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
计
算
机
硬
件
技
术
基
础
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
USB
总线
微型
机主
机板
微型
机主
机箱
第 4 页
计
算
机
硬
件
技
术
基
础
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
计
算
机
硬
件
技
术
基
础
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
计
算
机
硬
件
技
术
基
础
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 D0~D7 外部数据 D0~D7
写控制 (WR)：将
数据写入输出寄
存器,1→RS
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,0→RS
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
计
算
机
硬
件
技
术
基
础
双
向
缓
冲
数据总线
发送数据
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
计
算
机
硬
件
技
术
基
础
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
计
算
机
硬
件
技
术
基
础
6.1.2 接口的操作 (p148)
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，见图 6-2。
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
第 10 页
计
算
机
硬
件
技
术
基
础
例如：串行端口 1(COM1:)，使用地址为 3F8~3FE的 I/O端口
6.1 接口的基本知识
地址 方向 用途说明
3F8 IN/OUT 数据接收 /发送寄存器，数据输入和输出
3F9 OUT 中断允许寄存器，设定是否允许产生中断
3FA IN 中断标志寄存器，指示中断类型
3FB OUT 线路控制寄存器，用于完成对接口电路的控制
3FC OUT MODEM控制寄存器
3FD IN 线路状态寄存器，指示接口电路的状态
3FE IN MODEM状态寄存器
例如其中：线路状态寄存器 (3FD)：
保留
D7
发送
移位
寄存器
D6
发送
保持
寄存器
D5
接收
间断
错误
D4
接收
格式
错误
D3
接收
奇偶
错误
D2
接收
超越
错误
D1
接收
数据
就绪
D0
查询控制方式的特点：简单、程序开销大 (效率低 )。
第 11 页
计
算
机
硬
件
技
术
基
础
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
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 12 页
计
算
机
硬
件
技
术
基
础
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
No
Yes
No
Yes
Yes
No
Yes
No
第 13 页
计
算
机
硬
件
技
术
基
础
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。
① 外设向 DMAC发出请求信号；
② DMAC向 CPU发出请求；
③ CPU响应后向 DMAC发出允许信号，同时让出总线控制权；
④ DMAC接管总线，发出总线信号，完成数据传送；
⑤ DMAC向 CPU发出结束请求；
⑥ CPU响应结束请求，接管总线。
第 14 页
计
算
机
硬
件
技
术
基
础
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
5~8个数据位 停止位起始位
6.2.1 串行接口标准
第 15 页
计
算
机
硬
件
技
术
基
础
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
1
0
0
1
1
0
1
1
0
1
0
1
0
1
1
主机
系统总线
接口
连接器
10011011
串行时钟
第 16 页
计
算
机
硬
件
技
术
基
础
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,IN
USB
(两个 )
鼠标
(PS/2)
键盘
并行
接口
集成声卡
游戏杆 /MIDI
6.2 串行接口
——RS-232-C串行接口标准
第 17 页
计
算
机
硬
件
技
术
基
础
1
6
5
9
CD:载波检测 1
RxD:接收数据 2
TxD:发送数据 3
DTR:数据终端就绪 4
GND:地线 5
DSR:数据设备就绪 6
RTS:请求发送 7
CTS:清除 发送 8
RI:振铃指示 9
外
部
设
备
DCE
主
机
DTE
DB9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 18 页
计
算
机
硬
件
技
术
基
础
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 (0~3/5V)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
+5V
0V
+12V
-12V
1 1 0 1 0 1 1 0 发送 接收
第 19 页
计
算
机
硬
件
技
术
基
础
6.2.4 RS-232C接口信号
2,接口参数
