Descripción general de la interfaz de la computadora

Indicador de velocidad de la interfaz; Incluyendo tiempo de CPU, interrupciones, DMA, etc.; control de errores, plug and play, fuente de alimentación, etc.

La relación entre el software de interfaz, el bus de E/S, el circuito de interfaz y los dispositivos externos conectados

Sistema informático compuesto por el chipset Intel865

Composición del circuito de interfaz

Funciones básicas de la interfaz

Transmisión de datos: La CPU ejecuta instrucciones de entrada/salida para intercambiar datos con dispositivos externos.

Búfer de datos: se utiliza para el almacenamiento temporal durante el proceso de entrada y salida. Cuando la otra parte no puede recibir datos a tiempo, los datos se almacenarán temporalmente en el circuito de interfaz. Puede ser de 1 o 2 bytes, o memoria FIFO, o área de almacenamiento de datos según las necesidades de la interfaz.

Conversión de señal: complete la conversión mutua de señales digitales de computadora y señales de dispositivos de E/S (como señales analógicas, señales de conmutación, conteo de pulsos, etc.).

Interrupción: La mayoría de los circuitos de interfaz tienen funciones de interrupción para mejorar la eficiencia del programa de interfaz.

Funciones avanzadas de la interfaz

Control de errores: implementar la detección o corrección de errores.

Protocolo de comunicación de alto nivel: implementa llamadas, paquetes de datos, control de flujo, etc.

Plug and play, gestión de energía, configuración dinámica, etc.

Operación de la interfaz: método de acceso (lectura/escritura) del programa a la interfaz. Diferentes circuitos de interfaz admiten diferentes modos de funcionamiento.

Modo de control de consultas: bajo el control activo del programa, lea el registro de estado para comprender la situación de la interfaz y completar las operaciones correspondientes del programa. Para comprender el estado de la interfaz de manera oportuna, se requieren operaciones de consulta que requieren mucho tiempo. La eficiencia de la CPU es baja.

Método de control de interrupción: cuando ocurre un evento en la interfaz que requiere intervención del programa, se notifica a la CPU a través de una interrupción, y luego la CPU lee el registro de estado para determinar el tipo de evento para ejecutar diferentes procesamiento de código. La CPU es eficiente y oportuna.

Método de control DMA: la transmisión de datos entre la CPU y la interfaz adopta la transmisión DMA, es decir, el proceso específico de transmisión lo completa el hardware (controlador DMA) y la velocidad de transmisión es más rápida que a través la CPU, especialmente cuando la transmisión por lotes es muy eficiente.

Interfaz serie

Transmisión serie: la información de datos se transmite bit a bit en forma serie. Como RS-232C, interfaz USB, interfaz SATA, interfaz de teclado y interfaz de mouse, etc.

Características: Guarde el número de líneas de interfaz, larga distancia de transmisión, circuito de interfaz complejo.

Serie síncrona y serie asíncrona: las interfaces serie se pueden dividir en dos categorías: serie síncrona y serie asíncrona. La interfaz serie síncrona tiene una línea de reloj en la línea de conexión, mientras que la interfaz serie asíncrona no tiene. línea de señal.

Transmisión serie síncrona:

Transmisión serie asíncrona:

Características básicas RS-232C

·Conector: mediante DB25 y DB9 (D tipo), DB25 se usa principalmente en equipos antiguos y DB9 se usa principalmente ahora.

·Longitud del cable: La longitud máxima del cable RS-232C está relacionada con el tipo de cable, velocidad de comunicación, etc., y generalmente está limitada a 15 metros.

·Tasa de comunicación: tarifa fija opcional 110, 300, 600, 1200, 2400, 3600, 4800, 7200, 9600, 14400, 19200, 28800, 33600, 38400, 57600, 115200bps (BitPerSecon d).

·Nivel de señal RS-232C: Usando el modo bipolar desequilibrado, el nivel negativo (-3~-15V) representa el 1 lógico y el nivel positivo (+3~+15V) representa el 0 lógico. Generalmente se utiliza ±5V o ±12V. El circuito de interfaz completa la conversión entre el nivel lógico interno (0~3/5V) y el nivel de señal de interfaz (-12~+12V).

·Forma de onda interna RS-232C y forma de onda de señal de interfaz:

Señal de interfaz RS-232C

·Conector de interfaz RS-232-C: conexión Los dos extremos son DTE (DataTerminalEquipment) y DCE (DataCommunicationEquipment).

·Descripción de la señal de interfaz (→:DTE a DCE, ←:DCE a DTE)

–TxD (TransmittedData→): Transmisión de datos.

–RxD(ReceiveData←): Recepción de datos

–RTS(RequestToSend→): Solicitud de envío, que indica una solicitud de envío de datos al DCE.

