《I-O接口和总线I》课件

接口和总线I/O II/O接口和总线是计算机系统中重要的组成部分，它们负责连接各种外设，并与CPU进行数据交换接口概述I/OI/O接口是系统与外部设备之间连接的桥梁I/O接口允许系统通过发送和接收数据与外I/O接口提供了一个通用接口，使不同类型它提供了一种标准化的方式，允许不同的部设备交互，从而实现对这些设备的控制和的设备能够连接到系统，而不必考虑设备的设备与系统进行通信数据传输具体实现细节接口分类I/O按数据传输方式按连接类型串行接口数据一位一位地传输内部接口连接计算机内部的各，使用一根或多根线个部件并行接口数据同时传输多位，外部接口连接外部设备，如键使用多根线盘、鼠标等按功能类型通用接口支持多种类型的设备，如USB、串口专用接口只支持特定的设备，如显卡接口、网卡接口串行接口I/O单根线传输数据传输方向广泛应用于外设串行接口使用单根线进行数据传输，这使它串行接口可以是单向的（仅发送或接收）或串行接口广泛用于连接各种外设，如键盘、更加灵活，并适用于较长的距离传输双向的（同时发送和接收数据）鼠标、打印机和扫描仪等串行接口的特点I/O传输效率传输距离12串行通信仅使用一根线路传输串行通信信号损耗低，适合长数据，效率较低，但成本低廉距离传输，如网络通信，蓝牙，适用远距离传输通信信号完整性接口数量34串行通信数据通过单根线路传串行通信仅使用少量信号线，输，避免了并行通信中信号之能够减少接口数量，提高设备间的干扰集成度常见的串行接口标准I/ORS-232USB SPII2CRS-232是一个广泛使用的串USB是一种通用的串行总线标SPI是一个同步串行通信接口I2C是一个双线串行通信接口行通信标准，用于低速设备连准，连接各种外围设备，如打，用于连接微控制器和外围设，用于连接多个设备，例如传接，如鼠标、键盘和调制解调印机、扫描仪和存储设备备，如传感器、存储器和显示感器、实时时钟和EEPROM器器它定义了电气特性、信号和数它支持多种数据传输速率，并它具有低成本、简单易用和高它具有低成本、低功耗和简单据传输协议，在工业控制、数且具有热插拔功能，方便用户速度的特点，广泛应用于嵌入易用的特点，适合连接少量设据采集和通信领域得到广泛应使用式系统中备用串行接口应用案例I/O串行I/O接口广泛应用于现代电子设备中USB接口连接鼠标、键盘、打印机等外设蓝牙接口连接耳机、音箱等无线设备串口连接工业设备，实现数据传输SPI接口广泛应用于嵌入式系统，连接传感器、存储设备等并行接口I/O并行数据传输早期设备接口数据同步传输高速传输数据并行接口使用多条数据线同时并行接口曾广泛用于连接打印并行接口在传输数据时，所有并行接口可以有效地传输大量传输数据位，提高传输速度机、扫描仪等设备，但逐渐被数据位同时传输，需要精确的数据，适合对传输速度有较高串行接口取代时序控制要求的应用并行接口的特点I/O传输速率高连接距离短成本高接口复杂并行接口可以同时传输多位数并行接口的信号线较多，容易并行接口需要较多的信号线，并行接口的信号线较多，接口据，一次传输多位数据，因此受到干扰，因此连接距离一般因此成本相对较高设计和实现比较复杂传输速率非常快较短常见的并行接口标准I/O并行SCSI IDE接口并行SCSI是一种高速、多设备的IDE（集成驱动电子设备）接口是并行接口标准，常用于存储设备一种常见的并行接口标准，常用，支持多达15个设备连接于硬盘驱动器、光驱等存储设备LPT接口LPT（Line PrinterTerminal）接口是一种标准的并行接口，用于连接打印机、绘图仪等设备并行接口应用案例I/O并行接口广泛应用于早期的计算机系统中，例如打印机、扫描仪和硬盘驱动器等设备随着技术的发展，并行接口逐渐被串行接口所取代，但在一些特定的领域，例如工业控制和数据采集系统中，并行接口仍然发挥着重要的作用总线系统概述数据传输共享资源连接多个硬件设备共享CPU、内存等资源通信协调系统扩展协调不同设备之间的通信支持系统扩展性总线的基本功能数据传输地址传输12总线是计算机系统中数据传输总线用于传递数据传输的地址的物理通道，负责在各个设备，指示CPU要访问哪个设备或之间传递数据哪个内存位置控制信号传输3总线包含控制信号线，用于协调不同设备之间的操作，例如读写操作、中断请求等总线的基本特性带宽信号类型同步/异步总线结构总线带宽决定了数据传输速度总线信号类型包括并行和串行同步总线使用时钟信号，异步总线结构分为单总线、多总线，影响系统性能，影响传输效率和成本总线不使用时钟，影响数据传和层次化结构，影响系统扩展输可靠性性和可靠性总线的分类按结构分类按传输方式分类按传输介质分类按功能分类总线可以分为系统总线、扩展总线可分为串行总线和并行总总线可分为导线总线和光纤总总线可分为地址总线、数据总总线和外设总线，根据其在计线，串行总线数据一位一位传线，导线总线通过导线传输数线和控制总线，分别用于传输算机系统中的作用和连接的设输，而并行总线数据同时传输据，而光纤总线通过光纤传输地址、数据和控制信号备进行区分多位数据总线仲裁机制集中式仲裁由一个专门的仲裁器负责管理总线访问权分散式仲裁由多个设备协商决定总线访问权链式仲裁设备按照优先级顺序依次请求总线访问权轮询仲裁系统按照预先设定的顺序，轮流分配总线访问权优先级仲裁根据设备的优先级，优先级高的设备优先获得总线访问权总线时序时钟信号1时钟信号控制数据传输的节奏，它决定了数据传输的速率数据信号2数据信号在时钟信号的控制下进行传输，确保数据在正确的时序下被发送和接收控制信号3控制信号用于协调数据传输过程，例如请求、确认、选择等总线上的通信协议