① 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,
Bit Per Second)。
② 可设定 5~8个数据位。
③ 可设定 1,1.5,2个停止位。
④ 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 20 页
计
算
机
硬
件
技
术
基
础
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 RTS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,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 － － － － － －
PC MODEM 电话网
RS-
232
电话
线路 电话线路
RS-
232
MODEM PC
第 22 页
计
算
机
硬
件
技
术
基
础
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 23 页
计
算
机
硬
件
技
术
基
础
6.3 并行接口
6.3.1 并行接口引线定义
PC 机 D B 2 5
并行口引脚
信号线
定义
有效
极性
信号
方向
1 选通 ( S t r o b e ) － →
2 ~ 9 数据 ( D 0 ~ D 7 ) ＋ →
10 应答信号 ( A c k n o w l e d g e ) － ←
11 忙信号 ( B u s y ) ＋ ←
12 无纸信号 ( P e p e r E n d ) ＋ ←
13 联机信号 ( S e l e c t ) ＋ ←
14 自动走纸 ( A u t o L e e d ) － →
15 错误信号 ( E r r o r ) － ←
16 初始化 ( I n i t i a l i z e P r i n t e r ) － →
17 选择输入 ( S e l e c t I n p u t ) － →
18 ～ 25 地 / 返回数据 ( G N D / D 0
R
~ D 7
R
) 0/ － － / ←
第 24 页
计
算
机
硬
件
技
术
基
础
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、
脱机以及错误状态。
第 25 页
计
算
机
硬
件
技
术
基
础
6.3 并行接口
——并行接口标准
6.3.3 并行接口新标准
最早 (PC机初期 )的并行口只有输出没有输入功能，只
适合接打印机。之后并行口的改进模式：
1.标准并行口 (4位 ),增加 4位输入能力，输出速率 150KB/s，
输入速率 50KB/s。
2.双向并行口 (SPP), 8位输入，双向传输速率 150KB/s。
3.增强并行口 (EPP),高速双向，传输速率 500KB ~
2MB/s。适合双向高速传送。
4.增强性能并行口 (ECP),高速双向，传输速率 500KB ~
2.5MB/s。需要 DMA支持。适合单向高速传送。
目前的 PC机都支持 EPP和 ECP模式。一般可通过 BIOS
设置为 EPP+ECP模式。
第 26 页
计
算
机
硬
件
技
术
基
础
6.4 USB(Universal Serial Bus)接口
6.4.1 USB接口的发展
由 Compaq,Intel,Microsoft,NEC等公司于 96年
共同研制发布。
目前使用的有 USB1.1和 USB2.0两个版本。
Microsoft从 Windows 98 SE开始全面支持 USB。
第 27 页
计
算
机
硬
件
技
术
基
础
6.4.2 USB简介
USB是一种全新的,高速、
灵活、通用、方便、可靠的接
口。
1,物理接口
引脚 信号名
1 VCC +5V电源
2 -Data 信号负
3 +Data 信号正
4 GND 地线
6.4 USB 接口
第 28 页
计
算
机
硬
件
技
术
基
础
2,连接方式
PC机的 USB接口可以连接外设、复合设备和集线
器。最多可以连接 5级集线器，最多可连接 127台外设
和集线器。
6.4 USB 接口
复合外设
主机 7端口
集线器
外设
外设
USB1
2端口集线器
USB2
第 29 页
计
算
机
硬
件
技
术
基
础
3,速度
? USB1.1的高速模式为 12Mb/s，低速模式为 1.5Mb/s。
USB采用半双工传输方式。
? 但当一个 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。
? USB2.0的最高传输速率为 480Mb/s。
4,可靠性
? USB采用平衡传输方式，抗干扰性好。
? USB带纠错能力，可完成对软件透明的检错和重发。
6.4 USB 接口
第 30 页
计
算
机
硬
件
技
术
基
础
5,使用方便
?自带 +5VDC电源，可输出 500mA。
?具有热插拔能力。
6,节省资源
节省系统硬件资源，尤其是中断线和 DMA通道。
7,四种传输模式，以适合不同应用：
?控制传输,适合高可靠、复杂的传输。
?中断传输,适合少量数据、需及时处理的传输，如键盘、
鼠标等。
?批量传输,适合大量突发性传输，如外存储器、打印机
等。
?实时传输,适合可靠性要求不高、实时性要求高的传输，
如音视频。
6.4 USB 接口
第 31 页
计
算
机
硬
件
技
术
基
础
6.5 IEEE-1394接口－ FireWire(火线 )
6.5.1 IEEE-1394简介
由 IEEE(The Institute of Electrical and Electronic
Engineers 电气和电子工程师协会 )于 1995年发布。
使用六芯传输 ——差分数据对、差分时钟对及电源
和地线，可通过电源线提供 1.5A电流。
传输速率为 100,200和 400Mb/s，最多支持 63个外部
设备。
