第8章 微型計(jì)算機(jī)接口技術(shù)

第8章

微型計(jì)算機(jī)接口技術(shù)

本章學(xué)習(xí)目標(biāo)本章主要講解接口技術(shù)的基本概念、接口電路的工作原理、接口芯片的應(yīng)用以及與微機(jī)系統(tǒng)（CPU）的連接。通過(guò)本章學(xué)習(xí)，讀者應(yīng)該掌握以下內(nèi)容：掌握輸入/輸出接口電路、輸入/輸出端口的基本概念、分類掌握CPU與外設(shè)數(shù)據(jù)傳送的方式方法。掌握常用微機(jī)外部實(shí)用接口掌握并行數(shù)據(jù)接口的基本概念、參數(shù)，及其應(yīng)用掌握串行數(shù)據(jù)接口的基本概念、參數(shù)，應(yīng)用RS232C串行接口標(biāo)準(zhǔn)、掌握DMA的基本概念、可編程DMA控制器芯片8237A的結(jié)構(gòu)、應(yīng)用及編程方法。掌握微機(jī)內(nèi)部總線接口掌握模/數(shù)、數(shù)/模轉(zhuǎn)換的基本概念、應(yīng)用方法，了解DAC0832芯片和ADC0809、AD574等芯片的應(yīng)用。8.1微型計(jì)算機(jī)接口技術(shù)概述

微型計(jì)算機(jī)接口技術(shù)在微機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和應(yīng)用過(guò)程中，都占有極其重要的地位。無(wú)論是系統(tǒng)內(nèi)部的信息交換還是與系統(tǒng)外部的信息交換，都是通過(guò)“接口”來(lái)實(shí)現(xiàn)的。1．接口接口(interface)就是微處理器與外部世界的連接部件(電路)，它是CPU與外界進(jìn)行信息交換的中轉(zhuǎn)站。源程序或原始數(shù)據(jù)要通過(guò)接口從輸入設(shè)備進(jìn)來(lái)，運(yùn)算結(jié)果要通過(guò)接口向輸出設(shè)備送出；控制命令通過(guò)接口發(fā)出，現(xiàn)場(chǎng)狀態(tài)通過(guò)接口取進(jìn)，這些來(lái)往信息都要通過(guò)接口進(jìn)行變換與中轉(zhuǎn)。微機(jī)接口技術(shù)是采用硬件與軟件相結(jié)合的方法，研究微處理器如何與外界進(jìn)行最佳耦合與匹配，以在CPU與外部世界之間實(shí)現(xiàn)高效、可靠的信息交換的一門(mén)技術(shù)。外界是指除CPU以外的所有設(shè)備或電路，包括存儲(chǔ)器、I／O設(shè)備、控制設(shè)備、測(cè)量設(shè)備、通信設(shè)備、多媒體設(shè)備、A／D和D／A轉(zhuǎn)換器等。2．微機(jī)接口功能CPU與外部設(shè)備(簡(jiǎn)稱外設(shè))之間的接口一般有如下功能。(1)數(shù)據(jù)緩沖功能(2)接收和執(zhí)行CPU命令的功能(3)信號(hào)轉(zhuǎn)換功能(4)設(shè)備選擇功能(5)中斷管理功能(6)數(shù)據(jù)寬度變換的功能CPU所處理的是并行數(shù)據(jù)(8位、16位,32位,64位)，而有的外設(shè)只能處理串行數(shù)據(jù)，在這種情況下，接口就應(yīng)具有數(shù)據(jù)“并-串”和“串-并”的變換功能。為此，在接口中設(shè)置了移位寄存器。(7)可編程功能3．微機(jī)接口類型微機(jī)接口的分類方法有多種，按與外設(shè)數(shù)據(jù)的傳送方式可分為：并行I/O和串行I/O接口等；按通用性分，有專用接口和通用接口；按功能分，有3種基本類型：運(yùn)行輔助接口、用戶交互接口和傳感控制接口。(1)運(yùn)行輔助接口運(yùn)行輔助接口是和主機(jī)配套的，使微機(jī)實(shí)現(xiàn)最基本功能所需的接口。它包括微處理器周圍的控制總線、地址總線和數(shù)據(jù)總線的鎖存器、驅(qū)動(dòng)器、接收器、收發(fā)器和時(shí)鐘電路。執(zhí)行總線判決、存儲(chǔ)管理、中斷控制、和DMA控制等等功能的接口。(2)用戶交互接口用戶交互接口是把用戶指定的數(shù)據(jù)發(fā)送給主機(jī)系統(tǒng)或從主機(jī)系統(tǒng)接收數(shù)據(jù)的接口電路。它包括：通用的輸入輸出控制接口，例如：硬盤(pán)軟盤(pán)接口、計(jì)算機(jī)終端接口、鍵盤(pán)接口、鼠標(biāo)接口、顯示接口、打印接口、操縱桿接口、光筆接口、錄入筆接口、語(yǔ)音識(shí)別和合成接口等。(3)傳感和控制接口微機(jī)控制系統(tǒng)通過(guò)傳感接口接收檢測(cè)對(duì)象、控制對(duì)象的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，在進(jìn)行處理后通過(guò)控制接口執(zhí)行。傳感接口具有模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換器(A／D轉(zhuǎn)換器)和數(shù)字量到微機(jī)系統(tǒng)總線的接口?？刂平涌趯⑽C(jī)運(yùn)算處理后得到的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成適當(dāng)?shù)碾妷夯螂娏?，直接或通過(guò)機(jī)電接口驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作，以實(shí)現(xiàn)對(duì)外部世界的控制。A／D轉(zhuǎn)換器由于微機(jī)內(nèi)總功率小、速度快、集成度高的元器件使它與外部世界的控制信號(hào)電平不相匹配，所以控制接口有時(shí)比較復(fù)雜，要將微機(jī)內(nèi)部的數(shù)據(jù)信號(hào)轉(zhuǎn)換成合適大小的電壓或電流控制外部世界的部件或裝置。下面，先討論微機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸方式

8.2CPU和外部接口的數(shù)據(jù)傳輸方式

外部設(shè)備與微機(jī)之間的信息傳送，實(shí)際上是CPU與接口之間的信息傳送。它們之間的信息傳送的方式有程序控制方式、中斷傳送方式、直接存儲(chǔ)器訪問(wèn)（DMA）方式和I/O處理機(jī)方式。1．程序控制方式程序控制方式又可分為無(wú)條件傳送方式和查詢方式兩類。（1）無(wú)條件傳送方式無(wú)條件傳送方式是一種最簡(jiǎn)單的輸入/輸出控制方式。該方式認(rèn)為外設(shè)始終是準(zhǔn)備好的，能隨時(shí)提供數(shù)據(jù)，一般適用于經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)時(shí)間間隔數(shù)據(jù)才有顯著變化的情況。這時(shí)無(wú)需檢查端口的狀態(tài)，就可以立即采集數(shù)據(jù)。這時(shí)的端口不需加鎖存器而直接用三態(tài)緩沖器與系統(tǒng)總線相連。實(shí)現(xiàn)無(wú)條件輸入/輸出的方法是：在程序的適當(dāng)位置直接安排IN/OUT指令，當(dāng)程序執(zhí)行到這些輸入/輸出指令時(shí)，外部設(shè)備的數(shù)據(jù)早已準(zhǔn)備好，可以在執(zhí)行當(dāng)前指令時(shí)完成接受/發(fā)送數(shù)據(jù)的全過(guò)程。當(dāng)外部設(shè)備是輸出設(shè)備時(shí)，一般要求接口有鎖存能力，即要求將CPU輸出的數(shù)據(jù)在輸出設(shè)備接口電路中保持一段時(shí)間。無(wú)條件傳送方式的接口電路和控制程序都比較簡(jiǎn)單。但應(yīng)當(dāng)注意：輸入時(shí)，必須確保當(dāng)CPU讀取數(shù)據(jù)時(shí)（執(zhí)行IN指令時(shí)），外設(shè)已將數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好；輸出時(shí)，當(dāng)CPU執(zhí)行OUT指令時(shí)，必須確保外部設(shè)備的數(shù)據(jù)鎖存器為空，即外設(shè)已將上次送來(lái)的數(shù)據(jù)取走。否則會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳送出錯(cuò)。。（2）查詢傳送方式由于CPU與I/O設(shè)備的工作往往是異步的，這就很難保證當(dāng)CPU輸入時(shí)，外設(shè)已準(zhǔn)備好數(shù)據(jù)；輸出時(shí)，外設(shè)的數(shù)據(jù)鎖存器是空的。因此，在CPU傳送數(shù)據(jù)前，應(yīng)去查一下外設(shè)的狀態(tài)，若外設(shè)準(zhǔn)備好，就進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，否則，CPU就等待。這種傳送方式的接口電路中，除具有數(shù)據(jù)緩沖器或數(shù)據(jù)鎖存器外，還應(yīng)具有外設(shè)的狀態(tài)標(biāo)志。在輸入時(shí)，若輸入數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好，則將此標(biāo)志置位；輸出時(shí)，若數(shù)據(jù)已“空”，則將此標(biāo)志置位。在接口電路中，此狀態(tài)標(biāo)志也占用一個(gè)端口地址。在使用查詢方式傳送信息時(shí)，其程序編制時(shí)一般按如圖8-1的流程進(jìn)行。即先讀入設(shè)備狀態(tài)的標(biāo)志信息，再根據(jù)所讀入的信息進(jìn)行判斷，若數(shù)據(jù)未準(zhǔn)備好，CPU就重新返回，繼續(xù)讀入狀態(tài)字等待；若數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好了，則開(kāi)始傳送數(shù)據(jù)，執(zhí)行數(shù)據(jù)傳送的I/O指令。傳送結(jié)束后，CPU可以轉(zhuǎn)去執(zhí)行其他的操作。這種CPU與外設(shè)的狀態(tài)信息的交換方式，稱為“應(yīng)答式”，狀態(tài)信息稱為“聯(lián)絡(luò)”信號(hào)。

查詢方式的優(yōu)點(diǎn)在于：能較好的協(xié)調(diào)高速CPU與慢速外設(shè)的時(shí)間匹配問(wèn)題；缺點(diǎn)是，當(dāng)CPU與中慢速外部設(shè)備交換數(shù)據(jù)時(shí)，CPU需不斷的去查詢外設(shè)的狀態(tài)，這將占用CPU較多的時(shí)間，使CPU真正用于傳送數(shù)據(jù)的時(shí)間很少。因?yàn)樽x入的狀態(tài)信息一般是一位的，不同的外設(shè)的狀態(tài)信息可以使用相同的端口地址，只要使用不同的位就行。假設(shè)讀入的狀態(tài)信息如圖8-7所示，接口電路中的狀態(tài)端口地址為：STATUS_PORT，數(shù)據(jù)端口為：DATA_PORT，則查詢部分的程序如下。輸入時(shí)POLL： IN AL，STATUS_PORT ；從狀態(tài)端口讀入狀態(tài)信息

