計(jì)算機(jī)硬件基礎(chǔ) 計(jì)算機(jī)端口

計(jì)算機(jī)硬件基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)端口第1頁，共30頁，2023年，2月20日，星期四第22章計(jì)算機(jī)端口5數(shù)據(jù)位3(DATA3)14自動換行(AUTOFEED低電平)6數(shù)據(jù)位4(DATA4)15錯誤(ERROR低電平)7數(shù)據(jù)位5(DATA5)16初始化(INIT低電平)8數(shù)據(jù)位6(DATA6)17選擇輸入(SLCTIN低電平)9數(shù)據(jù)位7(DATA7)18-25地線路(GND)第2頁，共30頁，2023年，2月20日，星期四第22章計(jì)算機(jī)端口并行口與串行口的區(qū)別是交換信息的方式不同，并行口能同時通過8條數(shù)據(jù)線傳輸信息，一次傳輸一個字節(jié)；而串行口只能用1條線傳輸一位數(shù)據(jù)，每次傳輸一個字節(jié)的一位。并行口由于同時傳輸更多的信息，速度明顯高于串行口，但串行口可以用于比并行口更遠(yuǎn)距離的數(shù)據(jù)傳輸。第3頁，共30頁，2023年，2月20日，星期四第22章計(jì)算機(jī)端口RS232接口

RS-232-C接口（又稱EIARS-232-C）是目前最常用的一種串行通訊接口。它是在1970年由美國電子工業(yè)協(xié)會（EIA）聯(lián)合貝爾系統(tǒng)、調(diào)制解調(diào)器廠家及計(jì)算機(jī)終端生產(chǎn)廠家共同制定的用于串行通訊的標(biāo)準(zhǔn)。它的全名是“數(shù)據(jù)終端設(shè)備（DTE）和數(shù)據(jù)通訊設(shè)備（DCE）之間串行二進(jìn)制數(shù)據(jù)交換接口技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)”該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定采用一個25個腳的DB25連接器，對連接器的每個引腳的信號內(nèi)容加以規(guī)定，還對各種信號的電平加以規(guī)定。第4頁，共30頁，2023年，2月20日，星期四第22章計(jì)算機(jī)端口9針串行口的針腳功能：1載波檢測(DCD)6數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好(DSR)2接受數(shù)據(jù)(RXD)7請求發(fā)送(RTS)3發(fā)出數(shù)據(jù)(TXD)8清除發(fā)送(CTS)4數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備好(DTR)9振鈴指示(RI)5信號地線(SG)第5頁，共30頁，2023年，2月20日，星期四第22章計(jì)算機(jī)端口22.3通用串行總線（USB)隨著計(jì)算機(jī)在各個領(lǐng)域中的應(yīng)用日益普及和深入，其外設(shè)也越來越多，如打印機(jī)、掃描儀、游戲桿、MIC、modem等。因計(jì)算機(jī)本身只提供高性能的運(yùn)算處理等方面的基本能力，當(dāng)我們將一臺計(jì)算機(jī)應(yīng)用于某個具體實(shí)際需要時，往往需要對他的基本功能進(jìn)行擴(kuò)展。而在對計(jì)算機(jī)功能擴(kuò)展時，原則上每個外設(shè)都必須插在一個接口上。當(dāng)外設(shè)多了以后，會產(chǎn)生一些問題。

首先，外設(shè)增多，計(jì)算機(jī)接口也必須增多，但計(jì)算機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)接口總是有限的，雖然可以通過增加功能接口插卡來擴(kuò)展接口，但可增插卡的數(shù)量受計(jì)算機(jī)插槽個數(shù)的限制，并且擴(kuò)展接口卡存在以下問題：

第6頁，共30頁，2023年，2月20日，星期四第22章計(jì)算機(jī)端口(1)接口卡的插拔過程必須關(guān)機(jī)，并且需打開機(jī)箱進(jìn)行安裝和拆卸；

(2)接口插卡設(shè)備驅(qū)動程序的安裝、調(diào)試直至正常運(yùn)行的過程仍需要各種技術(shù)的支持，其安裝和配置過程仍需人工干預(yù)。當(dāng)擴(kuò)展插卡較多時，常會出現(xiàn)一塊或多塊插卡因無法合理配置而不能正常工作的情況，嚴(yán)重時可導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰；

