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1、第第6 6章章 I/OI/O系统设计系统设计6.1 6.1 输入输出输入输出(I/O)(I/O)系统概述系统概述6.2 6.2 程序查询方式程序查询方式6.3 6.3 中断输入输出方式中断输入输出方式6.4 DMA6.4 DMA输入输出方式输入输出方式6.5 I/O6.5 I/O通道和处理机通道和处理机6.6 6.6 总线结构总线结构6.7 6.7 外部设备外部设备6.8 6.8 外设外设接口接口习题习题6 6第第6 6章章 I/OI/O系统设计系统设计6.1 6.1 输入输出输入输出(I/O)(I/O)系统概述系统概述6.1.1 I/O6.1.1 I/O系统需要解决的主要问题系统需要解决的主
2、要问题输输入入输输出出系系统统，简称I/O(Input/Output)系统，是一个计算机系统中主机与外界进行数据交换的软件、硬件系统。一般将主机以外的硬件设备称为输输入入输输出出设设备备或外外部部设设备备，简称外外设设。根据信息流入主机的方向不同，可将外设分为以下两大类：输输入入设设备备：向主机输入程序、数据、操作命令、图形、图像、声音等信息。输输出出设设备备：输出主机的处理数据、操作提示、文字、表格、图形、图像、声音等信息。I/O接接口口也称为输输入入输输出出控控制制器器或I/O模模块块，通常指设备硬件之间的界面，或指主机与外设(或系统)之间的接口逻辑，即硬件接口硬件接口。图6.1 常见外部
3、设备I/O系统常用的指标有：数数据据传传输输速速率率：每秒的传输二进制信息位数，单位为位/秒、bps或b/s。S=1/Tlog2N(bps)(6.1)式中，T为一个码元的宽度，单位为秒；N为一个码元中离散值个数。在数字通信中，常用时间间隔相同的信号来表示一位二进制数字，相应的传输信号称为码码元元(symbol)。信信号号传传输输速速率率：也称波波特特率率、调调制制速速率率或码码元元速速率率，指单位时间内传输的码元数，单位为波特(Baud)。B=1/T(Baud)(6.2)式中，T为信号码元的宽度，单位为秒。由(6.1)、(6.2)式得：B=S/log2N(Baud)(6.3)即带宽越大，数据传
4、输速率越大。一个I/O接口的典型结构包括数据寄存器（组）、状态寄存器（组）、控制寄存器（组）、地址译码逻辑等。6.1.2 I/O6.1.2 I/O接口的结构与功能接口的结构与功能图6.2 I/O接口的典型结构 命令寄存器命令寄存器和命令译码器和命令译码器 设备选择设备选择 电路电路 设备状态设备状态 标记标记 数据缓冲数据缓冲 寄存器寄存器DBR 控控制制逻逻辑辑电电路路I/O接口接口外外 部部 设设 备备数据线数据线命令命令状态状态数据线数据线命令线命令线状态线状态线CPU地址线地址线（1）并行接口和串行接口按照数据传送格式可将接口分为并行接口和串行接口两类。在并行接口中，主机与接口、接口与
5、I/O设备之间都是以并行方式传送信息，即每次传送一个字节(或一个字)的全部代码。在串行接口中I/O设备与接口之间是一位一位地串行传送数据的，而接口和主机之间则是按并行方式交换数据。（2）同步接口和异步接口按时序的控制方式可将接口分为同步接口和异步接口。（3）程序控制和硬件控制u由程序控制的数据传送直接程序控制方式(Programmed Direct Control，PDC)程序中断传送方式(Program Interrupt Transfer，PIT)。u由专有硬件控制的数据传送。6.1.3 I/O6.1.3 I/O接口的类型接口的类型（4）总线型连接方式这种连接方式是目前大多数中、小型计算机