11.协议类型

22.数据传输方式总线通信协议决定了数据传输总线传输方式包括串行传输和的方式和规则，例如同步协议并行传输，影响传输速度和数、异步协议等据量

33.信号编码方式

44.错误检测机制信号编码决定了数据的表示方总线通信协议包含错误检测机式，例如NRZ、曼彻斯特编码制，例如奇偶校验、CRC校验等等，保证数据的完整性总线操作模式同步操作模式异步操作模式所有设备同步进行数据传输，需设备之间不使用统一时钟，通过要使用统一的时钟信号简单易握手信号来同步数据传输效率懂，但效率低，对时钟信号要求较高，更灵活，但复杂度高高混合操作模式将同步和异步操作模式结合使用，以提高传输效率例如，地址总线使用同步模式，数据总线使用异步模式总线的发展趋势高速化多功能化智能化标准化数据传输速率不断提高，满足支持更多功能和协议，例如支整合更多功能，例如支持数据推动行业标准的制定，促进互日益增长的带宽需求持多种数据类型和设备预处理和错误检测操作性总线标准案例一总线ISAISA IndustryStandard Architecture总线是PC机中最早采用的总线标准，它在1981年由IBM推出，最初作为IBM PC/AT计算机的扩展总线ISA总线是一种16位总线，采用同步时序方式工作，传输速度相对较慢，但兼容性强，被广泛应用于早期PC机中ISA总线支持多种外设，如硬盘、网卡、声卡等，在早期PC机发展中起到了重要作用随着技术的发展，ISA总线逐渐被更新的总线标准所取代，但仍然可以在一些老式PC机上找到它的踪迹总线标准案例二总线PCIPCI总线是一种高速、灵活的总线标准，广泛应用于计算机系统中PCI总线采用32位或64位数据总线，传输速度快，支持热插拔，并提供多种扩展接口PCI总线支持多种设备，例如网卡、声卡、硬盘控制器等，极大地扩展了计算机系统的功能总线标准案例三总线USBUSB（通用串行总线）是一种广泛应用于现代计算机系统中的串行总线标准USB总线以其高带宽、低成本、易于使用和热插拔特性而闻名USB总线广泛应用于连接各种外设，例如键盘、鼠标、打印机、扫描仪、摄像头、存储设备和移动设备等总线标准案例四PCI-总线ExpressPCI Express，也称为PCIe，是当前主流的计算机总线标准它采用点对点串行通信方式，相较于传统的并行总线具有更高的带宽和更低的延迟PCIe总线支持热插拔，可用于连接各种外设，例如显卡、声卡、网卡等PCIe总线还支持多种数据传输模式，例如单通道、双通道等，可以根据不同的应用需求进行选择总线标准案例五总线SATA串行ATA SATA总线是一种串行数据传输接口标准，主要用于连接硬盘、光驱等存储设备它以更快的速度、更少的连接线和更小的空间占用为特点，逐渐取代了传统的并行ATA接口SATA接口支持热插拔，即在系统运行过程中可以连接或断开设备，方便用户升级和维护SATA接口支持多种传输模式，包括SATA

1.

0、SATA

2.

0、SATA

3.0等随着技术的进步，SATA接口的传输速度不断提升，最新版本的SATA

3.0接口的理论传输速度可达6Gbps本章小结I/O接口的重要性丰富多样的I/O接口总线系统构建总线标准I/O接口是计算机系统与外部设各种I/O接口标准满足不同应用总线系统是计算机系统中各部不同总线标准拥有不同的数据备连接的关键桥梁，负责数据需求，如高速数据传输、音频件之间信息传递的通路，通过传输速度、连接方式、功能特传输和控制，实现系统与外界视频处理、外部存储设备连接总线实现CPU、内存、外设等性，选择合适的总线标准取决的信息交互等部件的协调工作于应用场景和需求思考和练习题本章内容涵盖I/O接口和总线系统，旨在帮助学生了解计算机系统中数据传输的原理和方法通过学习本章内容，学生应该能够掌握以下知识点I/O接口的概念、分类、特点、应用案例；总线系统的概念、功能、特性、分类、仲裁机制、时序、协议、操作模式；常见的总线标准案例为了巩固学习成果，本章提供了一些思考和练习题，建议学生认真思考并完成练习，以加深对知识点的理解和应用。