6.5.2 IEEE-1394与 USB比较
1394,速度快、成本高。主要用于数字视频传输。
USB,普及、成本低。可应用于各种中、低速外设。
目前在笔记本计算机和数字音视频设备上都有
IEEE 1394接口。
第 32 页
计
算
机
硬
件
技
术
基
础
IDE的正式名称
为 ATA (AT附属 )，
IDE的初始版本由
早期 16位 ISA总线
(又叫 AT总线 )演变
而来。
用途,IDE接口目
前主要用于连接硬
盘的光盘驱动器。
一般通过软电缆连
接主机的 IDE接口
和硬盘及光驱。
6.6 IDE接口－ Integrated Drive Electronics
第 33 页
计
算
机
硬
件
技
术
基
础
IDE连接方式
PC机一般有 2个 IDE接口，每个 IDE接口可以连接 2
个 IDE外设，最多可以连接 4个设备 。
6.6 IDE接口
主机板
IDE1
IDE2
MASTER SLAVE
MASTER SLAVE
主机板
IDE1
IDE2
硬盘 (master)
光驱 (master)
第 34 页
计
算
机
硬
件
技
术
基
础
6.6.1 IDE版本
标准 名称 发表
年代
特点
改进
最高传
输速率
连接
器
A T A - 1
1988 C H S 寻址方式 4, 2 M B / s 40 线
A T A - 2 E I D E 或
F A S T - A T A
1996 增加 2 种 P I O 和 2 种
D M A 方式，增加电源管理
1 3, 3 M B / s 40 线
A T A - 3
1997 增加 S M A R T 和 L B A 方
式
1 6, 7 M B / s 40 线
A T A - 4
U l t r a - A T A / 3 3
或 U D M A / 3 3
1998 增加 U D M A / 3 3 方式，引
入 CRC 技术
33, 3 M B / s 80 线
40 针
A T A - 5
U l t r a - A T A / 6 6
或 U D M A / 6 6
1999 增加 U D M A / 6 6 6 6, 7 M B / s 80 线
40 针
A T A - 100
U l t r a - A T A / 1 0 0
或 U D M A / 1 0 0
2000 增加 U D M A / 1 0 0 1 0 0 M B / s 80 线
40 针
A T A - 133 U l t r a - A T A / 1 33
或 U D M A / 1 33
增加 U D M A / 1 33 1 3 3 M B / s 80 线
40 针
6.6 IDE接口
第 35 页
计
算
机
硬
件
技
术
基
础
CHS,(Cylinder-Head-Sector 簇 -磁头 -扇区 )通过给出磁
盘的簇号、磁头号和扇区号对磁盘指定区域访问。
支持最大容量 504MB的硬盘。
PIO,(Programmed I/O 编程的输入 /输出 )一种 IDE接口传
送模式，和之后的 DMA模式相比占用 CPU时间资
源多。 PIO有 4种子模式 (MODE 1~4)：
PIO 存取周期 存取周期
MODE (ns) (MB/s)
0 600 3.2
1 383 5.2
2 240 8.3
3 180 11.1
4 120 16.7
6.6 IDE接口
——IDE的主要技术
第 36 页
计
算
机
硬
件
技
术
基
础
SMART,(Self-Monitoring,Analysis and Reporting
Technology 自监视、分析和报告技术 )提高硬盘系
统的安全性。
LBA,(Logical Block Mode 逻辑块模式 )将 CHS参数变换
成逻辑块，支持最大容量 8.4GB的硬盘。
DMA,(Direct Memory Access 直接存储器访问 )比 PIO更
高效的传送模式，有 3种子模式 (MODE 0~2)：
DMA 处理周期 支持 传输速率
MODE (ns) 标准 (MB/S)
0 480 ATA-1 4.2
1 150 ATA-2 13.3
2 120 ATA-2 16.7
更高速的 DMA方式是 UDMA，在时钟的上沿和下
沿分别传送数据，速度加倍。
CRC,(Cyclic Redundancy Check 循环冗余校验 )
6.6 IDE接口
——IDE的主要技术
第 37 页
计
算
机
硬
件
技
术
基
础
6.6 IDE接口
——RAID
RAID,(Redundant Array of Independent Disks)，
——“容错式独立磁盘阵列”。目的在于通过多个磁
盘驱动器的协同来实现 高性能 或 高安全性 的目的。
RAID通常有 0,1,2,3,4,5等模式，其中 RAID 0
和 RAID 1则多见于 PC。 RAID 3,4,5采用复杂的
CRC纠错，通常只用于服务器 /工作站领域。
RAID
0
在读写时同时地对 2硬盘作交叉存储的并行
操作。速度提高一倍，可靠性减半。
RAID
1
2硬盘互为镜像。可靠性提高，容量利用率
减半。
RAID
0 + 1
RAID 0 和 RAID 1 的结合。可靠性和速度均
提高，容量利用率减半。至少需 4个盘。
第 38 页
计
算
机
硬
件
技
术
基
础
信号名 引脚
号
引脚
号
信号 名
总清 1 2 地
数据位 7 3 4 数据位 8
数据位 6 5 6 数据位 9
数据位 5 7 8 数据位 10
数据位 4 9 10 数据位 11
数据位 3 11 12 数据位 12
数据位 2 13 14 数据位 13
数据位 1 15 16 数据位 14
数据位 0 17 18 数据位 15
地 19 20 键脚 ( 缺脚 )
D R Q 3 21 22 地
- I O W 23 24 地
- I O R 25 26 地
I / O C H R D Y
27 28
SPSYN C, C SE
L