6、，包括微型计算机所采用的连接模式。对I/O端口编址的方法分为两种，一种是单单独独编编址址方方式式，也称独独立立编编址址方方式式；另一种是存存储储器器映映射射方方式式，也称存存储储器器统统一一编编址址方方式式。独立编址方式指存储单元与I/O接口寄存器的地址分别编址，各自有自己的译码部件。例如在IBM PC微型计算机系统中，内存单元的地址最多有1M个，I/O端口地址有1024个，各自独立编址。这种编址方法的优点是：I/O端口与存储器单元都有各自独立的地址空间，各自的地址译码与控制电路会相对简单一些，同时由于设置了I/O指令，程序的结构比较清晰、便于阅读、修改程序。存储器映射方式是从主存储器地址空间
7、中分出一部分地址作为I/O端口地址。由于能访问存储单元的指令都能够访问到I/O端口，不需要在CPU中设置专门的I/O指令及相应的总线控制时序，I/O程序编制较为灵活。缺点是存储器的空间被占用，源程序中的I/O部分难以阅读、修改及维护。6.1.4 6.1.4 输入输出设备的输入输出设备的编址编址6.2 6.2 程序查询方式程序查询方式6.2.1 6.2.1 程序查询流程程序查询流程图6.3 程序查询方式的程序流程设置主存缓冲区首址设置计数值启动外设传送一个数据修改主存地址修改计数值结束I/O传送准备好？传送完？未完是完否程序查询方式的核心问题在于每时每刻需不断查询I/O设备是否准备就绪。在程序的
8、主动控制下，通过读取状态寄存器了解接口的情况，完成相应的程序操作，如图6.3所示。为了及时了解接口的状态，需要时间密集的查询操作，CPU效率低。6.2.2 6.2.2 程序查询方式的接口电路程序查询方式的接口电路图6.程序查询方式接口电路（输入）的基本组成设备选择电路DBRQQ&数据线准备就绪启动命令地址线SEL输入数据启动设备设备工作 结束DB以输入设备为例，该接口的工作过程如下：当CPU通过I/O指令启动输入设备时，指令的设备码字段通过地址线送至设备选择电路。若该接口的设备码与地址线上的代码吻合，其输出SEL有效。I/O指令的启动命令经过“与非”门将工作触发器B置1，将完成触发器D置0。由
9、B触发器启动设备工作。输入设备将数据送至数据缓冲寄存器。由设备发设备工作结束信号，将D置1，B置0，表示外设准备就绪。D触发器以“准备就绪”状态通知CPU，表示“数据缓冲满”。CPU执行输入指令，将数据缓冲寄存器中的数据送至CPU的通用寄存器，再存入主存相关单元。中中断断技技术术：当接口出现需要程序干预的事件，通过中断通知CPU，CPU再读取状态寄存器，确定事件的种类，以便执行不同的代码处理，效率高而且及时。中中断断：指当出现需要时，CPU暂时停止当前程序的执行转而执行处理新情况的程序和执行过程。中中断断源源：凡是能够引起中断的原因、或提出中断请求的设备和异常故障，均称被称为“中断源”。中中断
10、断屏屏蔽蔽：是指通过设置相应的中断屏蔽位，禁止响应某个中断。这样作的目的，是保证在执行一些重要的程序中不响应中断，以免造成迟缓而引起错误。因此，从中断是否可以被屏蔽来看，可分为可可屏屏蔽蔽中中断断（Maskable Interrupt）和不不可可屏屏蔽蔽中中断断（Non-maskable Interrupt，NMI）两类。6.3 6.3 中断输入输出方式中断输入输出方式6.3.1 6.3.1 中断的作用、产生和响应中断的作用、产生和响应硬硬件件中中断断（硬硬中中断断）：是一个异步信号，表明需要注意、或需要改变执行一个同步事件。软软件件中中断断（软软中中断断）：是利用硬件中断的概念，用软件方式进
11、行模拟，实现宏观上的异步执行效果。外外部部中中断断：一般是指由计算机外设发出的中断请求，如：键盘中断、打印机中断、定时器中断等。外部中断是可以屏蔽的中断。内内部部中中断断：是指因硬件出错（如突然掉电、奇偶校验错等）或运算出错（除数为零、运算溢出、单步中断等）所引起的中断。内部中断是不可屏蔽的中断。图6.6 CPU与打印机并行工作的时间示意图发中断请求 空闲接收数据接收数据准备发中断请求打印打印打印机执行主程序继续执行主程序继续执行主程序响应中断中断返回响应中断中断返回 启动打印机传送数据传送数据CPU6.3.2 6.3.2 中断处理流程中断处理流程 一般中断服务程序的流程分四大部分：保护现场、