–CTS (ClearToSend←): Borrar para enviar (permitir enviar), lo que indica que DCE puede recibir datos y responder a RTS.

–DTR(DataTerminalReady→): El terminal de datos está listo, lo que indica que el DTE está listo.

–DSR (DataSetReady←): El dispositivo de datos está listo, lo que indica que el DEC está listo.

–RI(RingIndicator←): Indicación de detección de timbre, utilizada por MODEM.

–CD(CarrierDetect←): Indicación de detección de portadora, utilizada por MODEM.

Un ejemplo de aplicación de RS-232C

Ejemplo de operación: DCE es MODEM y DTE es PC. El método de comunicación es full-duplex mediante comunicación DTR/DSR (no se utilizan RTS ni CTS). (Parte llamada RS-232)

Implementación de RS-232C en PC

·En las primeras PC, la interfaz serie se implementaba mediante un chip IC independiente, por ejemplo, Intel8250. El componente funcional que implementa la comunicación en serie se llama UART (UniversalAsynchronousReceiver/Transmitter).

·En las PC modernas, UART y otros circuitos de interfaz estándar están integrados, llamados chips SuperI/O. El chip SuperI/O está integrado en el chip Southbridge (o ICH).

Un chipset general integra 2 interfaces seriales, y la interfaz serial se puede agregar mediante la inserción de una tarjeta o una expansión USB. La dirección del puerto predeterminado del sistema y la configuración de interrupción se muestran en la tabla.

La PC asigna 8 direcciones de puerto de registro para el UART y la mayoría de los UART utilizan 7 de ellas.

Interfaz paralela

Propósito: Los primeros puertos paralelos se utilizaban para conectar impresoras. Posteriormente se convirtió en una interfaz multifuncional estándar para conectar unidades de disco óptico externas, discos duros externos, etc.

Estándar: El estándar IEEE1284 es un estándar de interfaz paralela establecido en 1994. Este estándar define las características físicas, especificaciones eléctricas y modos de transferencia de datos del puerto paralelo.

Características: Se definen 8 líneas de datos en la interfaz paralela, transmitiendo un byte a la vez. La velocidad es mucho más rápida que la del puerto serie, 150 KB ~ 2 MB/s.

Conector: Un extremo del PC utiliza un conector DB25.

Señales de interfaz de IEEE1284

Señales en el conector del puerto paralelo DB25: se definen 8 líneas de datos, 4 líneas de control de salida y 5 líneas de estado. Todas las líneas de señal tienen un nivel de 5VTTL.

El modo de trabajo de IEEE1284

El primer puerto paralelo (en los primeros días de la PC) solo tenía funciones de salida y no de entrada, y solo era adecuado para conectar impresoras.

Modo de adición de puerto paralelo posterior:

·Puerto paralelo estándar (SPP: Standard ParallelPort): agrega capacidad de entrada de 4 bits, velocidad de salida de 150 KB/s, velocidad de entrada de 50 KB/s.

·Puerto paralelo bidireccional (PS/2): entrada de 8 bits, velocidad de transmisión bidireccional 150KB/s.

·Puerto Paralelo Mejorado (EPP: EnhancedParallelPort): bidireccional de alta velocidad, velocidad de transmisión 500KB~2MB/s. Adecuado para transmisión bidireccional de alta velocidad.

·Puerto paralelo de rendimiento mejorado (ECP: EnhancedCapabilityPort): bidireccional de alta velocidad, velocidad de transmisión 500KB~2MB/s. Soporte DMA. Adecuado para la transmisión unidireccional de alta velocidad de datos por lotes.

USB

Interfaz USB

·Fue desarrollada y lanzada conjuntamente por Compaq, Intel, Microsoft, NEC y otras empresas en 1996.

·Actualmente se utilizan dos versiones de USB1.1 y USB2.0.

·Microsoft es totalmente compatible con USB a partir de Windows98SE. Nueva tecnología en serie

·Debido al desarrollo de la tecnología de circuitos integrados, se ha reducido el costo de los chips integrados para circuitos de interfaz altamente complejos.

·La transmisión en serie punto a punto puede aumentar considerablemente la velocidad de transmisión.

·Las computadoras modernas tienen requisitos más altos para la velocidad de transmisión de las interfaces.

USB - Introducción

·Interfaz física

El USB utiliza una transmisión de 4 cables, incluidas dos líneas de señal y dos líneas de alimentación. Los conectores USB estándar se dividen en dos tipos: A y B. El conector A se usa para el host y el conector B se usa para periféricos.

·Modo y velocidad de transmisión

El USB adopta el modo semidúplex equilibrado.

USB1.1 tiene dos modos de transmisión física, el modo de velocidad máxima es de 12 Mb/s y el modo de baja velocidad es de 1,5 Mb/s.