TEST AL，60H ；判斷數(shù)據(jù)是否準(zhǔn)備好，即READY；是否為1

JZ POLL ；未準(zhǔn)備好，則循環(huán)等待

IN AL，DATA-_PORT ；準(zhǔn)備好，則輸入數(shù)據(jù)輸出時(shí)

POLL： IN AL，STATUS_PORT ；從狀態(tài)端口讀入狀態(tài)信息

TEST AL，80H ；判斷外設(shè)數(shù)據(jù)鎖存器是否為空BUSY是否為1

JNZ POLL ；忙，則循環(huán)等待

MOV AL，DATA ；要輸出的數(shù)據(jù)送AL寄存器

OUT DATA-_PORT，AL ；空，則輸出數(shù)據(jù)2．中斷傳送方式查詢方式除具有如上所述占用CPU時(shí)間多的缺點(diǎn)外，它的另一個(gè)缺點(diǎn)是難于滿足實(shí)時(shí)控制的需要。因?yàn)樵诓樵兎绞较?，CPU處于主動(dòng)地位，而外設(shè)處于消極被查詢的被動(dòng)地位。而在一般實(shí)時(shí)系統(tǒng)中，外設(shè)要求CPU為它的服務(wù)是隨機(jī)的。這就要求外設(shè)有主動(dòng)申請(qǐng)CPU服務(wù)的權(quán)力。此時(shí)，可以采用中斷傳送方式。中斷傳送方式下，外設(shè)沒(méi)有作好數(shù)據(jù)傳送準(zhǔn)備時(shí)，CPU可以運(yùn)行與傳送數(shù)據(jù)無(wú)關(guān)的其他指令。外設(shè)作好傳送準(zhǔn)備后，主動(dòng)向CPU提出申請(qǐng)。若CPU響應(yīng)這一申請(qǐng)，則暫停正在運(yùn)行的程序，轉(zhuǎn)去執(zhí)行數(shù)據(jù)輸入/輸出操作的指令，數(shù)據(jù)傳送完后返回，CPU繼續(xù)執(zhí)行原來(lái)運(yùn)行的程序。中斷的過(guò)程如圖8-3所示。這樣，雖然外設(shè)的工作速度比較低，但在外設(shè)工作的同時(shí)，CPU仍然可以運(yùn)行與數(shù)據(jù)傳送無(wú)關(guān)的程序，使外設(shè)與CPU并行工作，提高了系統(tǒng)的工作效率。為了實(shí)現(xiàn)中斷傳送方式，要求在接口電路中有相應(yīng)的硬件電路能夠控制產(chǎn)生中斷申請(qǐng)信號(hào)，在系統(tǒng)中設(shè)置中斷控制器，用來(lái)處理中斷請(qǐng)求。中斷傳送方式適合CPU的任務(wù)比較忙，傳送速度不太高的系統(tǒng)，尤其適合實(shí)時(shí)控制及故障處理。3．直接存儲(chǔ)器訪問(wèn)（DMA）方式中斷傳送方式在一定程度上增加了慢速外設(shè)和高速CPU的并行性，提高了CPU的利用率。但是采用中斷方式，每進(jìn)行一次I/O操作都需CPU暫停執(zhí)行當(dāng)前的程序，保存斷點(diǎn)，把控制權(quán)轉(zhuǎn)移到優(yōu)先權(quán)最高的I/O中斷服務(wù)程序。在中斷服務(wù)程序中，要有保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)和恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)的操作，浪費(fèi)了CPU的時(shí)間。另外，中斷方式下，數(shù)據(jù)的輸入/輸出都必須經(jīng)過(guò)CPU中的AX寄存器中轉(zhuǎn)，因此，當(dāng)高速外設(shè)和CPU傳送數(shù)據(jù)時(shí)，采用中斷傳送方式速度就顯得太慢了?；谝陨显?，提出了數(shù)據(jù)在I/O接口與存儲(chǔ)器之間的傳送，不經(jīng)過(guò)CPU的干預(yù)，而是在專用硬件的控制下直接傳送數(shù)據(jù)，這種方式稱為直接存儲(chǔ)器存?。―MADirectMemoryAccess）方式。這種方式下，CPU不參與數(shù)據(jù)傳送工作，由DMA控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)內(nèi)存與外設(shè)，或外設(shè)與外設(shè)之間的快速數(shù)據(jù)傳送，減輕了CPU的負(fù)擔(dān)。DMA控制器是為這種工作方式而設(shè)計(jì)的專用接口電路。這種傳送方式特別適合于高速度、大批量的數(shù)據(jù)傳送。4．I/O處理機(jī)方式雖然，DMA方式已能較好的實(shí)現(xiàn)高速度、大批量的數(shù)據(jù)傳送，但是，仍然需要CPU對(duì)DMA進(jìn)行初始化，啟動(dòng)DMA操作，以及完成每次DMA操作之后檢查傳送的狀態(tài)等。對(duì)于I/O數(shù)據(jù)的處理，如對(duì)數(shù)據(jù)的變換、拆、裝、檢查等，更是離不開(kāi)CPU的支持。為了能讓CPU進(jìn)一步擺脫I/O數(shù)據(jù)傳送的負(fù)擔(dān)，提出了I/O處理機(jī)方式。這種方式下，采用專門(mén)的I/O協(xié)處理器，它不僅能控制數(shù)據(jù)的傳送，而且，還可以執(zhí)行算術(shù)邏輯運(yùn)算、轉(zhuǎn)移、搜索、和轉(zhuǎn)換。當(dāng)CPU需要進(jìn)行I/O操作時(shí)，它只要在存儲(chǔ)器中建立一個(gè)信息塊，將所需要的操作和有關(guān)的參數(shù)按照規(guī)定列入，然后通知I/O協(xié)處理器來(lái)讀取。協(xié)處理器讀得控制信息后，能自動(dòng)完成全部的I/O操作。在這種系統(tǒng)中，所有的I/O操作都是以塊為單位來(lái)進(jìn)行的。8.3常用微機(jī)外部實(shí)用接口

微機(jī)接口是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的重要組成部分。計(jì)算機(jī)與外界交換信息必須通過(guò)輸入/輸出設(shè)備。輸入/輸出設(shè)備一般都是通過(guò)接口電路與系統(tǒng)總線相聯(lián)的。計(jì)算機(jī)中的外設(shè)都是通過(guò)主板進(jìn)行連接的，所以在一塊主板中會(huì)存在各種各樣的外設(shè)接口，如鍵盤(pán)、鼠標(biāo)接口，打印機(jī)接口、USB接口和IEEE1394火線接口、網(wǎng)線接口，以及音視頻輸出/輸入接口等。

圖

8-4主板外部接口8.3.1USB接口USB：是

UniversalSerialBus的縮寫(xiě)，如果按中文直接翻譯就是“通用串行總線”接口，它是一種串行總線系統(tǒng)，帶有5V電壓，可以獨(dú)立供電，支持即插即用功能，支持熱拔插功能，最多能同時(shí)連入127個(gè)USB設(shè)備，由各個(gè)設(shè)備均分帶寬。USB接口是現(xiàn)在最為流行的接口，USB接口研發(fā)于1994年，由

康柏、IBM、Intel和Microsoft共同推出的，旨在統(tǒng)一外設(shè)如打印機(jī)、外置Modem、掃描儀、鼠標(biāo)等的接口，以便于安裝使用，取代以往的串口、并口和PS/2接口。目前的USB接口有USB2.0和USB1.1兩種速度傳輸標(biāo)準(zhǔn)。其中USB1.1的傳輸速度為12Mbps/s,而USB2.0的傳輸速度已經(jīng)達(dá)到了480Mbps/s.

圖8-5

USB接口8.3.2PS/2接口

PS/2接口是目前最常見(jiàn)的鼠標(biāo)接口，最初是IBM公司的專利，俗稱“小口”。這是一種鼠標(biāo)和鍵盤(pán)的專用接口，是一種6針的圓型接口。但鼠標(biāo)只使用其中的4針傳輸數(shù)據(jù)和供電，其余2個(gè)為空腳。PS/2接口的傳輸速率比COM接口稍快一些，而且是ATX主板的標(biāo)準(zhǔn)接口，是目前應(yīng)用最為廣泛的鼠標(biāo)接口之一，但仍然不能使高檔鼠標(biāo)完全發(fā)揮其性能，而且不支持熱插拔。在BTX主板規(guī)范中，這也是即將被淘汰掉的接口。

需要注意的是，在連接PS/2接口鼠標(biāo)時(shí)不能錯(cuò)誤地插入鍵盤(pán)PS/2接口（當(dāng)然，也不能把PS/2鍵盤(pán)插入鼠標(biāo)PS/2接口）。一般情況下，符合PC99規(guī)范的主板，其鼠標(biāo)的接口為綠色、鍵盤(pán)的接口為紫色，另外也可以從PS/2接口的相對(duì)位置來(lái)判斷：靠近主板PCB的是鍵盤(pán)接口，其上方的是鼠標(biāo)接口

圖8-6PS/2接口

8.3.3COM接口目前大多數(shù)主板都提供了兩個(gè)COM接口，分別為COM1和COM2，作用是連接串行鼠標(biāo)和外置調(diào)制解調(diào)器等設(shè)備。COM1口的I/O地址是03F8h-03FFh，中斷號(hào)是IRQ4；COM2口的I/O地址是02F8h-02FFh，中斷號(hào)是IRQ3?？梢?jiàn)COM2口比COM1口的響應(yīng)具有優(yōu)先權(quán)。在早期的PC中基本都采用COM口的鼠標(biāo)，但隨著PS/2和USB接口的盛行，COM口技術(shù)即將被更新或者淘汰。

圖8-7COM口

8.3.4LPT接口打印機(jī)接口只有一個(gè)：一般用來(lái)連接打印機(jī)或掃描儀。其默認(rèn)的中斷號(hào)是IRQ7，采用25腳的DB-25接頭。并口的工作模式主要有三種：1、