12、中断服务、恢复现场和中断返回。（1）保护现场 保护现场有两个含义，其一是保存程序的断点；其二是保存通用寄存器和状态寄存器的内容。前者由中断隐指令完成，后者由中断服务程序完成。（2）中断服务(设备服务)这是中断服务程序的主体部分，对于不同的中断请求源，其中断服务操作内容是不同的。（3）恢复现场（4）中断返回 中断服务程序的最后一条指令通常是一条中断返回指令，使其返回到原程序的断点处，以便继续执行原程序。为处理I/O中断，在I/O接口电路中必须配置相关的硬件线路。（1）中断请求触发器和中断屏蔽触发器6.3.3 6.3.3 程序程序中断设备接口的组成和工作原理中断设备接口的组成和工作原理图6.8 中
13、断接口电路DQ&1来自来自 CPU 的的中断查询信号中断查询信号受设备本身控制受设备本身控制INTR D MASKQ中断请求中断请求图6.9 链式排队器（2）排队器221INTP11INTP21INTP31INTP4&INTR1INTR2INTR3INTR4INTR1INTR2INTR3INTR4 1&1&1&1&INTP1INTP2INTP3INTP4INTR2INTR1INTR1INTR21&INTP2图6.10 通过向量地址寻找入口地址（3）中断向量地址形成部件(设备编码器)显示器服务程序显示器服务程序 打印机服务程序打印机服务程序JMP 400JMP 300JMP 200主存主存12H
14、13H14H200300向量地址向量地址入口地址入口地址入口地址入口地址入口地址入口地址由软件产生由软件产生硬件向量法硬件向量法图6.12 链式排队线路和设备编码器 直直接接存存储储器器访访问问方方式式(Direct Memory Access，DMA)，是一种直接依靠硬件在主存与I/O设备间进行数据传送，且在数据传送过程中不需CPU干预的I/O数据传送控制方式。CPU与接口的数据传送的具体过程由硬件（DMA Controller，DMAC，DMA控制器）完成，传送速度比通过CPU快。（1）CPU暂停方式（2）周期挪用方式（周期窃取方式周期窃取方式）（3）交替访问内存方式6.4 DMA6.4
15、DMA输入输出方式输入输出方式6.4.1 DMA6.4.1 DMA方式的特点与应用场合方式的特点与应用场合图6.12 DMA控制器的基本组成框图6.4.2 DMA6.4.2 DMA控制器组成控制器组成DMA接口主存CPUDMA 控 制 逻 辑 中 断 机 构设备HLDAARWCDARHRQ中断请求数据线地址线+1+1溢出信号DREQDACKBRDMA传送方式是指DMA控制器获取或使用总线的方法。DMA控制方式下的数据传送过程可分为三个阶段：DMA传送前预处理阶段，数据传送阶段及传送后处理阶段。（1）DMA预处理在进行DMA数据传送之前，需要CPU执行一段程序，做一些必要的准备工作。（2）数据交
16、换操作DMA控制器获取总线后，DMA控制器根据在DMA预处理阶段CPU送来的DMA操作命令字所规定的传送方式进行输入或输出操作，直到将所有数据传输完毕（WC为溢出状态），DMA控制器交还总线，发出中断请求。（3）DMA后处理接到中断请求后CPU响应中断，CPU停止原程序的执行，转去执行中断服务程序，做一些DMA的结束处理工作。6.4.3 DMA6.4.3 DMA的数据传送过程的数据传送过程 I/OI/O指指令令是计算机系统给用户使用的指令系统的一部分，由CPU负责解释执行。I/OI/O通通道道指指令令又称为I/OI/O通通道道控控制制字字(Channel Command Word，CCW)，它
17、是用来编制I/O通道程序的指令，专供I/O通道来解释执行，以实现I/O数据传输等I/O操作。在早期的I/O通道实现中，I/O通道程序存放在主机的主存储器中，例如IBM 370系统。6.5 I/O6.5 I/O通道和处理机通道和处理机6.5.1 6.5.1 通道的概述通道的概述（1）字节多路通道 用于连接多台慢速外设，如键盘、打印机等以字节交叉方式传送信息数据传输率等于各慢速外设速度之和6.5.2 6.5.2 通道的类型通道的类型图6.15 字节多路通道传送方式示意图A1A2B1B2C1C2通道通道A1 B1 C1 A2 B2 C2。（2）选择通道可连接多台高速外设，但一次只选择一台设备，成组传