(3)接口插卡質(zhì)量高低、兼容性和標(biāo)準(zhǔn)性的程度以及驅(qū)動軟件的可靠性將直接影響計(jì)算機(jī)的壽命和系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性；

(4)筆記本電腦之類的小體積PC很難用接口插卡進(jìn)行功能擴(kuò)展；

(5)PC插槽中的各種接口卡受到內(nèi)部的射頻輻射干擾，使其性能受到很大影響，除非接口卡是全數(shù)字化的。所以擴(kuò)展接口卡終究不是解決問題的根本方法。

第7頁，共30頁，2023年，2月20日，星期四第22章計(jì)算機(jī)端口其次，隨著技術(shù)不斷發(fā)展，大量新外設(shè)不斷出現(xiàn)，這些外設(shè)對計(jì)算機(jī)接口提出了更高的要求，如高速度、雙向傳輸數(shù)據(jù)等。傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)接口，如并行打印機(jī)接口（數(shù)據(jù)傳輸率為1

Mb/s）、串行RS232接口（數(shù)據(jù)傳輸率為115～230kb/s）已經(jīng)不能滿足用戶需要。

還有，計(jì)算機(jī)越來越向簡單、實(shí)用、方便、方向發(fā)展。傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)外設(shè)安裝過程中，在加、減設(shè)備時，必須關(guān)掉電源，完成之后再重新啟動機(jī)器。第8頁，共30頁，2023年，2月20日，星期四第22章計(jì)算機(jī)端口USB與傳統(tǒng)的外圍接口相比，主要有以下優(yōu)點(diǎn)：

(1)使用方便在USB系統(tǒng)中，所有的USB設(shè)備可以隨時接入和拔離系統(tǒng)，USB主機(jī)能夠動態(tài)識別設(shè)備的狀態(tài)，并自動給接入的設(shè)備分配地址和配置參數(shù)。這樣，安裝USB設(shè)備時，不必打開機(jī)箱，甚至在計(jì)算機(jī)工作時也無需關(guān)機(jī)和重新啟動即可加、減已安裝過的設(shè)備，也不必用手動跳線或撥碼開關(guān)來設(shè)置新的外設(shè)。USB的驅(qū)動程序和應(yīng)用軟件可以自動啟動，USB設(shè)備單獨(dú)使用自己的保留中斷，也不涉及IRQ沖突問題，不會同其他設(shè)備爭用PC有限的資源，省去了硬件配置的煩惱，為用戶帶來了極大的方便。

第9頁，共30頁，2023年，2月20日，星期四第22章計(jì)算機(jī)端口(2)速度快快速性能是USB技術(shù)的突出特點(diǎn)，USBVer1.1標(biāo)準(zhǔn)有全速12Mb/s和低速1.5Mb/s兩種模式，主模式為全速，他比串口快了整整100倍，比并口快了十多倍。USBVer2.0提供高達(dá)480Mb/s的數(shù)據(jù)傳輸率，可以在其上開發(fā)功能更多的電子產(chǎn)品，包括高分辨率的視頻攝像機(jī)、下一代的掃描儀和打印機(jī)，并且，在USB2.0上多個高速外設(shè)可同時運(yùn)行。

(3)易于擴(kuò)展通過USBHUB擴(kuò)展，可連接多達(dá)127個外設(shè)，且各種外設(shè)均采用統(tǒng)一USB接口標(biāo)準(zhǔn)的連接器，大大地簡化了安裝過程。標(biāo)準(zhǔn)USB電纜長度為3M（5M低速），通過HUB或中繼器可以使外設(shè)距離達(dá)到30M。

第10頁，共30頁，2023年，2月20日，星期四第22章計(jì)算機(jī)端口(4)獨(dú)立供電USB接口提供了內(nèi)置電源，他能向低壓設(shè)備提供5V電源，因此，新的設(shè)備就不需要專門的交流電源了，從而降低了這些設(shè)備的成本，并提高了性價(jià)比。

(5)使用靈活為適應(yīng)各種不同類型外圍設(shè)備的要求，USB提供了4種不同的數(shù)據(jù)傳輸模式：控制(Control)傳輸、同步(Synchronization)傳輸、中斷(Interrupt)傳輸、批量(Bulk)傳輸。