- D A C K 3 29 30 地
I R Q 14 31 32 - I O C S 16
地址位 1 33 34 - PD I A G
地址位 0 35 36 地址位 2
- C S 1F X 37 38 C S 3F X
- D A / S P 39 40 地
6.6 IDE接口
——IDE的接口信号
6.6.2 IDE接口信号
IDE使用 40线接口，大部分信
号来自 ISA总线：
数据位 0~15,数据总线；
地址位 0~2,地址总线低 3位；
IOR,IOW,端口读、写；
DRQ3,DACK3,DMA通道 3
请求、应答信号；
IRQ14,中断请求。
第 39 页
计
算
机
硬
件
技
术
基
础
Serial-ATA 接口
——关于 SATA
2001年,Intel联合 APT,Dell、
IBM,Seagate以及 Maxtor，正式推
出了 Serial ATA 1.0规范。
目前 Serial ATA接口的硬盘和具有
Serial ATA接口的主机板已开始普及
应用。
Serial ATA接口为 7线平衡传输。
第 40 页
计
算
机
硬
件
技
术
基
础
Serial ATA硬盘的技术优势：
高数据传输率,第一代 S-ATA的数据传输率为 150MB/s
，超过了 ATA/133的 133MB/s传输率。而在已经发布的
S-ATA 2.0和 S-ATA 3.0规范中所将达到最高 300MB/s及
600MB/s的传输率。
简单的设备设置,点对点连接方式，不存在 IDE的主 /从
模式设置问题。
接口简单,接口为 7线，信号连接线为 2对平衡传输线，
最长 1米 (IDE连接线最长 0.4米 )。
支持热拔插,Serial ATA标准中加入了对热拔插的支持，
是一种性能更高、存储容量更大的移动存储方案。
Serial-ATA 接口
——技术特点
第 41 页
计
算
机
硬
件
技
术
基
础
6.7 SCSI接口
Small Computer Standard Interface
6.7.1 SCSI概述
SCSI原为小型计算机的标准外设接口，用于连接磁
盘机、磁带机等高速外部设备。
目前 SCSI在 PC中也有应用，主要用于高档服务器
系统连接硬盘、光盘驱动器、磁带机等。和 IDE接口相
比,SCSI接口速度快，可连接的设备多，但造价高。
PC机
主板
总
线
SCSI电缆 SCSI终端器
SCSI
控制
卡
IN OUT
外设
IN OUT
外设
IN OUT
外设
SCSI电缆 SCSI电缆
最多可串联 7/15台外部设备
第 42 页
计
算
机
硬
件
技
术
基
础
6.7 SCSI接口
6.7.2 SCSI电缆和连接器引脚定义
目前 SCSI分两类：即标准 SCSI(8位 )和 Wide SCSI
(16位 )。分别使用 50芯 (见表 6.12)和 68芯 (见表 6.13)电
缆连接器。最早的 SCSI (传统的 SCSI)使用 25芯电缆。
6.7.3 SCSI版本
SCSI1 SCSI2
Wide
SCSI2
Fast
SCSI2
Fast
Wide
Ultra
SCSI
Ultra
Wide
SCSI
Ultra2
SCSI
Ultra2
Wide
SCSI
Ultra
160M
SCSI
数据宽度
时钟速率 (MHz)
可接外设数目
传输速率 (MB/S)
8
5
7
5
8
10
7
10
16
5
15
10
16
10
15
20
8
20
7
20
16
20
15
40
8
40
7
40
16
40
15
80
16
40
15
160
第 43 页
计
算
机
硬
件
技
术
基
础
6.8.1 简介
IrDA是红外数据协会的简称,IrDA制订了一系列红
外数据通讯标准。
红外通讯技术是一种点对点的数据传输协议，是传
统的设备之间连接线缆的替代。它的通讯距离一般在 0
到 1米之间，传输速率最快可达 16Mbps。
特点：
红外线接口无连接线；
和其他无线电磁波传输方式相比，红外线传输有方
向性，一般不支持移动；
安全性好；
6.8 红外 接口－ IrDA
Infrared Data Association
第 44 页
计
算
机
硬
件
技
术
基
础
IrDA标准：
IrDA1.0,简称为 SIR(Serial InfraRed)，异步的、半双工
的红外通讯方式。 SIR以系统的异步通讯收发器 (UART)
为依托，由于受到 UART通讯速率的限制,SIR的最高通
讯速率只有 115.2Kbps。
IrDA1.1,即 Fast InfraRed，简称为 FIR。与 SIR相比，由
于 FIR不再依托 UART，通讯速率大幅度，可达到 4Mbps
的水平。
继 FIR之后,IRDA又发布了通讯速率高达 16Mbps的
VFIR(Very Fast InfraRed)技术，并将它作为补充纳入
IrDA1.1标准之中。
6.8 红外 接口
——IrDA标准
第 45 页
计
算
机
硬
件
技
术
基
础
“蓝牙”是一种近距离无线数据通讯技术标准。它能
够在 10米 (扩展标准为 100米 )的半径范围内实现多点的无
线数据传输，其数据传输带宽为可达 1Mbps。通讯频率
为 2.402GHz~2.480GHz。
蓝牙通讯技术的特点：
? 使用跳频频谱扩展技术，在一次连接中，无线电收发
器按一定的码序列不断地从一个信道“跳”到另一个信
道 (1600/秒,79频道 )；
? 一台蓝牙设备可同时与其它七台蓝牙设备建立连接；
? 数据传输速率为 1Mb/s；
? 低功耗、通讯安全性好；
? 在有效范围内可越过障碍物进行连接，没有特别的通
讯视角和方向要求；
? 支持语音传输，组网简单方便。
6.9 蓝牙－ Bluetooth
第 46 页
计
算
机
硬
件
技
术
基
础
作业
教材,1,2,3,5
另加：
1,比较连接硬盘的三种接口（ ATA,S-ATA和
SCSI）的特点。
2,为什么大多数接口电路中需要有缓冲存储机
制？