18、送。待一批数据传送完毕后，才能选择另一台设备。数据传输率等于所连接外设中速度最高的外设速率图6.16 选择通道传送方式示意图A1A2B1B2C1C2通道通道A1 A2C1B2B1C2（3）数组多路通道综合前两种通道的优点，可连接多台高速设备，允许几台设备并行工作，以成组交叉方式传送。每个外设都有数据缓冲区。最大传输率为所连外设中传输率最大的一个。通道位于主机与设备控制器之间，图中示意性的画出了主要信息传送途径，不是实际的逻辑连接线。6.5.3 6.5.3 通道的组成结构通道的组成结构（1）通道地址寄存器（CAWR）（2）通道指令寄存器(CCWR)（3）数据缓冲寄存器（4）设备地址寄存器（5）通
19、道状态字寄存器（CSWR）（6）通道控制器（微命令发生器）（7）时序系统图6.18 通道逻辑框图其工作过程大致如下：在编制通道程序时，应根据I/O设备的需要在主存中开辟相应的输入输出缓冲区，一般采取多缓冲区技术。启动某通道与设备时，先将主存缓冲区首地址及传送字节数填写到通道程序中，并将通道程序首地址写入某固定单元(IBM 4300约定为77号单元)。之后，可执行启动通道指令SIO，在该指令中给出通道号及设备号。被指定的通道接到启动信号后，从主存某固定单元（如77号单元）取出通道地址字CAW，送入通道地址字寄存器CAWR。通道将SIO指令送来的设备号送入设备地址寄存器，向I/O总线送出所要启动的
20、设备号。通道根据CAWR中的通道程序的首地址，从主存中取出第一条通道指令，开始执行通道程序。6.5.4 6.5.4 通道工作过程通道工作过程当执行第一条通道指令时，CPU还需判别这次启动是否成功。如果设备在接到第一条通道指令发出的命令后，回送的状态编码为全0，表示接受命令。于是通道向CPU送出条件码，表示启动成功。CPU便可转去执行其他程序，由通道独立地执行通道程序。若设备送回的状态编码不是全0，状态编码指示不能接受命令的原因，例如设备出错。在执行完一条通道指令后，通道地址字寄存器中的内容CAWR加2，以便读取第二条通道指令。如果执行数据传送指令，则每传送一次数据相应地修改通道指令字CCW中的
21、数据地址与计数值。当计数值为0时表明本次数据传送完毕。如果所执行的通道指令中数据链标志CD与命令链标志CC均为0，表明这是本通道程序中的最后一条。通道程序执行结束后，通道向设备发出结束命令，也向CPU申请中断，并将通道状态字CSW写入主存某指定单元中，供中断处理程序分析，作结束处理。6.5.5 I/O6.5.5 I/O处理机处理机I/O处理机（I/O processor，IOP）与通道相比，有更强的独立性，它与主机中CPU所采用的体系结构无关，可视为一种专用的CPU。I/O处理机一般都有自己的指令系统，可以通过编制程序实现对I/O设备的控制，因而适应性强、通用性好。其程序的执行可与CPU并行进
22、行，可使CPU彻底摆脱对I/O的控制任务。6.6.1 6.6.1 总线总线概述和结构形态概述和结构形态6.6 6.6 总线结构总线结构按总线所承担的任务，可分为内部总线（Internal Bus）和外部总线（External Bus）。按总线所处的物理位置，可分为(芯)片内总线（Chip Bus）、功能模块（板）内总线、功能模块(板)间总线（即通常说的系统总线）、和外部总线。按总线所传送的信息类型可分为数据总线DB（Data Bus）、地 址 总 线 AB（Address Bus）和 控 制 总 线CB（Control Bus）等。按总线一次传送数据的位数又分为串行总线(一次仅传送一位二进制位