第11頁，共30頁，2023年，2月20日，星期四第22章計(jì)算機(jī)端口(6)支持多個外設(shè)同時工作USB系統(tǒng)支持多種數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊?。?shù)據(jù)帶寬可以從幾k到480Mb/s，他允許在同一電纜上傳輸實(shí)時和非實(shí)時數(shù)據(jù)，在主機(jī)和外設(shè)之間可以同時傳輸多個數(shù)據(jù)和信流，允許多個外設(shè)同時操作，并支持復(fù)合設(shè)備。

總之，USB是一種電纜總線，支持在主機(jī)和各式各樣的即插即用的外設(shè)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。按照協(xié)議的規(guī)定，多個設(shè)備分享USB帶寬，當(dāng)主機(jī)和其他設(shè)備在運(yùn)行時，總線允許添加、設(shè)置、使用和拆除外設(shè)。第12頁，共30頁，2023年，2月20日，星期四第22章計(jì)算機(jī)端口電氣方面，USB通過一種4線電纜與主機(jī)或USBHUB相連接來傳輸信號和電源，如圖所示。在每個點(diǎn)到點(diǎn)段中，通過兩根導(dǎo)線（D+和D-）傳送信號，VBUS通常是+5V電壓。第13頁，共30頁，2023年，2月20日，星期四第22章計(jì)算機(jī)端口在所有的USB信道之間動態(tài)地分配帶寬是USB總線的特征之一。當(dāng)一臺USB外設(shè)在連接并配置以后，主機(jī)即會為該USB外設(shè)的信道分配帶寬；而當(dāng)他從USB系統(tǒng)中摘除或處于掛起狀態(tài)時，則他所占用的USB帶寬即會被釋放，并為其他的USB外設(shè)所分享。這種“分時復(fù)用”的帶寬分配機(jī)制大大提高了USB帶寬利用率。

第14頁，共30頁，2023年，2月20日，星期四第22章計(jì)算機(jī)端口作為一種先進(jìn)的總線方式，USB提供了基于主機(jī)的電源管理系統(tǒng)。USB系統(tǒng)會在一臺外設(shè)長時間（一般在3.0ms以上）處于非使用狀態(tài)時自動將該設(shè)備掛起，此時，USB總線通過USB線纜為該設(shè)備僅提供500μA以下的電流，并把該外設(shè)所占用的USB帶寬分配給其他的USB外設(shè)。USB的電源管理機(jī)制支持如遠(yuǎn)程喚醒這樣的高級特性。當(dāng)一臺外設(shè)處于掛起狀態(tài)時，必須先通過主機(jī)使該設(shè)備“喚醒”，然后才可以執(zhí)行USB操作。

第15頁，共30頁，2023年，2月20日，星期四第22章計(jì)算機(jī)端口第16頁，共30頁，2023年，2月20日，星期四第22章計(jì)算機(jī)端口