? 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
计
算
机
硬
件
技
术
基
础
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
USB
总线
微型
机主
机板
微型
机主
机箱
第 4 页
计
算
机
硬
件
技
术
基
础
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
计
算
机
硬
件
技
术
基
础
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
计
算
机
硬
件
技
术
基
础
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 D0~D7 外部数据 D0~D7
写控制 (WR)：将
数据写入输出寄
存器,1→RS
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,0→RS
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
计
算
机
硬
件
技
术
基
础
双
向
缓
冲
数据总线
发送数据
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
计
算
机
硬
件
技
术
基
础
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
计
算
机
硬
件
技
术
基
础
6.1.2 接口的操作 (p148)
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，见图 6-2。
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
第 10 页
计
算
机
硬
件
技
术
基
础
例如：串行端口 1(COM1:)，使用地址为 3F8~3FE的 I/O端口
6.1 接口的基本知识
地址 方向 用途说明
3F8 IN/OUT 数据接收 /发送寄存器，数据输入和输出
3F9 OUT 中断允许寄存器，设定是否允许产生中断
3FA IN 中断标志寄存器，指示中断类型
3FB OUT 线路控制寄存器，用于完成对接口电路的控制
3FC OUT MODEM控制寄存器
3FD IN 线路状态寄存器，指示接口电路的状态
3FE IN MODEM状态寄存器
例如其中：线路状态寄存器 (3FD)：
保留
D7
发送
移位
寄存器
D6
发送
保持
寄存器
D5
接收
间断
错误
D4
接收
格式
错误
D3
接收
奇偶
错误
D2
接收
超越
错误
D1
接收
数据
就绪
D0
查询控制方式的特点：简单、程序开销大 (效率低 )。
第 11 页
计
算
机
硬
件
技
术
基
础
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
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 12 页
计
算
机
硬
件
技
术
基
础
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
No
Yes
No
Yes
Yes
No
Yes
No
第 13 页
计
算
机
硬
件
技
术
基
础
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。
① 外设向 DMAC发出请求信号；
② DMAC向 CPU发出请求；
③ CPU响应后向 DMAC发出允许信号，同时让出总线控制权；
④ DMAC接管总线，发出总线信号，完成数据传送；
⑤ DMAC向 CPU发出结束请求；
⑥ CPU响应结束请求，接管总线。
第 14 页
计
算
机
硬
件
技
术
基
础
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
5~8个数据位 停止位起始位
6.2.1 串行接口标准
第 15 页
计
算
机
硬
件
技
术
基
础
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
1
0
0
1
1
0
1
1
0
1
0
1
0
1
1
主机
系统总线
接口
连接器
10011011
串行时钟
第 16 页
计
算
机
硬
件
技
术
基
础
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,IN
USB
(两个 )
鼠标
(PS/2)
键盘
并行
接口
集成声卡
游戏杆 /MIDI
6.2 串行接口
——RS-232-C串行接口标准
第 17 页
计
算
机
硬
件
技
术
基
础
1
6
5
9
CD:载波检测 1
RxD:接收数据 2
TxD:发送数据 3
DTR:数据终端就绪 4
GND:地线 5
DSR:数据设备就绪 6
RTS:请求发送 7
CTS:清除 发送 8
RI:振铃指示 9
外
部
设
备
DCE
主
机
DTE
DB9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 18 页
计
算
机
硬
件
技
术
基
础
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 (0~3/5V)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
+5V
0V
+12V
-12V
1 1 0 1 0 1 1 0 发送 接收
第 19 页
计
算
机
硬
件
技
术
基
础
6.2.4 RS-232C接口信号
2,接口参数