SPP標(biāo)準(zhǔn)工作模式SPP數(shù)據(jù)是半雙工單向傳輸，傳輸速率較慢，僅為15KB/s，但應(yīng)用較為廣泛，一般設(shè)為默認(rèn)的工作模式。2、EPP增強(qiáng)型工作模式，EPP采用半雙工雙向數(shù)據(jù)傳輸，其傳輸速度比SPP高很多，可達(dá)2MB/s，目前已有不少外設(shè)使用此工作模式。3、ECP擴(kuò)充型工作模式，ECP采用雙向全雙工數(shù)據(jù)傳輸，傳輸速率比EPP還要高一些，但支持的設(shè)備不是很多。

圖8-8LPT接口8.3.5

IEEE1394接口1987年，

Apple公司在SCSI口（參考8.3.7）的基礎(chǔ)之上推出了一種高速串行總線──FireWire，希望能取代并行的SCSI總線。后來(lái)IEEE聯(lián)盟在此基礎(chǔ)上制定了IEEE1394標(biāo)準(zhǔn)(SONY稱為i.Link)。IEEE1394采用菊花鏈?zhǔn)脚渲?，也允許采用樹(shù)形結(jié)構(gòu)配置。

IEEE1394總線也需要一個(gè)主適配器和系統(tǒng)總線相連。通常我們將主適配器及其端口稱為主端口。主端口是IEEE1394總線樹(shù)形配置結(jié)構(gòu)的根節(jié)點(diǎn)。一個(gè)主端口最多可連接63臺(tái)設(shè)備，這些設(shè)備稱為節(jié)點(diǎn)，它們可構(gòu)成親子關(guān)系，兩個(gè)相鄰節(jié)點(diǎn)之間的線纜最長(zhǎng)為4.5m，但兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間進(jìn)行通信時(shí)中間最多可經(jīng)越15個(gè)節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)接再驅(qū)動(dòng)，因此通信的最大距離是72m，線纜不需要終端器。

圖圖8-9IEEE1394接口與USB不同的是，IEEE1394標(biāo)準(zhǔn)接口結(jié)構(gòu)的所有資源都是以統(tǒng)一存儲(chǔ)編址形式，并用存儲(chǔ)變換方式識(shí)別，實(shí)現(xiàn)資源配置和管理。因此從這種意義上來(lái)說(shuō)，IEEE1394可以看做等同于PCI總線的總線體系結(jié)構(gòu)。此外與USB相比，IEEE1394具有支持同步和異步傳輸?shù)奶攸c(diǎn)。異步傳輸是傳統(tǒng)的傳輸方式，它在主機(jī)與外設(shè)傳輸數(shù)據(jù)的時(shí)候，不是實(shí)時(shí)地將數(shù)據(jù)傳給主機(jī)，而是強(qiáng)調(diào)分批地把數(shù)據(jù)傳出來(lái)，數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性卻非常高，這是它的主要特點(diǎn)。而同步傳輸則強(qiáng)調(diào)其數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性，利用這個(gè)功能設(shè)備可以將數(shù)據(jù)直接通過(guò)IEEE1394的高帶寬和同步傳輸直接傳到電腦上，從而少了以往的昂貴緩沖設(shè)備。這也是數(shù)碼攝像機(jī)一直采用IEEE1394作為標(biāo)準(zhǔn)接口的原因之一。

目前IEEE1394只有兩種規(guī)格。一種是IEEE1394a，是目前的主流規(guī)格，主要支持兩種模式──Backplane模式和Cable模式，其中Backplane模式只支持12.5Mbps、25.5Mbps或50Mbps的傳輸速率，而Cable模式則提供了我們需要的100Mbps、200Mbps和400Mbps。不過(guò)，IEEE1394的傳輸速度是遵守從低原則：由于其在同一網(wǎng)絡(luò)里數(shù)據(jù)可以使用不同的速率進(jìn)行交換，但如果兩個(gè)傳輸速率為400Mbps的設(shè)備中間加入了一個(gè)200Mbps的設(shè)備，數(shù)據(jù)的傳輸速度則會(huì)以200Mbps為準(zhǔn)。另一種是IEEE1394b，這是為下一代PC所制定的標(biāo)準(zhǔn)，它將由IEEE1394a的400Mbps直接擴(kuò)大到800Mbps和1600Mbps，如果使用光纖的話，最高傳輸速率提高到了3.2Gbps。此外與IEEE1394a相比，IEEE1394b使用連接距離達(dá)到100米(注意：這要以降低傳輸速率為代價(jià)，此時(shí)傳輸速率將減低到100MB/s)及提供內(nèi)部設(shè)備供電解決方案。除此之外，IEEE聯(lián)盟在IEEE1394b規(guī)格中又引入了一種稱為“Betamode”的新物理層配置，用來(lái)提高IEEE1394b系統(tǒng)的管理能力。IEEE1394接口目前傳輸速率最高可達(dá)到720Mbps。適合連接高速的設(shè)備，如數(shù)碼相機(jī)等。當(dāng)設(shè)備間采用樹(shù)形或菊花鏈連接時(shí)，可同時(shí)支持63個(gè)外設(shè)工作，一般的1394接口通過(guò)一條6芯的電纜與外設(shè)連接，也有的用4芯電纜。6芯電纜和4芯電纜的區(qū)別在于：6芯電纜是隨機(jī)提供電源，而4芯電纜不提供電源。該接口也是未來(lái)的一個(gè)發(fā)展方向，目前已有部分設(shè)備加入了對(duì)它的支持。8.3.6

MIDI接口聲卡的MIDI接口和游戲桿接口是共用的。接口中的兩個(gè)針腳用來(lái)傳送MIDI信號(hào)，可連接各種MIDI設(shè)備，如電子鍵盤(pán)等。對(duì)于絕大多數(shù)聲卡，在連接MIDI設(shè)備時(shí)需要向聲卡的制造商另外購(gòu)買(mǎi)一條MIDI轉(zhuǎn)接線，包括兩個(gè)圓形的5針MIDI接口和一個(gè)游戲桿接口，由于它們的信號(hào)是分離的，所以游戲桿和MIDI設(shè)備可以同時(shí)使用。

圖8-10MIDI接口

8.3.7SCSI接口SCSI控制器相當(dāng)于一塊小型CPU，有自己的命令集和緩存，能夠處理大部分工作，從而減輕中央處理器的負(fù)擔(dān)(降低CPU占用率)。SCSI接口的速度、性能和穩(wěn)定性都非常出色，但價(jià)格也要貴一些，主要面向服務(wù)器和工作站市場(chǎng)。SCSI是一種連接主機(jī)和外圍設(shè)備的接口，支持包括硬盤(pán)、光驅(qū)、掃描儀等在內(nèi)的多種設(shè)備。

圖8-11SCSI接口

8.3.8VGA接口VGA（VideoGraphicsArray）接口，也叫D-Sub接口。VGA接口是顯卡輸出模擬信號(hào)的接口，雖然液晶顯示器可以直接接收數(shù)字信號(hào)，但很多低端產(chǎn)品為了與VGA接口顯卡相匹配，因而采用VGA接口。VGA接口是一種D型接口，上面共有15針空，分成三排，每排五個(gè)。VGA接口是顯卡上應(yīng)用最為廣泛的接口類型，絕大多數(shù)的顯卡都帶有此種接口

圖8-12VGA接口

目前大多數(shù)計(jì)算機(jī)與外部顯示設(shè)備之間都是通過(guò)模擬VGA接口連接，計(jì)算機(jī)內(nèi)部以數(shù)字方式生成的顯示圖像信息，被顯卡中的數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)變?yōu)镽、G、B三原色信號(hào)和行、場(chǎng)同步信號(hào)，信號(hào)通過(guò)電纜傳輸?shù)斤@示設(shè)備中。對(duì)于模擬顯示設(shè)備，如模擬CRT顯示器，信號(hào)被直接送到相應(yīng)的處理電路，驅(qū)動(dòng)控制顯像管生成圖像。而對(duì)于LCD、DLP等數(shù)字顯示設(shè)備，顯示設(shè)備中需配置相應(yīng)的A/D（模擬/數(shù)字）轉(zhuǎn)換器，將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)。在經(jīng)過(guò)D/A和A/D兩次轉(zhuǎn)換后，不可避免地造成了一些圖像細(xì)節(jié)的損失。這是VGA接口應(yīng)用于連接液晶顯示設(shè)備的弱點(diǎn)。顯示卡接口

（15針母插座）

顯示器接口15針公插頭圖8-13VGA顯示器接口

8.3.9DVI接口DVI（DigitalVisualInterface）接口與VGA都是電腦中主要用于顯示器信號(hào)傳輸?shù)淖畛Ｓ玫慕涌?。與VGA不同的是，DVI可以傳輸數(shù)字信號(hào)，不用再經(jīng)過(guò)數(shù)模轉(zhuǎn)換，免除顯卡到顯示器之間傳統(tǒng)的兩次數(shù)/模轉(zhuǎn)換，避免信號(hào)損失，所以畫(huà)面質(zhì)量非常高。目前，很多高清電視上也提供了DVI接口。需要注意的是，DVI接口有多種規(guī)范，常見(jiàn)的是DVI-D（Digital）和DVI-I（Intergrated）。DVI-D只能傳輸數(shù)字信號(hào)，大家可以用它來(lái)連接顯卡和LCD液晶顯示器。DVI-I則在DVI-D可以和VGA相互轉(zhuǎn)換。

顯卡正慢慢從模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)傳輸，顯卡開(kāi)發(fā)商允許兩個(gè)視頻接口同時(shí)使用；這就使顯卡可以達(dá)到雙頭顯示，聯(lián)接兩臺(tái)顯示器。

圖8-14DVI接口

圖8-15具有兩個(gè)DVI接口的顯卡

8.3.10RJ45接口RJ45接口通常用于數(shù)據(jù)傳輸，共有八芯做成，最常見(jiàn)的應(yīng)用為網(wǎng)卡接口。RJ45是各種不同接頭的一種類型（例如：RJ11也是接頭的一種類型，不過(guò)它是電話上用的）；RJ45頭跟據(jù)線的排序不同的法有兩種，一種是橙白、橙、綠白、藍(lán)、藍(lán)白、綠、棕白、棕；另一種是綠白、綠、橙白、藍(lán)、藍(lán)白、橙、棕白、棕。圖8-16RJ45接口

