多个USB集线器来支持各种不同的外设，非常方便

43、地连接到任一个集线器上。 为USB指定了两种不同的连接器，称为A系列和B系列。A系列连接器是为那些要求电缆保留永久连接的设备而设计的，比如集线器、键盘和鼠标器等。大多数主板上的USB端口通常是A系列连接器，B系列连接器是为那些需要可分离电缆的设备设计的，如打印机、扫描仪、Modem、电话和扬声器等。物理的USB插头是小型的，与典型的串口或并口连接器不同，插头不通过螺丝和螺母连接。USB插头嵌入到USB连接器插座中。  USB遵从Intel的即插即用（PnP）规范，包括热插拔，这也就是说设备能在不关闭电源或重新启动系统时动态地插拔。简单地插入设备，PC机中的USB控制器检测设

44、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，并将他们包含在Windows 95C、98和Windows 2000中。 Microfoft从Windows 95B开始支持USB，在原始的Windows 95或95A中还没有所需的驱动程序。Windows 98包括了全部的USB支持，当然Windows 2000也一样。在Windows 95中，USB驱动程序并不是自动包含在内的，因为他们是分散地提供的，稍晚些的Windows 95版本Windows 95C中包含了对USB的支持。USB还需要在BIOS中支持，带有内置USB端口的新系统中已经包含了这种支持。USB

45、外设包括Modem、电话、游戏杆、键盘和像鼠标器和轨迹球那样的定点设备。实际上，在过去几年生产的所有主板上都内置有对USB的支持。在购买USB外设前须提醒一件事，即所用的操作系统必须提供对USB的支持。然而最初的Windows 95升级和Windows NT4.0不支持USB，后来的Windows 95 OSR-2版（也称95B）是支持的。Windows 95B需要添加或安装USB驱动程序，而Windows 95C则把他们包含在Windows CD-ROM中，Windows 98和Windows NT 5.0完全支持USB。因为USB标准给出了允诺，在今后的岁月中，将成为一项重要的总线技术。I

46、EEE-1394是一个相对新的总线技术，是为适应当今的音频和视频多媒体设备对大量数据传输需求而发展起来的，数据传输速率特别快，最高可达400Mb/s，更快的速度还在开发中。IEEE-1394目前在PC中使用的还较少。    IEEE-1394规范是由IEEE标准委员会于1995年底发布的。IEEE是The Institute of Electrical and Electronic Engineers（电气和电子工程师协会）的缩写。IEEE-1394标准现在存在着三种不同的信号速率：100、200、和400Mb/s（12.5、25、50MB/s），每秒千兆位（Gb

47、/S）版本在制订中。大部分PC适配器卡支持200Mb/s的速率，现有设备一般只能工作到100Mb/s。最多63个设备可以通过菊花链方式连接到单个IEEE-1394适配卡上，IEEE-1394用的电缆包含6条导线：4条线用作数据传输，两条线传送电源。与主板的连接可以是通过专用的IEEE-1394接口，或者用PCI适配器卡。IEEE-1394电缆、插座和连接器插头 1394使用一条简单的6芯电缆，两个差分的时钟和数据线对，加上两条电源线。与USB相似，1394也是完全PnP，包括具有热插拔能力。与复杂得多的并行SCSI总线不同，1394不需要复杂的终接，连接在总线上的设备可以取得1.5A的电能。1

48、394提供与SCSI相同或更高的性能，而费用却要低得多，而且连接也很简单。通过1394连接到PC机上的设备种类，包括现今实际用到SCSI上的所有设备。包括所有形式的磁盘驱动器，有硬盘、软盘、光盘、CD-ROM和新的DVD驱动器。还有数码相机、磁带驱动器。以及许多具有1394特性内置接口的高速外设。Microsoft已经在Windows 95/98和windows NT中开发了驱动程序以支持1394  USB和1394在形态和功能上是相似的，下表总结了两种技术的相异之处。IEEE-1394和USB的比较主要区别在速度上。现在，1394提供的数据传输速率是USB的16倍。等将来

49、1394更高速的版本推出后，这种速度差异将更大。将来，PC可能愿意同时包括USB和1394两种接口。作为共同点，这两种总线都可以替换掉典型PC背面看到的大部分标准连接。由于性能上的差别，显然USB是为低速外设而设计的，如s键盘、鼠标器、Modem和打印机，而1394将用来连接高性能计算机和数字视频电子产品。1394另一个重要优点是不再需要PC主机连接。这样1394可以直接将数字视频（DV）便携式摄像机与DV-VCR连接在一起，进行磁带的配音和编辑。IEEE-1394立足于为现在和将来的PC用户提供空前的多媒体能力。现在的外设，特别是DV设备还相当昂贵，但是随着技术的进步，将来价格会下降。许多人

50、将从先进的音频和视频系统获益。预计到将来在PC中的多媒体需要，IEEE-1394的普及使用是必然的。IDE（Integrated Device electronics）是目前PC机用于连接硬盘、光盘驱动器的通用接口，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(AT总线)。一般PC机主板上集成有两个IDE接口，本部分从发展、构成和使用等几个方面介绍IDE接口。 集成驱动器电路（IDE）是一个通用术语，可用于任何带有集成（内置）磁盘控制器的驱动器。IDE接口，其正式名称为ATA（AT附属），是一个ANSI标准。