SCSI接口

SCSI的英文全稱為“SmallComputerSystemInterface”（小型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)接口），是同IDE（ATA）完全不同的接口，IDE接口是普通PC的標(biāo)準(zhǔn)接口，而SCSI并不是專門為硬盤設(shè)計(jì)的接口，是一種廣泛應(yīng)用于小型機(jī)上的高速數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)。SCSI接口具有應(yīng)用范圍廣、多任務(wù)、帶寬大、CPU占用率低，以及熱插拔等優(yōu)點(diǎn)，但較高的價(jià)格使得它很難如IDE硬盤般普及，因此SCSI硬盤主要應(yīng)用于中、高端服務(wù)器和高檔工作站中。第17頁，共30頁，2023年，2月20日，星期四第22章計(jì)算機(jī)端口SCSI接口從誕生到現(xiàn)在已經(jīng)歷了二十多年的發(fā)展，現(xiàn)在市場中占據(jù)主流的是Ultra160SCSI、Ultra320SCSI接口產(chǎn)品。第18頁，共30頁，2023年，2月20日，星期四第22章計(jì)算機(jī)端口在系統(tǒng)中應(yīng)用SCSI必須要有專門的SCSI控制器，也就是一塊SCSI控制卡，才能支持SCSI設(shè)備，這與IDE硬盤不同。在SCSI控制器上有一個相當(dāng)于CPU的芯片，它對SCSI設(shè)備進(jìn)行控制，能處理大部分的工作，減少了中央處理器的負(fù)擔(dān)（CPU占用率）。在同時期的硬盤中，SCSI硬盤的轉(zhuǎn)速、緩存容量、數(shù)據(jù)傳輸速率都要高于IDE硬盤，因此更多是應(yīng)用于商業(yè)領(lǐng)域。第19頁，共30頁，2023年，2月20日，星期四第22章計(jì)算機(jī)端口SCSI最早是1979年由美國的Shugart公司（希捷公司前身）制訂的。Ultra160SCSI，也稱為Ultra3SCSILVD，是一種比較成熟的SCSI接口標(biāo)準(zhǔn)。1、Ultra2和Ultra160的設(shè)備可以同時安裝在一條總線上，Ultra160設(shè)備性能不會下降；2、通過提高檢糾錯能力增強(qiáng)了產(chǎn)品的可靠性；第20頁，共30頁，2023年，2月20日，星期四第22章計(jì)算機(jī)端口3、具有監(jiān)控接口性能和較高可靠傳輸速率的能力；4、用于單個設(shè)備的電纜長度可達(dá)25米，用于2個或多個設(shè)備的電纜長度可達(dá)12米；5、在1個通道上支持多達(dá)15個SCSI設(shè)備；Ultra320SCSI，也稱為Ultra4SCSILVD，是比較新型的SCSI接口標(biāo)準(zhǔn)。Ultra320SCSI主要具有以下特點(diǎn)：第21頁，共30頁，2023年，2月20日，星期四第22章計(jì)算機(jī)端口1、雙倍速率數(shù)據(jù)傳輸，數(shù)據(jù)傳輸速率比Ultra160SCSI提高了一倍；2、分組化的SCSI，支持分組協(xié)議;3、快速仲裁和選擇，大大提高了總線的利用率;4、讀寫數(shù)據(jù)流，把數(shù)據(jù)傳輸?shù)拈_銷降到最低;5、流控制，提高總線利用率。第22頁，共30頁，2023年，2月20日，星期四第22章計(jì)算機(jī)端口SCSI與IDE接口的比較幾乎每一種PC機(jī)都支持IDE設(shè)備，典型的是連接在主板上。當(dāng)安裝一個SCSI設(shè)備時，如果你的系統(tǒng)本身沒有SCSI接口，首先要安裝一塊SCSI卡。如果你的系統(tǒng)支持既插既用，只須將SCSI卡插入一個擴(kuò)展槽即可。注意，SCSI設(shè)備是一種串接鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)，并且需要在每個鏈的末端連接一個叫終結(jié)器的設(shè)備。現(xiàn)代的SCSI設(shè)備一般自身帶有終結(jié)器，這樣在大多數(shù)情況下無須考慮終結(jié)器的問題了。第23頁，共30頁，2023年，2月20日，星期四第22章計(jì)算機(jī)端口置SCSI設(shè)備的跳線比IDE設(shè)備簡單。對于SCSI設(shè)備，你只須確認(rèn)每一個SCSI設(shè)備都設(shè)置為不同的ID號即可，啟動盤設(shè)置為最低的ID號。IDE設(shè)備具有三種不同的設(shè)置選擇--主盤、從屬盤和單盤，但是不是所有的IDE設(shè)備都提供了這三種設(shè)置。一般來說，如果你在同一條數(shù)據(jù)線上連接兩臺IDE設(shè)備，那么啟動盤應(yīng)設(shè)置為主盤，另外一個設(shè)置為從屬盤。如果你只有一個IDE設(shè)備，可設(shè)置為主盤或單盤，具體采用哪一種設(shè)置取決于設(shè)備本身的說明。第24頁，共30頁，2023年，2月20日，星期四第22章計(jì)算機(jī)端口在人們的觀念中一直都認(rèn)為SCSI設(shè)備比IDE設(shè)備快，但這并不完全是事實(shí)。當(dāng)然有史以來，在同等時間內(nèi)SCSI的突發(fā)速率高于IDE接口，但突發(fā)速率只能顯示出接口能傳輸?shù)臄?shù)據(jù)有多快。而一個制約整體速度的重