8.3.11S端口

S端口----S-Video具體英文全稱叫SeparateVideo(二分量視頻接口)，它出現(xiàn)并發(fā)展于上世紀(jì)90年代后期，通常采用標(biāo)準(zhǔn)的4芯(不含音效)或者擴(kuò)展的7芯(含音效)。S端口連接采用Y/C（亮度/色度）分離式輸出，使用四芯線傳送信號(hào)，接口為四針接口。接口中，兩針接地因?yàn)榉謩e傳送亮度和色度信號(hào)，S端子效果要好于復(fù)合視頻。不過(guò)S端子的抗干擾能力較弱，所以S端子線的長(zhǎng)度最好不要超過(guò)7米。

帶S-Video接口的視頻設(shè)備(譬如模擬視頻采集/編輯卡電視機(jī)和準(zhǔn)專業(yè)級(jí)監(jiān)視器電視卡/電視盒及視頻投影設(shè)備等)當(dāng)前已經(jīng)比較普遍，同AV接口相比由于它不再進(jìn)行Y/C混合傳輸，因此也就無(wú)需再進(jìn)行亮色分離和解碼工作，而且由于使用各自獨(dú)立的傳輸通道在很大程度上避免了視頻設(shè)備內(nèi)信號(hào)串?dāng)_而產(chǎn)生的圖像失真，極大提高了圖像的清晰度。

圖8-17S端口8.4實(shí)用并行數(shù)據(jù)接口

并行通信就是把一個(gè)字符的各數(shù)位用幾條線同時(shí)進(jìn)行傳輸，即將組成數(shù)據(jù)的各位同時(shí)傳輸。實(shí)現(xiàn)并行通信的接口就是并行接口。CPU和接口之間的信息傳送總是并行的，即可同時(shí)傳送8位、16位、32位甚至64位的數(shù)據(jù)。因此，“并行”口的并行含義不是指CPU與I/O接口之間的并行，而是指接口與I/O設(shè)備或被控對(duì)象一側(cè)的并行。并行口可分為硬線連接的簡(jiǎn)單并行口和可編程接口。IDE接口就是典型的并行數(shù)據(jù)接口。

圖8-18IDE接口

8.4.1IDE接口概念I(lǐng)IDE（IntegratedDriveElectronics：集成驅(qū)動(dòng)器電子），由

Compaq和

WesternDigital公司開(kāi)發(fā)，新版的

IDE命名為

ATA即

（ATbusAttachment/AdvancedTechnologyAttachment）接口，它的本意是指把控制器與盤(pán)體集成在一起的硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器。通常我們所說(shuō)的IDE指的是硬盤(pán)/光驅(qū)等存儲(chǔ)設(shè)備的一種接口技術(shù)。

IDE代表著硬盤(pán)的一種類型，但在實(shí)際的應(yīng)用中，人們也習(xí)慣用IDE來(lái)稱呼最早出現(xiàn)IDE類型硬盤(pán)ATA-1，這種類型的接口目前已經(jīng)被淘汰了，而其后分支出更多類型的硬盤(pán)接口，比如ATA、UltraATA、DMA、UltraDMA等接口都屬于IDE硬盤(pán)。IDE代表著硬盤(pán)的一種類型.。

IDE接口是由WesternDigital與COMPAQComputer兩家公司所共同發(fā)展出來(lái)的接口。因?yàn)榧夹g(shù)不斷改進(jìn)，新一代EnhancedIDE(加強(qiáng)型IDE，簡(jiǎn)稱為EIDE)最高傳輸速度可高達(dá)133MB／秒(UltraATA／133)。

圖8-19主板IDE接口

IDE接口在設(shè)備和主板側(cè)的外觀為40腳插針圖8-20IDE接口引腳IDE接口有兩大優(yōu)點(diǎn)：易于使用與價(jià)格低廉，問(wèn)世后成為最為普及的磁盤(pán)接口。但是隨著CPU速度的增快以及應(yīng)用軟件與環(huán)境的日趨復(fù)雜，IDE的缺點(diǎn)也開(kāi)始慢慢顯現(xiàn)出來(lái)。

EnhancedIDE就是WesternDigital公司針對(duì)傳統(tǒng)IDE接口的缺點(diǎn)加以改進(jìn)之后所推出的新接口。EnhancedIDE使用擴(kuò)充駐面-磁頭-扇區(qū)技術(shù)(Cylinder-Head-Sector，CHS)或邏輯庫(kù)(LogicalBlockAddressing，LBA)尋址的方式，突破528MB的容量限制，可以順利地使使用容量達(dá)到數(shù)十GB等級(jí)的IDE硬盤(pán)。

8.4.2IDE接口數(shù)據(jù)傳輸模式IDE硬盤(pán)的傳輸模式有以下三種：PIO(ProgrammedI/O)模式、DMA(DriectMemoryAccess)模式、UltraDMA(簡(jiǎn)稱UDMA)模式。

PIO(ProgrammedI/O)模式的最大弊端是耗用極大量的CPU資源。以PIO模式運(yùn)行的IDE接口，數(shù)據(jù)傳輸率達(dá)3.3MB/s(PIOmode0)16.6MB/s(PIOmode4)不等。

PDMA(DirectMemoryAccess)模式分為Single-WordDMA及Multi-WordDMA兩種。Single-WordDMA模式的最高傳輸率達(dá)8.33MB/s，Multi-WordDMA(DoubleWord)則可達(dá)16.66MB/s。

PDMA模式同PIO模式的最大區(qū)別是:DMA模式并不用過(guò)分依賴CPU的指令而運(yùn)行，可達(dá)到節(jié)省處理器運(yùn)行資源的效果。但由于UltraDMA模式的出現(xiàn)和快速普及，這兩個(gè)模式立即被UDMA所取代。

PUltraDMA模式(簡(jiǎn)稱UDMA)是UltraATA制式下所引用的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，以16-bitMulti-WordDMA模式作為基準(zhǔn)。UDMA其中一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是它除了擁有DMA模式的優(yōu)點(diǎn)外，更應(yīng)用了CRC(CyclicRedundancyCheck)技術(shù)，加強(qiáng)了資料在傳送過(guò)程中偵錯(cuò)及除錯(cuò)方面的效能。自UltraATA標(biāo)準(zhǔn)推行以來(lái)，其接口便應(yīng)用了DDR(DoubleDataRate)技術(shù)將傳輸?shù)乃俣忍嵘艘槐?，目前已發(fā)展到UltraATA/133了，其傳輸速度高達(dá)133MB/s表8-1各種IDE標(biāo)準(zhǔn)都能很好的向下兼容，例如ATA133兼容ATA66/100和UltraDMA33，而ATA100也兼容UltraDMA33/66。

表8-18.5串行數(shù)據(jù)接口

8.5.1概述1．通信的概念串行通信就是數(shù)據(jù)在一根傳輸線上一位一位的按順序傳送的通信方式。串行通信時(shí)，所有的數(shù)據(jù)、狀態(tài)、控制信息都是在這一根傳輸線上傳送的。這樣，在通信時(shí)所連接的物理線路最少，也最經(jīng)濟(jì)，因而特別適合遠(yuǎn)距離的信息傳輸。因?yàn)樵诖型ㄐ胖校瑪?shù)據(jù)線和控制聯(lián)絡(luò)線共用一條，所以，為了能識(shí)別串行傳輸?shù)男畔⒘髦校囊徊糠质菙?shù)據(jù)信息，哪一部分是控制聯(lián)絡(luò)信息，收發(fā)雙方必須有通信協(xié)議，或稱規(guī)程（protocol）。根據(jù)以往的觀點(diǎn)，并行接口因?yàn)槟芡瑫r(shí)傳送的數(shù)據(jù)較多（8位、16位、32位），所以速度遠(yuǎn)比一位一位傳輸?shù)拇型ㄐ乓?。這在早期的數(shù)據(jù)傳輸速率低、相關(guān)設(shè)備也很簡(jiǎn)陋的情況下，顯然是正確的。但是隨著計(jì)算機(jī)外設(shè)接口速度的提高，人們發(fā)現(xiàn)，并行傳送有它致命的缺陷。因?yàn)槊恳淮尾⑿袀魉偷臄?shù)據(jù)很難保證同時(shí)到達(dá)外設(shè)或接口，就像參加百米賽的運(yùn)動(dòng)員很難保證同時(shí)到達(dá)終點(diǎn)。在速度慢時(shí)，可以給并行的數(shù)據(jù)預(yù)留出較多的空閑時(shí)間，但在高速通信時(shí)，這一空閑時(shí)間必須要縮短，這就必然需要使精確的時(shí)鐘和更復(fù)雜的電路，結(jié)果就會(huì)造成成本的增加。因此，目前正在發(fā)展的諸多高速外設(shè)接口都采用串行方式傳送數(shù)據(jù)。

（2）數(shù)據(jù)傳輸速率的單位1）波特率：串行通信中，數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾适怯貌ㄌ芈蕘?lái)表示的。所謂波特率是指每秒傳送的離散狀態(tài)的數(shù)量（每秒傳送的信息位數(shù)）。2）比特率：是指每秒傳送的二進(jìn)制位數(shù)。通常情況下，波特率和比特率是相等的，但有些通信鏈路允許在給定時(shí)刻出現(xiàn)n種狀態(tài)中的一種，這時(shí)，比特率是波特率的log2n倍。計(jì)算機(jī)通信中常用的波特率是110，300，1000，1200，2400，4800，9600和19200波特。CRT終端的傳輸速率為9600波特，而針式打印機(jī)的速率較低，一般為每秒數(shù)十到數(shù)百個(gè)字符。（3）串行通信的連接方式

串行通信的連接方式有三種，分別是：?jiǎn)喂?、雙工、半雙工。如圖8-26所示。

abcA發(fā)送器接收器B接收器發(fā)送器數(shù)據(jù)流A發(fā)送器B接收器數(shù)據(jù)流A發(fā)送器接收器B接收器發(fā)送器數(shù)據(jù)流（a）單工連接方式

（b）半雙工連接方式（c）雙工連接方式圖8-21單工、雙工、半雙工連接示意圖

l

單工采用這種連接方式，數(shù)據(jù)只能單向傳送。即若有A、B雙方通信，則A只能發(fā)送數(shù)據(jù)，B只能接收數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)只能從A傳到B，不能反向。這種連接方式就像是日常生活中電視節(jié)目的傳送。l

半雙工這種連接方式能交替地進(jìn)行雙向的數(shù)據(jù)傳送。此時(shí)，由于采用一根傳輸線同時(shí)做輸入和輸出，因此，通信雙方不能同時(shí)收發(fā)數(shù)據(jù)。即若A、B雙方通信，某一時(shí)刻A做發(fā)送器，B必須做接收器；另一時(shí)刻，B做發(fā)送器，A就必須做接收器。這種通信方式類似于“對(duì)講機(jī)”之間的通信。