51、然而，IDE可以一般地用到任何一台带有内置控制器的磁盘驱动器上。注意在“AT附属”名字中的“AT”，取自首次推出16位ISA（工业标准结构）总线的原始IBM AT。这样ATA基本上被认为是一台硬盘驱动器，可以直接插入AT总线的一个版本，或就是所谓的ISA总线。ATA接口演化出几个连续的标准版本，介绍如下表：标准名称发表年代特点改进最高传输速率连接器ATA-1  1988CHS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-3  1997增加SMART和LB

52、A方式16.7MB/s40线ATA-4  Ultra-ATA/33或UDMA/331998增加UDMA/33方式，引入CRC技术33.3MB/s80线40针ATA-5 Ultra-ATA/66或UDMA/661999增加UDMA/6666.7MB/s80线40针ATA-100 Ultra-ATA/100或UDMA/1002000增加UDMA/100100MB/s80线40针        每一个ATA版本与前面的版本是向后兼容的。换句话说，老的ATA-1或ATA-2设备在ATA-4或ATA-5的接口上将工

53、作正常。在设备版本和接口版本不匹配时，将以二个中较低版本的能力结合一起工作。新的ATA版本是建立在老版本的基础上，除了若干内容外，可以认为是前一个版本的扩展。例如，ATA-5等于ATA-4版本加上附加的性能。下面各节将更详细地描述所有的ATA版本。 虽然ATA-1于1994年获通过。ATA-1定义了原始的AT附属接口，这是一个基于ISA总线，在磁盘驱动器和主系统之间的集成总线接口。在ATA-l规范引入和记载的主要特性有：l40/44脚连接器和电缆连接；l主/从/电缆选择驱动器配置选项；l对基本PIO（程序控制I/O）和DMA（直接存储器读写访问）模式的信号定时；lCHS（柱面 磁头 扇区）和L

54、BA（逻辑块地址）驱动器参数变换。ATA规范定义了40脚连接器的信号、这些信号的功能和时序、电缆规范等。ATA规范定义的某些内容和功能ATA接口连接器是一个40或44脚头型连接器，通常有一个键脚来防止反插的可能性。为了创建一个带键脚的连接器，制造商拆下了引脚20，防止用户将电缆插反。连接器引脚总共有44个，大多数的驱动器使用了前面40个。增加的4个（引脚4144）是个超集，主要用在笔记本和膝上型系统的小型21/2英寸驱动器上。这些驱动器没有位置用于单独的电源插座，因此额外的引脚主要是为向驱动器供电而设计的。本节详细地说明一些最重要的信号：20脚作为键脚用以确定电缆的朝向，在接口中不连通。任何A

55、TA连接器的这个脚必须去除，且电缆这一端的连接器必须有20脚的孔使插空，防止电缆插反。39脚表示驱动器激活/从驱动器存在（DA/SP）信号，这是一个双用途、时分复用信号。在加电初始化过程中，这个信号表示这个接口上是否存在从驱动器。然后，每个驱动器在上面设置信号表示其是否激活。早期驱动器没有复用这些功能，需要专门的跳线设置使与其他驱动器一起工作。标准化这个功能，使允许兼容的双驱动器安装是ATA标准的一个特色。这就是为什么有些驱动器需要一个从驱动器存在（SP）跳线，而有的则不要的原因。28脚传送电缆选择或主轴同步信号（CSEL或SPSYNC），这是个双重用途的引脚，但是，在一个给定的安装中只使用二

56、中之一的功能。CSEL功能最常使用，被设计成不通过驱动器的设置跳线，而直接用来控制驱动器是主（驱动器0）还是从（驱动器1）。如果驱动器检测到CSEL接地，驱动器是主驱动器；如果CSEL是开路，驱动器是从驱动器。 ATA-2是对原始ATA标准的一个主要升级，于1996年获得通过。也许对ATA最大的改动。ATA-2的升级对主系统与存储设备之间的接口作了通用的定义，而不仅仅是磁盘驱动器。和原ATA标准相比ATA-2中主要增加的主要功能包括：l快速PIO和DMA传送模式；l支持电源管理；l支持可移动性设备；lPCMCIA（PC卡）设备支持；l定义驱动器支持高达137.4GB；l对容量高达8.

57、4GB的驱动器定义了标准CHS/LBA（柱面 磁头 扇区寻址/逻辑块寻址）变换方法。ATA-2也有一些非正式的市场术语，如快速ATA、快速ATA-2、(Seagate/Quantum)和EIDE(扩展IDE，Western Digital)。 ATA-3是比其前任ATA-2标准小一些的版本，首次发表于1997年。其中包括一个明确的总规范，以及很少的说明和修订。最主要的改动包括如下：l删除单字（8位）DMA传送协议；l增加S.M.A.R.T（自监视、分析和报告技术），支持对系统性能下降的预测；l加入安全模式，允许用通行字保护对设备的访问；l对总线上端接地源和接收器提出建议，以解决高传输率下的噪声问题。ATA-2和ATA-3是原ATA（IDE）规范的扩展。最重要的扩展是性能增强，如快速PIO和DMA方式。 ATA-2也在识别驱动器命令上进行了改进，让驱动器准确地告诉软件自身的特性，这对即插即用和将来标准修订时的兼容性是重要的。 ATA-3增加了改进的可靠性措施，特别是快速方式4的传送，注意到ATA-3没有定义任何快速方式；ATA-3还