23、，仅需设置一根数据信号线)，和并行总线(一次同时传送多位二进制位，需设置多条平行数据信号线)。按总线操作的定时方式，又有同步总线和异步总线之分。按总线的数量多少还可以分成：单总线结构、双总线结构、三总线结构等。总线的规范主要从以下四个方面来描述总线的功能和特性。（1）功能特性或逻辑规范（2）时间特性或时序规范（3）电气特性或电器规范（4）物理特性或机械规范（5）通信协议6.6.2 6.6.2 总线规范与性能总线规范与性能总线的性能由多方面的因素决定，一个总线的性能水平主要有以下几个因素决定：u总线的带宽总线的带宽：DrD/TDf（6.4）在一个总线内设置的用于传送数据的信号线的数目，称为数数据
24、据总总线线宽宽度度。同样，用于传送地址的信号线的数目称为地址总线宽度地址总线宽度。总总线线周周期期（BUS Cycle）：也就是一个访存储器或I/O端口操作所用的时间。u总线宽度总线宽度数据总线的宽度决定了一次可以同时传送的二进制信息的位数，地址总线的宽度决定计算机系统的寻址能力u总线的时钟频率总线的时钟频率u总线总线的负载的负载能力能力图6.19 常见总线接口6.6.3 6.6.3 总线的组成与结构总线的组成与结构一些关键的总线要素如下。（1）信号线类型专专用用信信号号线线是指在总线中，该信号线始终被指派实现一个规定功能或指派专门用于一类特定的计算机系统组件。复复用用信信号号线线是指在一根信
25、号线上定义多种意义的信号或者用于多个(多类)总线设备。（2）总线的仲裁方法总线仲裁方法通常可以分成集中仲裁和分布仲裁两类。（3）总线宽度（4）数据传输类型（5）总线的实现6.6.4 6.6.4 总线的设计与仲裁总线的设计与仲裁集中仲裁：链式查询方式集中仲裁：链式查询方式总总线线控控制制部部件件I/O接口接口0BSBRI/O接口接口1I/O接口接口nBG数据线数据线地址线地址线BS -总线忙总线忙BR-总线请求总线请求BG-总线同意总线同意I/O接口接口1 0BS -总线忙总线忙BR-总线请求总线请求总总线线控控制制部部件件数据线数据线地址线地址线I/O接口接口0BSBRI/O接口接口1I/O接
26、口接口n设备地址设备地址集中仲裁：计数器定时查询方式集中仲裁：计数器定时查询方式I/O接口接口1 计数器计数器设备地址设备地址 1排队器排队器排队器排队器集中仲裁：独立请求方式集中仲裁：独立请求方式总总线线控控制制部部件件数据线数据线地址线地址线I/O接口接口0I/O接口接口1I/O接口接口nBR0BG0BR1BG1BRnBGnBG-总线同意总线同意BR-总线请求总线请求（1）总线定时方法总线定时方法是指为了协调总线上发生的事件所采用的方法。在同同步步总总线线中，总线上所有事件的发生都要由一个时钟脉冲序列来定时。在异异步步总总线线中，总线上一个事件的动作发生与否，依赖于前一个事件动作的执行情况
27、。（2）总线数据传送模式总线的基本功能是传输数据信息。总线上的一次数据传输包括两个阶段：地址/命令阶段和数据传输阶段。由于总线及总线设备的多样性，使得数据传输也存在多种模式。实际上所有的总线都会支持两个最基本的总线操作：读操作和写操作。总总线线数数据据传传送送模模式式（数数据据传传输输类类型型）就是指读/写操作在各种类型总线上的各种实现方法。6.6.5 6.6.5 总线的定时和数据传送模式总线的定时和数据传送模式6.7 6.7 外部设备外部设备6.7.1 6.7.1 输入输入键盘键盘键盘的分类比较多，主要有以下几种：u按接口分：串口、PS/2和USB。u按结构原理划分：触点式，无触点式。u按编
28、码信息划分：编码键盘，非编码键盘。鼠标器是控制计算机显示器上光标移动的输入设备，一般有2到3个键。u按接口分：串口、PS/2和USB。u按工作原理分：机电式（机械式），光电式。u按与计算机通信方式分：有线鼠标和无线鼠标（红外线型和无线电型）6.7.2 6.7.2 输入输入鼠标、跟踪球和操作杆输入鼠标、跟踪球和操作杆输入6.7.3 6.7.3 输入输入图像输入设备图像输入设备(摄像机、摄像摄像机、摄像头和数码相机头和数码相机)u数码相机（Digital Camera）数码相机主要由镜头、液晶显示屏、快门、闪光灯、数字信号处理器、存储器等部件组成。u（数字）摄像头和摄像机（数字）摄像头和摄像机都属