雙工

這種連接方式，A、B兩站可以同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)的發(fā)送的接收。即：數(shù)據(jù)的雙向傳輸可以在同一時(shí)刻實(shí)現(xiàn)。這種方式類似于日常生活中的電話通話。打電話的雙方可以同時(shí)說(shuō)或聽(tīng)，也就是傳送和接收聲音信號(hào)。

8.5.2串行接口標(biāo)準(zhǔn)RS-232CRS-232C標(biāo)準(zhǔn)是美國(guó)EIA（電子工業(yè)聯(lián)合會(huì)）與BELL等公司一起開(kāi)發(fā)，并于1969年公布的通信協(xié)議。它適合于數(shù)據(jù)傳輸速率在0~20000位/S范圍內(nèi)的通信。作為一種標(biāo)準(zhǔn)，它現(xiàn)在已被廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)串行通信接口。RS-232C標(biāo)準(zhǔn)對(duì)串行通信接口的諸如：信號(hào)線的功能、機(jī)械特性、電氣特性等都做了明確的規(guī)定。1、電氣特性RS-232C在電氣特性方面對(duì)電壓源、終端和邏輯電平都作了規(guī)定。邏輯電平定義是：對(duì)數(shù)據(jù)，邏輯“1”（傳號(hào)）的電平低于-3V，邏輯“0”（空號(hào)）的電平高于+3V；對(duì)控制信號(hào)，接通狀態(tài)（ON信號(hào)有效）的電平高于+3V，斷開(kāi)狀態(tài)（OFF）的電平低于-3V。介于-3V和+3V之間的電壓無(wú)意義，低于-15V或高于+15V的電壓也認(rèn)為無(wú)意義。

2、機(jī)械特性

RS-232C采用DB-25型25針連接器。DB-25型連接器如圖8-30所示。RS-232C所能直接連接的最大物理距離為30m，通信速率低于20×1024位/s。3、RS-232C的接口信號(hào)RS-232C標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了在串行通信時(shí)，數(shù)據(jù)終端設(shè)備DTE（如微機(jī)）和數(shù)據(jù)通信設(shè)備DCE（如MODEM）之間的接口信號(hào)。所謂“發(fā)送”和“接收”是從數(shù)據(jù)終端設(shè)備的角度來(lái)定義的。

圖8-22DB-25型連接器

8.5.3

SATA接口

SATA是SerialATA的縮寫(xiě)，即串行ATA，是英特爾公司在2000年IDF（Intel

Developer

Forum，英特爾開(kāi)發(fā)者論壇）上發(fā)布的將于下一代外設(shè)產(chǎn)品中采用的接口類型。從其名稱上就可知，它一改以往ATA標(biāo)準(zhǔn)的并行數(shù)據(jù)傳輸方式，而是以連續(xù)串行的方式傳送資料。這樣在同一時(shí)間點(diǎn)內(nèi)只會(huì)、有1位數(shù)據(jù)傳輸，此做法能減小接口的針腳數(shù)目，用四個(gè)針就完成了所有的工作（第1針發(fā)出、2針接收、3針供電、4針地線），相比ATA接口標(biāo)準(zhǔn)的80芯數(shù)據(jù)線來(lái)說(shuō)，其數(shù)據(jù)線顯得更加趨于標(biāo)準(zhǔn)化。SerialATA以連續(xù)串行的方式傳送數(shù)據(jù)，可以在較少的位寬下使用較高的工作頻率來(lái)提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)膸挕?/p>

圖8-23SATA接口SATA總線使用嵌入式時(shí)鐘信號(hào)，具備了更強(qiáng)的糾錯(cuò)能力，與以往相比其最大的區(qū)別在于能對(duì)傳輸指令（不僅僅是數(shù)據(jù)）進(jìn)行檢查，如果發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤會(huì)自動(dòng)矯正，這在很大程度上提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴erialATA一次只會(huì)傳送1位數(shù)據(jù)，這樣能減少SATA接口的針腳數(shù)目，使連接電纜數(shù)目變少，效率也會(huì)更高。實(shí)際上，SerialATA僅用四支針腳就能完成所有的工作，分別用于連接電纜、連接地線、發(fā)送數(shù)據(jù)和接收數(shù)據(jù)，同時(shí)這樣的架構(gòu)還能降低系統(tǒng)能耗和減小系統(tǒng)復(fù)雜性。串行接口還具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、支持熱插拔的優(yōu)點(diǎn)。與并行ATA相比，SATA具有比較大的優(yōu)勢(shì)1：速度快，SerialATA的起點(diǎn)更高、發(fā)展?jié)摿Ω?，SerialATA1.0定義的數(shù)據(jù)傳輸率可達(dá)150MB/sec，這比目前最塊的并行ATA(即ATA/133)所能達(dá)到133MB/sec的最高數(shù)據(jù)傳輸率還高，而目前SATAII的數(shù)據(jù)傳輸率則已經(jīng)高達(dá)300MB/sec。2：兼容性SerialATA規(guī)范不僅立足于未來(lái)，而且還保留了多種向后兼容方式，在使用上不存在兼容性的問(wèn)題。在硬件方面，SerialATA標(biāo)準(zhǔn)中允許使用轉(zhuǎn)換器提供同并行ATA設(shè)備的兼容性，轉(zhuǎn)換器能把來(lái)自主板的并行ATA信號(hào)轉(zhuǎn)換成SerialATA硬盤(pán)能夠使用的串行信號(hào)，目前已經(jīng)有多種此類轉(zhuǎn)接卡/轉(zhuǎn)接頭上市，這在某種程度上保護(hù)了我們的原有投資，減小了升級(jí)成本；在軟件方面，SerialATA和并行ATA保持了軟件兼容性，這意味著廠商絲毫也不必為使用SerialATA而重寫(xiě)任何驅(qū)動(dòng)程序和操作系統(tǒng)代碼。3：接線簡(jiǎn)單SerialATA接線較傳統(tǒng)的并行ATA(ParalleATA)接線要簡(jiǎn)單得多，而且容易收放，對(duì)機(jī)箱內(nèi)的氣流及散熱有明顯改善。而且，SATA硬盤(pán)與始終被困在機(jī)箱之內(nèi)的并行ATA不同，擴(kuò)充性很強(qiáng)，即可以外置，外置式的機(jī)柜(JBOD)不單可提供更好的散熱及插拔功能，而且更可以多重連接來(lái)防止單點(diǎn)故障；由于SATA和光纖通道的設(shè)計(jì)如出一轍，所以傳輸速度可用不同的通道來(lái)做保證，這在服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)上具有重要意義。

SATA相較并行ATA可謂優(yōu)點(diǎn)多多，將成為并行ATA的廉價(jià)替代方案。并且從并行ATA完全過(guò)渡到SATA也是大勢(shì)所趨，應(yīng)該只是時(shí)間問(wèn)題。相關(guān)廠商也在大力推廣SATA接口，例如Intel的ICH6系列南橋芯片相較于ICH5系列南橋芯片，所支持的SATA接口從2個(gè)增加到了4個(gè)，而并行ATA接口則從2個(gè)減少到了1個(gè)；而ICH7系列南橋則進(jìn)一步支持了4個(gè)SATAII接口；下一代的ICH8系列南橋則將支持6個(gè)SATAII接口并將完全拋棄并行ATA接口；其它主板芯片組廠商也已經(jīng)開(kāi)始支持SATAII接口；目前SATAII接口的硬盤(pán)也逐漸成為了主流；其它采用SATA接口的設(shè)備例如SATA光驅(qū)也已經(jīng)出現(xiàn)。表8-2SATA接口傳輸規(guī)范

8.5.4

SATAII串口

SATAII是在SATA的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，其主要特征是外部傳輸率從SATA的1.5Gbps(150MB/sec)進(jìn)一步提高到了3Gbps(300MB/sec)，此外還包括NCQ(NativeCommandQueuing，原生命令隊(duì)列)、端口多路器(PortMultiplier)、交錯(cuò)啟動(dòng)(StaggeredSpin-up)等一系列的技術(shù)特征。單純的外部傳輸率達(dá)到3Gbps并不是真正的SATAII。

SATAII串口新技術(shù)SATAII的關(guān)鍵技術(shù)就是3Gbps的外部傳輸率和NCQ技術(shù)。NCQ技術(shù)可以對(duì)硬盤(pán)的指令執(zhí)行順序進(jìn)行優(yōu)化，避免像傳統(tǒng)硬盤(pán)那樣機(jī)械地按照接收指令的先后順序移動(dòng)磁頭讀寫(xiě)硬盤(pán)的不同位置，與此相反，它會(huì)在接收命令后對(duì)其進(jìn)行排序，排序后的磁頭將以高效率的順序進(jìn)行尋址，從而避免磁頭反復(fù)移動(dòng)帶來(lái)的損耗，延長(zhǎng)硬盤(pán)壽命。另外并非所有的SATA硬盤(pán)都可以使用NCQ技術(shù)，除了硬盤(pán)本身要支持

NCQ之外，也要求主板芯片組的SATA控制器支持NCQ。此外，NCQ技術(shù)不支持FAT文件系統(tǒng)，只支持NTFS文件系統(tǒng)。

圖8-24SATA-2串口

注意的是，無(wú)論是SATA還是SATAII，其實(shí)對(duì)硬盤(pán)性能的影響都不大。因?yàn)槟壳坝脖P(pán)性能的瓶頸集中在由硬盤(pán)內(nèi)部機(jī)械機(jī)構(gòu)和硬盤(pán)存儲(chǔ)技術(shù)、磁盤(pán)轉(zhuǎn)速所決定的硬盤(pán)內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸率上面，就算是目前最頂級(jí)的15000轉(zhuǎn)SCSI硬盤(pán)其內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸率也不過(guò)才80MB/sec左右，更何況普通的7200轉(zhuǎn)桌面級(jí)硬盤(pán)了。除非硬盤(pán)的數(shù)據(jù)記錄技術(shù)產(chǎn)生革命性的變化，例如垂直記錄技術(shù)等等，目前硬盤(pán)的內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸率也難以得到飛躍性的提高。說(shuō)得不好聽(tīng)的話，目前的硬盤(pán)采用ATA100都已經(jīng)完全夠用了，之所以采用更先進(jìn)的接口技術(shù)，是可以獲得更高的突發(fā)傳輸率、支持更多的特性、更加方便易用以及更具有發(fā)展?jié)摿αT了。8.6微機(jī)內(nèi)部總線接口