La velocidad física del modo de alta velocidad USB2.0 es de 480 Mb/s y también es compatible con USB1.1.

USB - esquema de sincronización

·Codificación NRZI (NonReturntoZeroInvert, código inverso sin retorno a cero) La transmisión en línea USB utiliza codificación NRZI, que equivale a insertar un reloj y los datos no cambia 1. Si los datos cambian, significa 0. Y se debe insertar un 0 después de 6 1 consecutivos, y el extremo receptor eliminará el 0 insertado de acuerdo con esta regla.

USB - método de conexión

·Método de conexión

La interfaz USB del PC puede conectar periféricos, dispositivos compuestos y concentradores. Se pueden conectar hasta 5 niveles de concentradores y se pueden conectar hasta 127 periféricos y concentradores.

USB - Características

·Alta confiabilidad

El USB adopta un método de transmisión equilibrado y tiene un buen rendimiento antiinterferencias.

El USB tiene capacidades de corrección de errores, que pueden completar la detección de errores y la retransmisión de forma transparente para el software.

·Fácil de usar

Viene con fuente de alimentación de +5 VCC y puede generar 500 mA. La interfaz tiene capacidades de administración de energía.

Tiene capacidades intercambiables en caliente y puede ser plug-and-play con la cooperación del sistema operativo.

· Ahorre recursos

Varios dispositivos utilizan el mismo conjunto de interrupciones y canales DMA.

·Acerca de la velocidad del USB

Método de transmisión semidúplex;

Transmisión en serie: la información contiene información de estado, control y verificación de errores;

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Compartir entre múltiples dispositivos: un ancho de banda de transmisión USB raíz es compartido por múltiples dispositivos conectados;

Codificación NRZI: la cantidad de datos aumentará después de la codificación NRZI.

USB - modo de transferencia

·Cuatro modos básicos de transferencia de datos de USB

Transferencia de control (Controltransfer)

Soporta la transmisión externa de El control, el estado, la configuración y otra información entre el dispositivo y el host proporciona un canal de control entre el dispositivo periférico y el host.

Transferencia isócrona (Isochronoustransfer)

Adecuado para la transmisión de datos continua, ininterrumpida y en tiempo real con requisitos de ancho de banda constantes. Este tipo no tiene verificación de errores. Adecuado para equipos de audio y vídeo.

Transferencia interrumpida (Interrupttransfer)

Adecuado para transmisiones con pequeños volúmenes de datos, sin periodicidad, pero sensible al tiempo de respuesta.

Transferencia de bloques de datos (Bulktransfer)

Adecuado para la transmisión de grandes cantidades de datos pero sin requisitos de tiempo real, el USB sólo realiza este tipo de transmisión de datos cuando se cumple el ancho de banda. Adecuado para dispositivos de almacenamiento externo.

Interfaz IEEE-1394

· 1394a fue lanzado en 1995. La versión posterior es 1394b

· 1394a: el estándar define múltiples velocidades de transmisión, velocidades de transmisión de 12,5, 25, 50, 100, 200 y 400 Mb/seg.

· 1394b: El estándar desarrollado para la próxima generación de PC añade 800 y 1600Mb/seg. Si se utiliza fibra óptica, la velocidad máxima de transmisión se incrementa a 3200Mb/seg.

·Interfaz

Utiliza transmisión de seis núcleos: par de datos diferencial, par de reloj diferencial, cables de alimentación y tierra, y puede proporcionar corriente de 1,5 A a través de la línea de alimentación.

Interfaz IEEE-1394 - en comparación con USB

Interfaz IDE

· IDE (Integrated Device Electronics) es una interfaz interna, también llamada interfaz ATA.

· Propósito: Es una interfaz universal utilizada por las PC para conectar discos duros y unidades de disco óptico. Generalmente, hay dos interfaces IDE en la placa base de la PC.

· Conexión: Generalmente, la interfaz IDE del ordenador host se conecta al disco duro y a la unidad óptica a través de un cable flexible.

Interfaz IDE - conexión

· Método de conexión IDE

Las PC generalmente tienen 2 interfaces IDE, y cada interfaz IDE se puede conectar a 2 periféricos IDE, se pueden conectar a 4 dispositivos.

Interfaz IDE - Desarrollo de versión

·Cable de conexión IDE

El conector IDE es un conector de doble fila de 40, y 40 se añaden a la conexión estándar UDMA Cable Cable de tierra (cable 80), conector sin cambios.