① 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,
Bit Per Second)。
② 可设定 5~8个数据位。
③ 可设定 1,1.5,2个停止位。
④ 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 20 页
计
算
机
硬
件
技
术
基
础
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 RTS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,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 － － － － － －
PC MODEM 电话网
RS-
232
电话
线路 电话线路
RS-
232
MODEM PC
第 22 页
计
算
机
硬
件
技
术
基
础
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 23 页
计
算
机
硬
件
技
术
基
础
6.3 并行接口
6.3.1 并行接口引线定义
PC 机 D B 2 5
并行口引脚
信号线
定义
有效
极性
信号
方向
1 选通 ( S t r o b e ) － →
2 ~ 9 数据 ( D 0 ~ D 7 ) ＋ →
10 应答信号 ( A c k n o w l e d g e ) － ←
11 忙信号 ( B u s y ) ＋ ←
12 无纸信号 ( P e p e r E n d ) ＋ ←
13 联机信号 ( S e l e c t ) ＋ ←
14 自动走纸 ( A u t o L e e d ) － →
15 错误信号 ( E r r o r ) － ←
16 初始化 ( I n i t i a l i z e P r i n t e r ) － →
17 选择输入 ( S e l e c t I n p u t ) － →
18 ～ 25 地 / 返回数据 ( G N D / D 0
R
~ D 7
R
) 0/ － － / ←
第 24 页
计
算
机
硬
件
技
术
基
础
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、
脱机以及错误状态。
第 25 页
计
算
机
硬
件
技
术
基
础
6.3 并行接口
——并行接口标准
6.3.3 并行接口新标准
最早 (PC机初期 )的并行口只有输出没有输入功能，只
适合接打印机。之后并行口的改进模式：
1.标准并行口 (4位 ),增加 4位输入能力，输出速率 150KB/s，
输入速率 50KB/s。
2.双向并行口 (SPP), 8位输入，双向传输速率 150KB/s。
3.增强并行口 (EPP),高速双向，传输速率 500KB ~
2MB/s。适合双向高速传送。
4.增强性能并行口 (ECP),高速双向，传输速率 500KB ~
2.5MB/s。需要 DMA支持。适合单向高速传送。
目前的 PC机都支持 EPP和 ECP模式。一般可通过 BIOS
设置为 EPP+ECP模式。
第 26 页
计
算
机
硬
件
技
术
基
础
6.4 USB(Universal Serial Bus)接口
6.4.1 USB接口的发展
由 Compaq,Intel,Microsoft,NEC等公司于 96年
共同研制发布。
目前使用的有 USB1.1和 USB2.0两个版本。
Microsoft从 Windows 98 SE开始全面支持 USB。
第 27 页
计
算
机
硬
件
技
术
基
础
6.4.2 USB简介
USB是一种全新的,高速、
灵活、通用、方便、可靠的接
口。
1,物理接口
引脚 信号名
1 VCC +5V电源
2 -Data 信号负
3 +Data 信号正
4 GND 地线
6.4 USB 接口
第 28 页
计
算
机
硬
件
技
术
基
础
2,连接方式
PC机的 USB接口可以连接外设、复合设备和集线
器。最多可以连接 5级集线器，最多可连接 127台外设
和集线器。
6.4 USB 接口
复合外设
主机 7端口
集线器
外设
外设
USB1
2端口集线器
USB2
第 29 页
计
算
机
硬
件
技
术
基
础
3,速度
? USB1.1的高速模式为 12Mb/s，低速模式为 1.5Mb/s。
USB采用半双工传输方式。
? 但当一个 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。
? USB2.0的最高传输速率为 480Mb/s。
4,可靠性
? USB采用平衡传输方式，抗干扰性好。
? USB带纠错能力，可完成对软件透明的检错和重发。
6.4 USB 接口
第 30 页
计
算
机
硬
件
技
术
基
础
5,使用方便
?自带 +5VDC电源，可输出 500mA。
?具有热插拔能力。
6,节省资源
节省系统硬件资源，尤其是中断线和 DMA通道。
7,四种传输模式，以适合不同应用：
?控制传输,适合高可靠、复杂的传输。
?中断传输,适合少量数据、需及时处理的传输，如键盘、
鼠标等。
?批量传输,适合大量突发性传输，如外存储器、打印机
等。
?实时传输,适合可靠性要求不高、实时性要求高的传输，
如音视频。
6.4 USB 接口
第 31 页
计
算
机
硬
件
技
术
基
础
6.5 IEEE-1394接口－ FireWire(火线 )
6.5.1 IEEE-1394简介
由 IEEE(The Institute of Electrical and Electronic
Engineers 电气和电子工程师协会 )于 1995年发布。
使用六芯传输 ——差分数据对、差分时钟对及电源
和地线，可通过电源线提供 1.5A电流。
传输速率为 100,200和 400Mb/s，最多支持 63个外部
设备。