內(nèi)部總線接口類型是指外設(shè)板卡（聲卡/網(wǎng)卡/顯卡）與主板連接所采用的接口種類。外設(shè)板卡的接口決定著外設(shè)與系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖畲髱?，也就是瞬間所能傳輸?shù)淖畲髷?shù)據(jù)量。不同的接口決定著主板是否能夠使用此外設(shè)板卡，只有在主板上有相應(yīng)接口的情況下，外設(shè)板卡才能使用，并且不同的接口能為外設(shè)板卡帶來(lái)不同的性能。目前各種3D技術(shù)和軟件對(duì)外設(shè)板卡的要求越來(lái)越高，主板和外設(shè)板卡之間需要交換的數(shù)據(jù)量也越來(lái)越大，過(guò)去的外設(shè)板卡接口早已不能滿足這樣大量的數(shù)據(jù)交換，因此通常主板上都帶有專門(mén)插外設(shè)板卡的插槽。假如外設(shè)板卡接口的傳輸速度不能滿足顯卡的需求，外設(shè)板卡的性能就會(huì)受到巨大的限制，再好的外設(shè)板卡也無(wú)法發(fā)揮。外設(shè)板卡發(fā)展至今主要出現(xiàn)過(guò)ISA、PCI、AGP、PCIExpress等幾種接口，所能提供的數(shù)據(jù)帶寬依次增加。其中2004年推出的PCIExpress接口已經(jīng)成為主流，以解決外設(shè)板卡與系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)钠款i問(wèn)題，而ISA、PCI接口的顯卡已經(jīng)基本被淘汰。

8.6.1

PCI接口

PCI是PeripheralComponentInterconnect（外設(shè)部件互連標(biāo)準(zhǔn)）的縮寫(xiě)，它是目前個(gè)人電腦中使用最為廣泛的接口，幾乎所有的主板產(chǎn)品上都帶有這種插槽。PCI插槽也是主板帶有最多數(shù)量的插槽類型，在目前流行的臺(tái)式機(jī)主板上，ATX結(jié)構(gòu)的主板一般帶有5～6個(gè)PCI插槽，而小一點(diǎn)的MATX主板也都帶有2～3個(gè)PCI插槽，可見(jiàn)其應(yīng)用的廣泛性。

圖8-25PCI接口

PCI是由Intel公司1991年推出的一種局部總線。從結(jié)構(gòu)上看，PCI是在CPU和原來(lái)的系統(tǒng)總線之間插入的一級(jí)總線，具體由一個(gè)橋接電路實(shí)現(xiàn)對(duì)這一層的管理，并實(shí)現(xiàn)上下之間的接口以協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)的傳送。管理器提供了信號(hào)緩沖，使之能支持10種外設(shè)，并能在高時(shí)鐘頻率下保持高性能，它為顯卡，聲卡，網(wǎng)卡，MODEM等設(shè)備提供了連接接口，它的工作頻率為33MHz/66MHz。最早提出的PCI總線工作在33MHz頻率之下，傳輸帶寬達(dá)到了133MB/s(33MHzX32bit/8)，基本上滿足了當(dāng)時(shí)處理器的發(fā)展需要。隨著對(duì)更高性能的要求，1993年又提出了64bit的PCI總線，后來(lái)又提出把PCI總線的頻率提升到66MHz。目前廣泛采用的是32-bit、33MHz的PCI總線，64bit的PCI插槽更多是應(yīng)用于服務(wù)器產(chǎn)品。PCIExpressLanesBandwidthperstreamBandwidth,duplex1256MB/s512MB/s2512MB/s1GB/s41GB/s2GB/s82GB/s4GB/s164GB/s8GB/s

表8-3PCI總線傳輸標(biāo)準(zhǔn)

由于PCI總線只有133MB/s的帶寬，對(duì)聲卡、網(wǎng)卡、視頻卡等絕大多數(shù)輸入/輸出設(shè)備顯得綽綽有余，但對(duì)性能日益強(qiáng)大的顯卡則無(wú)法滿足其需求。目前PCI接口的顯卡已經(jīng)不多見(jiàn)了，只有較老的PC上才有，廠商也很少推出此類接口的產(chǎn)品。當(dāng)然，很多服務(wù)器不需要顯卡性能好，因此使用古老的PCI顯卡。通常只有一些完全不帶有顯卡專用插槽（例如AGP或者PCIExpress）的主板上才考慮使用PCI顯卡，例如為了升級(jí)845GL主板。PCI顯卡性能受到極大限制，并且由于數(shù)量稀少，因此價(jià)格也并不便宜，只有在不得已的情況才考慮使用PCI顯卡。

8.6.2

AGP接口

AGP（AccelerateGraphicalPort），加速圖形接口。隨著顯示芯片的發(fā)展，PCI總線日益無(wú)法滿足其需求。英特爾于1996年7月正式推出了AGP接口，它是一種顯示卡專用的局部總線。嚴(yán)格的說(shuō)，AGP不能稱為總線，它與PCI總線不同，因?yàn)樗屈c(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接，即連接控制芯片和AGP顯示卡，但在習(xí)慣上我們依然稱其為AGP總線。AGP接口是基于PCI2.1版規(guī)范并進(jìn)行擴(kuò)充修改而成，工作頻率為66MHz。AGP總線直接與主板的北橋芯片相連，且通過(guò)該接口讓顯示芯片與系統(tǒng)主內(nèi)存直接相連，避免了窄帶寬的PCI總線形成的系統(tǒng)瓶頸，增加3D圖形數(shù)據(jù)傳輸速度，同時(shí)在顯存不足的情況下還可以調(diào)用系統(tǒng)主內(nèi)存。所以它擁有很高的傳輸速率，這是PCI等總線無(wú)法與其相比擬的。圖8-26AGP接口由于采用了數(shù)據(jù)讀寫(xiě)的流水線操作減少了內(nèi)存等待時(shí)間，數(shù)據(jù)傳輸速度有了很大提高；具有133MHz及更高的數(shù)據(jù)傳輸頻率；地址信號(hào)與數(shù)據(jù)信號(hào)分離可提高隨機(jī)內(nèi)存訪問(wèn)的速度；采用并行操作允許在CPU訪問(wèn)系統(tǒng)RAM的同時(shí)AGP顯示卡訪問(wèn)AGP內(nèi)存；顯示帶寬也不與其它設(shè)備共享，從而進(jìn)一步提高了系統(tǒng)性能。

AGP標(biāo)準(zhǔn)在使用32位總線時(shí)，有66MHz和133MHz兩種工作頻率，最高數(shù)據(jù)傳輸率為266Mbps和533Mbps，而PCI總線理論上的最大傳輸率僅為133Mbps。目前最高規(guī)格的AGP8X模式下，數(shù)據(jù)傳輸速度達(dá)到了2.1GB/s。

AGP接口的發(fā)展經(jīng)歷了AGP1.0(AGP1X、AGP2X)、AGP2.0(AGPPro、AGP4X)、AGP3.0(AGP8X)等階段，其傳輸速度也從最早的AGP1X的266MB/S的帶寬發(fā)展到了AGP8X的2.1GB/S。1.AGP1.0（AGP1X、AGP2X）

1996年7月AGP1.0圖形標(biāo)準(zhǔn)問(wèn)世，分為1X和2X兩種模式，數(shù)據(jù)傳輸帶寬分別達(dá)到了266MB/s和533MB/s。這種圖形接口規(guī)范是在66MHzPCI2.1規(guī)范基礎(chǔ)上經(jīng)過(guò)擴(kuò)充和加強(qiáng)而形成的，其工作頻率為66MHz，工作電壓為3.3v，在一段時(shí)間內(nèi)基本滿足了顯示設(shè)備與系統(tǒng)交換數(shù)據(jù)的需要。這種規(guī)范中的AGP帶寬很小，現(xiàn)在已經(jīng)被淘汰了，只有在前幾年的老主板上還見(jiàn)得到。2.AGP2.0(AGP4X)

顯示芯片的飛速發(fā)展，圖形卡單位時(shí)間內(nèi)所能處理的數(shù)據(jù)呈幾何級(jí)數(shù)成倍增長(zhǎng)，AGP1.0圖形標(biāo)準(zhǔn)越來(lái)越難以滿足技術(shù)的進(jìn)步了，由此AGP2.0便應(yīng)運(yùn)而生了。1998年5月份，AGP2.0規(guī)范正式發(fā)布，工作頻率依然是66MHz，但工作電壓降低到了1.5v，并且增加了4x模式，這樣它的數(shù)據(jù)傳輸帶寬達(dá)到了1066MB/sec，數(shù)據(jù)傳輸能力大大地增強(qiáng)了。3.AGPPro

AGPPro接口與AGP2.0同時(shí)推出，這是一種為了滿足顯示設(shè)備功耗日益加大的現(xiàn)實(shí)而研發(fā)的圖形接口標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)用該技術(shù)的圖形接口主要的特點(diǎn)是比AGP4x略長(zhǎng)一些，其加長(zhǎng)部分可容納更多的電源引腳，使得這種接口可以驅(qū)動(dòng)功耗更大（25-110w）或者處理能力更強(qiáng)大的AGP顯卡。這種標(biāo)準(zhǔn)其實(shí)是專為高端圖形工作站而設(shè)計(jì)的，完全兼容AGP4x規(guī)范，使得AGP4x的顯卡也可以插在這種插槽中正常使用。AGPPro在原有AGP插槽的兩側(cè)進(jìn)行延伸，提供額外的電能。它是用來(lái)增強(qiáng)，而不是取代現(xiàn)有AGP插槽的功能。根據(jù)所能提供能量的不同，可以把AGPPro細(xì)分為AGPPro110和AGPPro50。在某些高檔臺(tái)式機(jī)主板上也能見(jiàn)到AGPPro插槽，例如華碩的許多主板。4.AGP3.0(AGP8X)

2000年8月，Intel推出AGP3.0規(guī)范，工作電壓降到0.8V,并增加了8x模式，這樣它的數(shù)據(jù)傳輸帶寬達(dá)到了2133MB/sec，數(shù)據(jù)傳輸能力相對(duì)于AGP4X成倍增長(zhǎng)，能較好的滿足當(dāng)前顯示設(shè)備的帶寬需求。AGP接口的模式傳輸方式