Interfaz IDE - modo de transferencia

· PIO: (entrada/salida de programación de E/S programadas) un modo de transferencia de interfaz IDE, que consume tiempo de CPU en comparación con el modo DMA posterior. Son muchos recursos. PIO tiene 5 submodos (MODE0~4): Modo PIO 0 1 2 3 4 velocidad de transmisión 3.2 5.2 8.3 11.1 16.7

· DMA: (Acceso directo a memoria DirectMemoryAccess) Un modo de transferencia más eficiente que PIO, hay 3 modos semilla (MODE0~2):

Modo DMA 0 1 2 estándar: ATA-1 ATA-2ATA-2 velocidad de transmisión: 4.2 13.3 16.7

· UDMA: ( Ultra-DMA) es un método de mayor velocidad que el DMA ordinario, utiliza un reloj de mayor velocidad y transmite datos en los bordes superior e inferior del reloj respectivamente, duplicando la velocidad. Las tasas de transferencia pueden alcanzar 33, 66 y 100 MB/s.

Interfaz IDE - funciones avanzadas

· SMART: (Tecnología de automonitoreo, análisis e informes) mejora la seguridad de los sistemas de disco duro.

· CRC: (CyclicRedundancyCheck Cyclic Redundancy Check)

· RAID (RedundantArrayofIndependentDisks matriz de discos independiente tolerante a fallas): El propósito es lograr un alto rendimiento o un propósito de alta seguridad. RAID suele tener 0, 1, 2, 3, 4, 5 y otros modos, entre los cuales RAID0 y RAID1 son más comunes en las PC. RAID3, 4 y 5 utilizan una corrección de errores CRC compleja y normalmente sólo se utilizan en el campo del servidor/estación de trabajo.

Interfaz SATA

Intel, junto con muchos fabricantes, lanzó la especificación SerialATA1.0 en 2001. SATA básico tiene una velocidad de transferencia de 150 MB/seg.

SATA adopta tecnología de transmisión equilibrada en serie de alta velocidad y transmisión por cable blindado, lo que mejora las características antiinterferencias y aumenta la velocidad de transmisión.

Interfaz disco duro SATA

Interfaz ATA (IDE) y disco duro interfaz SATA

Interfaz SATA - conector y cable

Conexión: El conector de interfaz SATA es una conexión de 7 cables y la línea de transmisión es un cable blindado de 4 cables. La transmisión de señal adopta un modo de transmisión equilibrado y el voltaje de transmisión es de +0,25 V y -0,25 V.

Interfaz SATA

Versión SATA: Actualmente existen 3 versiones de SATA, con velocidades de transmisión de 150, 300 y 600 MB/seg respectivamente.

Conexión externa: Dado que el cable SATA es muy delgado y admite conexión en caliente, la interfaz SATA se puede utilizar como una interfaz externa de alta velocidad.

Interfaz SCSI

· SCSI (Small Computer Standard Interface): Originalmente una interfaz periférica estándar para computadoras pequeñas, se utiliza para conectar dispositivos externos de alta velocidad como unidades de disco y cintas. unidades.

· Aplicación de SCSI en PC: Se utiliza principalmente en sistemas de servidores de alta gama para conectar discos duros, unidades de disco óptico, unidades de cinta, etc. En comparación con la interfaz IDE, la interfaz SCSI es rápida y puede conectar más dispositivos, pero el costo es alto.

· Conexión SCSI: modo en cadena.

Interfaz SCSI - cables y conectores

· Cables y conectores

Actualmente, SCSI se divide en dos categorías: SCSI Estándar (8 bits) y WideSCSI ( 16 bits). Utilice un cable tipo A de 50 núcleos (consulte la Tabla 6.17) y un cable y conector tipo P de 68 núcleos, respectivamente.

Cable SCSI de 50 hilos lado host Cable SCSI de 50 hilos lado periférico

Interfaz SCSI - versión

Interfaz SCSI - de SCSI a SAS

·SAS (SerialAttachedSCSI): un estándar de interfaz SCSI de nueva generación que adopta el protocolo SCSI y una tecnología de transmisión en serie similar a SATA.

· En ​​el futuro, SATA y SAS coexistirán.

Estándar IrDA

· Estándar IrDA:

IrDA1.0: Abreviatura Es SIR (SerialInfraRed), un método de comunicación por infrarrojos semidúplex asíncrono. SIR se basa en el transceptor de comunicación asíncrono (UART) del sistema. Debido a la limitación de la velocidad de comunicación UART, la velocidad de comunicación máxima de SIR es de sólo 115,2 Kbps.

IrDA1.1: FastInfraRed, denominado FIR. En comparación con SIR, debido a que FIR ya no depende de UART, la velocidad de comunicación aumenta considerablemente, alcanzando el nivel de 4Mbps. Después de FIR, IrDA lanzó la tecnología VFIR (VeryFastInfraRed) con una velocidad de comunicación de hasta 16 Mbps y la incorporó al estándar IrDA1.1 como complemento.