6.5.2 IEEE-1394与 USB比较
1394,速度快、成本高。主要用于数字视频传输。
USB,普及、成本低。可应用于各种中、低速外设。
目前在笔记本计算机和数字音视频设备上都有
IEEE 1394接口。
第 32 页
计
算
机
硬
件
技
术
基
础
IDE的正式名称
为 ATA (AT附属 )，
IDE的初始版本由
早期 16位 ISA总线
(又叫 AT总线 )演变
而来。
用途,IDE接口目
前主要用于连接硬
盘的光盘驱动器。
一般通过软电缆连
接主机的 IDE接口
和硬盘及光驱。
6.6 IDE接口－ Integrated Drive Electronics
第 33 页
计
算
机
硬
件
技
术
基
础
IDE连接方式
PC机一般有 2个 IDE接口，每个 IDE接口可以连接 2
个 IDE外设，最多可以连接 4个设备 。
6.6 IDE接口
主机板
IDE1
IDE2
MASTER SLAVE
MASTER SLAVE
主机板
IDE1
IDE2
硬盘 (master)
光驱 (master)
第 34 页
计
算
机
硬
件
技
术
基
础
6.6.1 IDE版本
标准 名称 发表
年代
特点
改进
最高传
输速率
连接
器
A T A - 1
1988 C H S 寻址方式 4, 2 M B / s 40 线
A T A - 2 E I D E 或
F A S T - A T A
1996 增加 2 种 P I O 和 2 种
D M A 方式，增加电源管理
1 3, 3 M B / s 40 线
A T A - 3
1997 增加 S M A R T 和 L B A 方
式
1 6, 7 M B / s 40 线
A T A - 4
U l t r a - A T A / 3 3
或 U D M A / 3 3
1998 增加 U D M A / 3 3 方式，引
入 CRC 技术
33, 3 M B / s 80 线
40 针
A T A - 5
U l t r a - A T A / 6 6
或 U D M A / 6 6
1999 增加 U D M A / 6 6 6 6, 7 M B / s 80 线
40 针
A T A - 100
U l t r a - A T A / 1 0 0
或 U D M A / 1 0 0
2000 增加 U D M A / 1 0 0 1 0 0 M B / s 80 线
40 针
A T A - 133 U l t r a - A T A / 1 33
或 U D M A / 1 33
增加 U D M A / 1 33 1 3 3 M B / s 80 线
40 针
6.6 IDE接口
第 35 页
计
算
机
硬
件
技
术
基
础
CHS,(Cylinder-Head-Sector 簇 -磁头 -扇区 )通过给出磁
盘的簇号、磁头号和扇区号对磁盘指定区域访问。
支持最大容量 504MB的硬盘。
PIO,(Programmed I/O 编程的输入 /输出 )一种 IDE接口传
送模式，和之后的 DMA模式相比占用 CPU时间资
源多。 PIO有 4种子模式 (MODE 1~4)：
PIO 存取周期 存取周期
MODE (ns) (MB/s)
0 600 3.2
1 383 5.2
2 240 8.3
3 180 11.1
4 120 16.7
6.6 IDE接口
——IDE的主要技术
第 36 页
计
算
机
硬
件
技
术
基
础
SMART,(Self-Monitoring,Analysis and Reporting
Technology 自监视、分析和报告技术 )提高硬盘系
统的安全性。
LBA,(Logical Block Mode 逻辑块模式 )将 CHS参数变换
成逻辑块，支持最大容量 8.4GB的硬盘。
DMA,(Direct Memory Access 直接存储器访问 )比 PIO更
高效的传送模式，有 3种子模式 (MODE 0~2)：
DMA 处理周期 支持 传输速率
MODE (ns) 标准 (MB/S)
0 480 ATA-1 4.2
1 150 ATA-2 13.3
2 120 ATA-2 16.7
更高速的 DMA方式是 UDMA，在时钟的上沿和下
沿分别传送数据，速度加倍。
CRC,(Cyclic Redundancy Check 循环冗余校验 )
6.6 IDE接口
——IDE的主要技术
第 37 页
计
算
机
硬
件
技
术
基
础
6.6 IDE接口
——RAID
RAID,(Redundant Array of Independent Disks)，
——“容错式独立磁盘阵列”。目的在于通过多个磁
盘驱动器的协同来实现 高性能 或 高安全性 的目的。
RAID通常有 0,1,2,3,4,5等模式，其中 RAID 0
和 RAID 1则多见于 PC。 RAID 3,4,5采用复杂的
CRC纠错，通常只用于服务器 /工作站领域。
RAID
0
在读写时同时地对 2硬盘作交叉存储的并行
操作。速度提高一倍，可靠性减半。
RAID
1
2硬盘互为镜像。可靠性提高，容量利用率
减半。
RAID
0 + 1
RAID 0 和 RAID 1 的结合。可靠性和速度均
提高，容量利用率减半。至少需 4个盘。
第 38 页
计
算
机
硬
件
技
术
基
础
信号名 引脚
号
引脚
号
信号 名
总清 1 2 地
数据位 7 3 4 数据位 8
数据位 6 5 6 数据位 9
数据位 5 7 8 数据位 10
数据位 4 9 10 数据位 11
数据位 3 11 12 数据位 12
数据位 2 13 14 数据位 13
数据位 1 15 16 数据位 14
数据位 0 17 18 数据位 15
地 19 20 键脚 ( 缺脚 )
D R Q 3 21 22 地
- I O W 23 24 地
- I O R 25 26 地
I / O C H R D Y
27 28
SPSYN C, C SE
L