不同AGP接口的模式傳輸方式不同。1X模式的AGP，工作頻率達(dá)到了PCI總線的兩倍—66MHz，傳輸帶寬理論上可達(dá)到266MB/s。AGP2X工作頻率同樣為66MHz，但是它使用了正負(fù)沿（一個(gè)時(shí)鐘周期的上升沿和下降沿）觸發(fā)的工作方式，在這種觸發(fā)方式中在一個(gè)時(shí)鐘周期的上升沿和下降沿各傳送一次數(shù)據(jù)，從而使得一個(gè)工作周期先后被觸發(fā)兩次，使傳輸帶寬達(dá)到了加倍的目的，而這種觸發(fā)信號(hào)的工作頻率為133MHz，這樣AGP2X的傳輸帶寬就達(dá)到了266MB/s×2（觸發(fā)次數(shù)）＝533MB/s的高度。AGP4X仍使用了這種信號(hào)觸發(fā)方式，只是利用兩個(gè)觸發(fā)信號(hào)在每個(gè)時(shí)鐘周期的下降沿分別引起兩次觸發(fā)，從而達(dá)到了在一個(gè)時(shí)鐘周期中觸發(fā)4次的目的，這樣在理論上它就可以達(dá)到266MB/s×2（單信號(hào)觸發(fā)次數(shù)）×2（信號(hào)個(gè)數(shù)）＝1066MB/s的帶寬了。在AGP8X規(guī)范中，這種觸發(fā)模式仍然使用，只是觸發(fā)信號(hào)的工作頻率變成266MHz，兩個(gè)信號(hào)觸發(fā)點(diǎn)也變成了每個(gè)時(shí)鐘周期的上升沿，單信號(hào)觸發(fā)次數(shù)為4次，這樣它在一個(gè)時(shí)鐘周期所能傳輸?shù)臄?shù)據(jù)就從AGP4X的4倍變成了8倍，理論傳輸帶寬將可達(dá)到266MB/s×4（單信號(hào)觸發(fā)次數(shù)）×2（信號(hào)個(gè)數(shù)）＝2133MB/s的高度了。

8.6.3

PCI-E接口

PCIExpress（以下簡(jiǎn)稱PCI-E）采用了目前業(yè)內(nèi)流行的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)串行連接，比起PCI以及更早期的計(jì)算機(jī)總線的共享并行架構(gòu)，每個(gè)設(shè)備都有自己的專用連接，不需要向整個(gè)總線請(qǐng)求帶寬，而且可以把數(shù)據(jù)傳輸率提高到一個(gè)很高的頻率，達(dá)到PCI所不能提供的高帶寬。相對(duì)于傳統(tǒng)PCI總線在單一時(shí)間周期內(nèi)只能實(shí)現(xiàn)單向傳輸，PCI-E的雙單工連接能提供更高的傳輸速率和質(zhì)量，它們之間的差異跟半雙工和全雙工類似。

圖8-27PCI-E接口PCI-E的接口根據(jù)總線位寬不同而有所差異，包括X1、X4、X8以及X16，而X2模式將用于內(nèi)部接口而非插槽模式。PCI-E規(guī)格從1條通道連接到32條通道連接，有非常強(qiáng)的伸縮性，以滿足不同系統(tǒng)設(shè)備對(duì)數(shù)據(jù)傳輸帶寬不同的需求。此外，較短的PCI-E卡可以插入較長(zhǎng)的PCI-E插槽中使用，PCI-E接口還能夠支持熱拔插，這也是個(gè)不小的飛躍。PCI-EX1的250MB/秒傳輸速度已經(jīng)可以滿足主流聲效芯片、網(wǎng)卡芯片和存儲(chǔ)設(shè)備對(duì)數(shù)據(jù)傳輸帶寬的需求，但是遠(yuǎn)遠(yuǎn)無(wú)法滿足圖形芯片對(duì)數(shù)據(jù)傳輸帶寬的需求。

因此，用于取代AGP接口的PCI-E接口位寬為X16，能夠提供5GB/s的帶寬，即便有編碼上的損耗但仍能夠提供約為4GB/s左右的實(shí)際帶寬，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)AGP8X的2.1GB/s的帶寬。

盡管PCI-E技術(shù)規(guī)格允許實(shí)現(xiàn)X1（250MB/秒），X2，X4，X8，X12，X16和X32通道規(guī)格，但是依目前形式來(lái)看，PCI-EX1和PCI-EX16已成為PCI-E主流規(guī)格，同時(shí)很多芯片組廠商在南橋芯片當(dāng)中添加對(duì)PCI-EX1的支持，在北橋芯片當(dāng)中添加對(duì)PCI-EX16的支持。除去提供極高數(shù)據(jù)傳輸帶寬之外，PCI-E因?yàn)椴捎么袛?shù)據(jù)包方式傳遞數(shù)據(jù)，所以PCI-E接口每個(gè)針腳可以獲得比傳統(tǒng)I/O標(biāo)準(zhǔn)更多的帶寬，這樣就可以降低PCI-E設(shè)備生產(chǎn)成本和體積。另外，PCI-E也支持高階電源管理，支持熱插拔，支持?jǐn)?shù)據(jù)同步傳輸，為優(yōu)先傳輸數(shù)據(jù)進(jìn)行帶寬優(yōu)化。

在兼容性方面，PCI-E在軟件層面上兼容目前的PCI技術(shù)和設(shè)備，支持PCI設(shè)備和內(nèi)存模組的初始化，也就是說(shuō)過(guò)去的驅(qū)動(dòng)程序、操作系統(tǒng)無(wú)需推倒重來(lái)，就可以支持PCI-E設(shè)備。目前PCI-E已經(jīng)成為顯卡的接口的主流，不過(guò)早期有些芯片組雖然提供了PCI-E作為顯卡接口，但是其速度是4X的，而不是16X的，例如VIAPT880Pro和VIAPT880Ultra，當(dāng)然這種情況極為罕見(jiàn)。

8.7DMA接口

8.7.1

概述DMA（Direct

Memory

Access）

，即直接存儲(chǔ)器存取，是一種快速傳送數(shù)據(jù)的機(jī)制。主要用于需要大批量高速度數(shù)據(jù)傳輸?shù)膱?chǎng)合。

DMA技術(shù)的重要性在于，利用它進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送時(shí)不需要CPU的參與。每臺(tái)電腦主機(jī)板上都有DMA控制器，通常計(jì)算機(jī)對(duì)其編程，并用一個(gè)適配器上的ROM(如軟盤(pán)驅(qū)動(dòng)控制器上的ROM)來(lái)儲(chǔ)存程序，這些程序控制DMA傳送數(shù)據(jù)。一旦控制器初始化完成，數(shù)據(jù)開(kāi)始傳送，DMA就可以脫離CPU，獨(dú)立完成數(shù)據(jù)傳送。

在DMA傳送開(kāi)始的短暫時(shí)間內(nèi)，基本上有兩個(gè)處理器為它工作，一個(gè)執(zhí)行程序代碼，一個(gè)傳送數(shù)據(jù)。利用DMA傳送數(shù)據(jù)的另一個(gè)好處是，數(shù)據(jù)直接在源地址和目的地址之間傳送，不需要中間媒介,如果通過(guò)CPU把一個(gè)字節(jié)從適配卡傳送至內(nèi)存，需要兩步操作。

圖8-28DMA133芯片

首先，CPU把這個(gè)字節(jié)從適配卡讀到內(nèi)部寄存器中，然后再?gòu)募拇嫫鱾魉偷絻?nèi)存的適當(dāng)?shù)刂?。DMA控制器將這些操作簡(jiǎn)化為一步，它操作總線上的控制信號(hào)，使寫(xiě)字節(jié)一次完成。這樣大大提高了計(jì)算機(jī)運(yùn)行速度和工作效率。計(jì)算機(jī)發(fā)展到今天，DMA已不再用于內(nèi)存到內(nèi)存的數(shù)據(jù)傳送，因?yàn)镃PU速度非常快，響應(yīng)內(nèi)存請(qǐng)求，比用DMA控制還要快，但要在適配卡和內(nèi)存之間傳送數(shù)據(jù)，仍然是非DMA莫屬。要從適配卡到內(nèi)存?zhèn)魉蛿?shù)據(jù)，DMA同時(shí)觸發(fā)從適配卡讀數(shù)據(jù)總線(即I/O讀操作)和向內(nèi)存寫(xiě)數(shù)據(jù)的總線。激活I(lǐng)/O讀操作就是讓適配卡把一個(gè)數(shù)據(jù)單位(通常是一個(gè)字節(jié)或一個(gè)字)放到PC數(shù)據(jù)總線上，因?yàn)榇藭r(shí)內(nèi)存寫(xiě)總線也被激活，數(shù)據(jù)就被同時(shí)從PC總線上拷貝到內(nèi)存中。

一個(gè)典型的從適配卡到內(nèi)存的數(shù)據(jù)傳送是這樣進(jìn)行的，首先，對(duì)DMA控制器編程，寫(xiě)入數(shù)據(jù)要到達(dá)的內(nèi)存地址和要傳送的字節(jié)數(shù)。適配器可以開(kāi)始傳送數(shù)據(jù)時(shí)，它將激活DREQ線，與DMA控制器連通。DMA控制器在與CPU取得總線控制權(quán)后，輸出內(nèi)存地址，發(fā)送控制信號(hào)，使得一個(gè)字節(jié)或一個(gè)字從適配器讀出并寫(xiě)入相應(yīng)內(nèi)存中，然后更新內(nèi)存地址，指向下一個(gè)字節(jié)(或字)要寫(xiě)入的地址，重復(fù)上面的操作，直至數(shù)據(jù)傳送完畢。對(duì)控制器進(jìn)行不同編程，就可以實(shí)現(xiàn)單字節(jié)傳送(即每傳送一個(gè)字節(jié)都要求一個(gè)DREQ信號(hào))或塊數(shù)據(jù)傳送(即全部數(shù)據(jù)傳送只需要一個(gè)DREQ信號(hào))。如果你要往計(jì)算機(jī)中插一塊適配卡，而且適配卡使用DMA，通常安裝程序會(huì)讓你選擇一個(gè)DMA通道，設(shè)定DIP開(kāi)關(guān)或跳線，來(lái)為相應(yīng)適配器設(shè)置DMA通道。盡管從理論上講，只要不是同時(shí)使用DREQ線，不同的適配卡可以共享這條線的，但是按常規(guī)，我們最好為每個(gè)適配卡單獨(dú)安排一個(gè)DMA通道，這樣就可以保證不會(huì)發(fā)生DMA沖突。附表是DMA的缺省分配情況。通道

功能

通道

功能

O

空閑

4

用于級(jí)聯(lián)DMA控制器

1

空閑

5

空閑

2

軟盤(pán)