- D A C K 3 29 30 地
I R Q 14 31 32 - I O C S 16
地址位 1 33 34 - PD I A G
地址位 0 35 36 地址位 2
- C S 1F X 37 38 C S 3F X
- D A / S P 39 40 地
6.6 IDE接口
——IDE的接口信号
6.6.2 IDE接口信号
IDE使用 40线接口，大部分信
号来自 ISA总线：
数据位 0~15,数据总线；
地址位 0~2,地址总线低 3位；
IOR,IOW,端口读、写；
DRQ3,DACK3,DMA通道 3
请求、应答信号；
IRQ14,中断请求。
第 39 页
计
算
机
硬
件
技
术
基
础
Serial-ATA 接口
——关于 SATA
2001年,Intel联合 APT,Dell、
IBM,Seagate以及 Maxtor，正式推
出了 Serial ATA 1.0规范。
目前 Serial ATA接口的硬盘和具有
Serial ATA接口的主机板已开始普及
应用。
Serial ATA接口为 7线平衡传输。
第 40 页
计
算
机
硬
件
技
术
基
础
Serial ATA硬盘的技术优势：
高数据传输率,第一代 S-ATA的数据传输率为 150MB/s
，超过了 ATA/133的 133MB/s传输率。而在已经发布的
S-ATA 2.0和 S-ATA 3.0规范中所将达到最高 300MB/s及
600MB/s的传输率。
简单的设备设置,点对点连接方式，不存在 IDE的主 /从
模式设置问题。
接口简单,接口为 7线，信号连接线为 2对平衡传输线，
最长 1米 (IDE连接线最长 0.4米 )。
支持热拔插,Serial ATA标准中加入了对热拔插的支持，
是一种性能更高、存储容量更大的移动存储方案。
Serial-ATA 接口
——技术特点
第 41 页
计
算
机
硬
件
技
术
基
础
6.7 SCSI接口
Small Computer Standard Interface
6.7.1 SCSI概述
SCSI原为小型计算机的标准外设接口，用于连接磁
盘机、磁带机等高速外部设备。
目前 SCSI在 PC中也有应用，主要用于高档服务器
系统连接硬盘、光盘驱动器、磁带机等。和 IDE接口相
比,SCSI接口速度快，可连接的设备多，但造价高。
PC机
主板
总
线
SCSI电缆 SCSI终端器
SCSI
控制
卡
IN OUT
外设
IN OUT
外设
IN OUT
外设
SCSI电缆 SCSI电缆
最多可串联 7/15台外部设备
第 42 页
计
算
机
硬
件
技
术
基
础
6.7 SCSI接口
6.7.2 SCSI电缆和连接器引脚定义
目前 SCSI分两类：即标准 SCSI(8位 )和 Wide SCSI
(16位 )。分别使用 50芯 (见表 6.12)和 68芯 (见表 6.13)电
缆连接器。最早的 SCSI (传统的 SCSI)使用 25芯电缆。
6.7.3 SCSI版本
SCSI1 SCSI2
Wide
SCSI2
Fast
SCSI2
Fast
Wide
Ultra
SCSI
Ultra
Wide
SCSI
Ultra2
SCSI
Ultra2
Wide
SCSI
Ultra
160M
SCSI
数据宽度
时钟速率 (MHz)
可接外设数目
传输速率 (MB/S)
8
5
7
5
8
10
7
10
16
5
15
10
16
10
15
20
8
20
7
20
16
20
15
40
8
40
7
40
16
40
15
80
16
40
15
160
第 43 页
计
算
机
硬
件
技
术
基
础
6.8.1 简介
IrDA是红外数据协会的简称,IrDA制订了一系列红
外数据通讯标准。
红外通讯技术是一种点对点的数据传输协议，是传
统的设备之间连接线缆的替代。它的通讯距离一般在 0
到 1米之间，传输速率最快可达 16Mbps。
特点：
红外线接口无连接线；
和其他无线电磁波传输方式相比，红外线传输有方
向性，一般不支持移动；
安全性好；
6.8 红外 接口－ IrDA
Infrared Data Association
第 44 页
计
算
机
硬
件
技
术
基
础
IrDA标准：
IrDA1.0,简称为 SIR(Serial InfraRed)，异步的、半双工
的红外通讯方式。 SIR以系统的异步通讯收发器 (UART)
为依托，由于受到 UART通讯速率的限制,SIR的最高通
讯速率只有 115.2Kbps。
IrDA1.1,即 Fast InfraRed，简称为 FIR。与 SIR相比，由
于 FIR不再依托 UART，通讯速率大幅度，可达到 4Mbps
的水平。
继 FIR之后,IRDA又发布了通讯速率高达 16Mbps的
VFIR(Very Fast InfraRed)技术，并将它作为补充纳入
IrDA1.1标准之中。
6.8 红外 接口
——IrDA标准
第 45 页
计
算
机
硬
件
技
术
基
础
“蓝牙”是一种近距离无线数据通讯技术标准。它能
够在 10米 (扩展标准为 100米 )的半径范围内实现多点的无
线数据传输，其数据传输带宽为可达 1Mbps。通讯频率
为 2.402GHz~2.480GHz。
蓝牙通讯技术的特点：
? 使用跳频频谱扩展技术，在一次连接中，无线电收发
器按一定的码序列不断地从一个信道“跳”到另一个信
道 (1600/秒,79频道 )；
? 一台蓝牙设备可同时与其它七台蓝牙设备建立连接；
? 数据传输速率为 1Mb/s；
? 低功耗、通讯安全性好；
? 在有效范围内可越过障碍物进行连接，没有特别的通
讯视角和方向要求；
? 支持语音传输，组网简单方便。
6.9 蓝牙－ Bluetooth
第 46 页
计
算
机
硬
件
技
术
基
础
作业
教材,1,2,3,5
另加：
1,比较连接硬盘的三种接口（ ATA,S-ATA和
SCSI）的特点。
2,为什么大多数接口电路中需要有缓冲存储机
制？