6

空閑

3

空閑

7

空閑

從中可以看出，DMA通道2和4已被占用，在大多數(shù)微機(jī)上，通道1、3、5、6和7可由你任意分配。我們平時(shí)最好對(duì)自己的計(jì)算機(jī)上DMA通道的分配情況記錄下來(lái)，以免我們向計(jì)算機(jī)增加新硬件時(shí)出現(xiàn)兩個(gè)適配卡共用一個(gè)通道，導(dǎo)致沖突。

1．DMA傳送的基本原理在DMA方式下數(shù)據(jù)傳送時(shí)，數(shù)據(jù)不通過(guò)CPU，它實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)器和高速外設(shè)間直接交換數(shù)據(jù)，不需CPU的干涉，并且，采用DMA方式傳送數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)源和目的地址的修改，傳送結(jié)束信號(hào)以及控制信號(hào)的發(fā)送等都由DMAC（DMA控制器）硬件完成。節(jié)省了大量CPU的時(shí)間，因此大大提高了傳輸速度。DMA方式傳送路徑和程序控制下數(shù)據(jù)傳送的路徑比較如圖8-30所示。圖8—30DMA方式傳送路徑8.8數(shù)/模、模/數(shù)轉(zhuǎn)換器及其與CPU的接口

8.8.1概述隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，計(jì)算機(jī)已經(jīng)不再是簡(jiǎn)單的計(jì)算工具了，它的應(yīng)用已滲透到各行各業(yè)。其中包括以計(jì)算機(jī)為核心的微機(jī)控制系統(tǒng)。在微機(jī)控制系統(tǒng)中不僅僅有數(shù)字量，還有模擬量、開(kāi)關(guān)量，

人們用微機(jī)實(shí)現(xiàn)有效的自動(dòng)控制。所謂的模擬量是指一些連續(xù)變化的物理量，所謂的連續(xù)變化是指：一、從時(shí)間上來(lái)說(shuō)，它隨時(shí)間連續(xù)變化；二、從數(shù)值上來(lái)說(shuō)，它的數(shù)值也是連續(xù)變化的。如：溫度、壓力、時(shí)間間隔、速度等。模擬量的數(shù)值和極性可通過(guò)傳感器或變換器來(lái)測(cè)量。微機(jī)參與控制時(shí)，它所能接受和處理的數(shù)據(jù)都是“數(shù)字量”，數(shù)字量是不連續(xù)的、間斷的并且它能表示的數(shù)值范圍也受微機(jī)的限制。因此，不能直接把模擬量直接送到數(shù)字計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理。必須先把他們轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，才能被計(jì)算機(jī)接受。完成這種模擬量向數(shù)字量轉(zhuǎn)換的器件稱為模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器，簡(jiǎn)稱為ADC或A/D。數(shù)字計(jì)算機(jī)經(jīng)運(yùn)算處理得到的結(jié)果是數(shù)字量，不能直接用于控制執(zhí)行部件，必須先將其轉(zhuǎn)換為模擬量。這種能將數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量的器件稱為模擬轉(zhuǎn)換器，簡(jiǎn)稱DAC或D/A。典型的計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)如圖(8--31)所示。另外，A/D，D/A還可用于遙測(cè)、遙控、數(shù)字通信、混合計(jì)算等系統(tǒng)中。

圖8-31計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)

8.8.2數(shù)模轉(zhuǎn)換器及其與CPU的接口數(shù)模轉(zhuǎn)換器用于把數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量。由于實(shí)現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換的原理各不相同，而且實(shí)現(xiàn)的工藝技術(shù)也不盡相同，因而有多種D/A芯片。作為微機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)者，應(yīng)特別關(guān)心的是微機(jī)與DAC的接口、DAC的模擬輸出特性，以及為使它們正常工作需要外加的電路。為此，設(shè)計(jì)者必須了解DAC的性能。了解的第一步應(yīng)是DAC的專業(yè)術(shù)語(yǔ)和參數(shù)。1．D/A芯片的性能參數(shù)和術(shù)語(yǔ)（1）分辨率該參數(shù)表明DAC對(duì)模擬值的分辨能力。它是最低有效位所對(duì)應(yīng)的模擬值。即D/A所能分辨的最小的電壓增量。通常DAC能轉(zhuǎn)換的二進(jìn)制的位數(shù)越多分辨率越高。若分辨率為8位，則它可給出滿量程電壓的1/28的分辨能力。（2）轉(zhuǎn)換時(shí)間是指在數(shù)字量輸入到完成轉(zhuǎn)換，輸出達(dá)到最終值并穩(wěn)定為止所需的時(shí)間。（3）精度DAC的精度表明DAC的精確程度。它可分為絕對(duì)精度和相對(duì)精度。絕對(duì)精度是指在數(shù)字輸入端加給定的代碼時(shí)，在輸出端實(shí)際測(cè)得的模擬輸出值和應(yīng)有的理想輸出值之差。它由DAC的增益誤差、零點(diǎn)誤差、線性誤差和噪聲等綜合引起的。（4）線性誤差和微分線性誤差線性誤差有時(shí)稱為非線性度。指A/D的實(shí)際轉(zhuǎn)換特性（各數(shù)字輸入值所對(duì)應(yīng)的各模擬輸出值之間的連線）與理想的轉(zhuǎn)換特性之間的偏差。微分線性誤差：一個(gè)理想的D/A，任意兩個(gè)相鄰的數(shù)字碼所對(duì)應(yīng)的模擬輸出值之差應(yīng)恰好是一個(gè)LSB所對(duì)應(yīng)的模擬值。如果大于或小于1LSB就是出現(xiàn)了微分線性誤差。其差值就是微分線性誤差值。（5）溫度系數(shù)。用來(lái)說(shuō)明DAC受溫度變化影響的特性。通常是每變化1℃所引起的模擬值變化的百萬(wàn)分?jǐn)?shù)表示。2．DAC和微處理器接口中需要考慮的問(wèn)題理想的D/A芯片對(duì)于微處理器來(lái)說(shuō)應(yīng)該表現(xiàn)為一個(gè)簡(jiǎn)單的輸出口或表現(xiàn)為一個(gè)只寫(xiě)存儲(chǔ)單元。當(dāng)它不需任何外加器件就可以直接與系統(tǒng)的地址、數(shù)據(jù)和控制總線相連時(shí)，我們才認(rèn)為是與CPU真正兼容。但實(shí)際上大多數(shù)轉(zhuǎn)換器件必須外加緩沖器、地址譯碼器等才能與CPU系統(tǒng)相連。這時(shí)必須注意轉(zhuǎn)換器件與CPU的接口問(wèn)題。DAC的微處理器的接口實(shí)際就是DAC與系統(tǒng)的數(shù)據(jù)、地址、控制總線的連接問(wèn)題。DAC在與CPU接口之前，必須首先了解DAC芯片的輸入輸出特性。包括：

1：輸入緩沖能力：DAC是否有輸入寄存器或鎖存器來(lái)保存輸入來(lái)的數(shù)字量。2：輸入碼制：DAC能接受的數(shù)字輸入碼制，二進(jìn)制、BCD碼或補(bǔ)碼、偏移二進(jìn)制。3：輸入數(shù)據(jù)的寬度：DAC的輸入數(shù)據(jù)有8位、10位、12位、14位、16位之分。4：DAC是電流型還是電壓型：即DAC的輸出是電流還是電壓。5：DAC是單極性輸出還是雙極性輸出：對(duì)一些需正負(fù)電壓控制的設(shè)備，就要使用雙極性DAC。

在DAC與CPU接口時(shí)，應(yīng)首先考慮的是數(shù)據(jù)鎖存能力。DAC與CPU連接時(shí)有三種形式：直接與CPU相連、通過(guò)外加三態(tài)門(mén)和數(shù)據(jù)鎖存器與CPU相連以及通過(guò)并行口與CPU相連。這三種方式采用哪種應(yīng)根據(jù)DAC芯片本身?yè)碛墟i存器的情況和DAC的分辨率和系統(tǒng)總線的位數(shù)來(lái)決定。若DAC內(nèi)部有緩沖器，且DAC的分辨率小于等于系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線的寬度時(shí)，可以將DAC與CPU直接相連，若DAC內(nèi)部沒(méi)有鎖存器或DAC內(nèi)部有一級(jí)鎖存器且DAC的分辨率大于系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線寬度時(shí)，必須外加鎖存器或并行口才能與CPU相連。當(dāng)DAC的分辨率大于系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線寬度時(shí)，輸入給DAC芯片的數(shù)字量必須分幾次送到DAC，這就需多級(jí)鎖存器將幾次送來(lái)的數(shù)據(jù)鎖存下來(lái)，一次送給DAC，以消除由于多次傳送而產(chǎn)生的尖峰。例如：當(dāng)分辨率為12位的D/A與8位的微機(jī)系統(tǒng)相連時(shí)，數(shù)據(jù)必須分兩次送到，這時(shí)就需有兩級(jí)鎖存器將兩次送來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行鎖存，然后一次送給DAC。這樣可以防止在低8位數(shù)據(jù)輸入后，高4位數(shù)據(jù)未輸出前，DAC產(chǎn)生錯(cuò)誤的輸出。

3．D/A芯片簡(jiǎn)介為了適應(yīng)D/A芯片在微機(jī)控制和信息處理中的不同應(yīng)用，各個(gè)廠家紛紛推出了各自的D/A芯片。由上述DAC與微處理器接口中需要考慮的問(wèn)題可知，我們?cè)谶x擇D/A芯片時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題。這里，就從這些方面對(duì)DAC芯片做一簡(jiǎn)單介紹。如表8-5所示。芯片參數(shù)特點(diǎn)緩沖能力分辨率輸入碼制電流型/電壓型輸出極性

單極性雙極性

DAC1408無(wú)數(shù)據(jù)鎖存8位二進(jìn)制偏移二進(jìn)制電流型單/雙極性均可價(jià)格便宜，性能低需外加電路DAC0832有二級(jí)鎖存8位二進(jìn)制偏移二進(jìn)制電流型單/雙極性均可適用于多模擬量同時(shí)輸出的場(chǎng)合AD561無(wú)鎖存功能10位二進(jìn)制偏移二進(jìn)制電流型單/雙極性均可與8位CPU相連時(shí)必須外加兩級(jí)鎖存AD7522雙重緩沖10位二進(jìn)制

電流型單/雙極性均可具有雙緩存易于與8/16位微處理器相連。有串行輸入可與遠(yuǎn)距離微機(jī)相連使用

表8