29、于视频输入设备，可以捕捉连续的动态影像。语音录入系统包括麦克风和声卡，前者能够将人的语音转换为连续的电信号，后者则能够将经麦克风转换的连续电信号变换为计算机可以处理的数字信号。电容式话筒具有频率响应宽、频率响应特性平直、非线性失真小、瞬态响应好和灵敏度高等优点。6.7.4 6.7.4 输入输入语音录入系统语音录入系统6.7.5 6.7.5 输入输入光笔、手写板、绘图板光笔、手写板、绘图板光笔也是一种输入设备，其使用光感探测器在显示屏上进行操作。手写板由一块基板和一只专用手写笔组成，用户只需使用手写笔在基板特定区域内书写文字，手写板便能够将手写笔所经过的轨迹和压力记录下来。绘图板也是计算机输入设
30、备的一种，主要针对设计类的办公人士。6.7.6 6.7.6 输入输入 条形码与二维码条形码与二维码图6.33 条形码20世纪20年代，美国威斯汀豪斯(Westinghouse)实验室的发明家约翰科芒德(John Kermode)为实现邮政单据自动分检而发明了最早的条码标识。1974年的箭牌口香糖是最早被打上条形码的产品。条形码校验码公式：首先，把条形码从右往左依次编序号为“1，2，3，4”从序号二开始把所有偶数序号位上的数相加求和，用求出的和乘3，再从序号三开始把所有奇数序号上的数相加求和，用求出的和加上刚才偶数序号上的数，然后得出和。再用10减去这个和的个位数，得出校验码。快速响应(Quic
31、kly Response，QR)码是由日本Denso Wave公司于1994年9月研制的一种矩阵二维码符号，呈正方形，常见的是黑白两色，相同面积码图上的 存 储 密 度 要 大 于PDF417码。在3个角上印有“回”字形的定位图符，用户不需严格对准就能保证数据的正确读取。光学字符识别（Optical Character Recognition，OCR），或 智 能 字 符 识 别（Intelligent Character Recognition，ICR），是指电子设备（如扫描仪或数码相机）检查纸上字符，通过检测暗、亮的模式确定其形状，然后用字符识别方法将形状翻译成计算机文字的过程。6.7.7
32、 6.7.7 输入输入OCROCR技术和文字输入系统技术和文字输入系统6.7.8 6.7.8 输出输出显示技术显示技术 显示器（display，monitor），也称为监视器。根据制造材料的不同，可分为：阴极射线管显示器CRT，等离子显示器PDP，液晶显示器LCD等。CRT显示器液晶显示器等离子显示器显示器的性能指标u屏屏幕幕尺尺寸寸：用对角线测量屏幕源自第一代CRT显示器，只需要用直径来表示显示管尺寸。u分分辨辨率率：即显示屏每列像素点数行数，计算机可以单独访问每个像素点。u可可视视角角度度：从最大角度上能清晰地观察屏幕上的所有内容，常用单位是度。u刷新率刷新率：显示帧频(frame rat
33、e)，常用单位是赫兹。u亮亮度度(luminace)：发光物体外表发光强弱的度量，常用单位是坎德拉每平方米(cd/m2)。u对对比比度度：一幅图像中可表示的最亮的白和最暗的黑之间的不同亮暗层次。u响响应应时时间间：即显示器各像素点对输入信号反应的速度，单位常用毫秒(ms)。一般分为上升(rising)和下降(falling)两个部分，一般用两者之和表示。u显示色素显示色素：显示器可表示色彩的丰富程度或颜色值的数量。3D全息投影投影仪6.7.9 6.7.9 输出输出打印机、绘图仪打印机、绘图仪点阵针式打印机喷墨打印机激光打印机热敏打印机/热转打印机声卡既能用于声音输入也能用于声音输出，它使计算机
34、具有了“听”和“说”的能力。6.7.10 6.7.10 输出输出声音输出设备声音输出设备6.7.11 6.7.11 交互式输入交互式输入/输出输出触摸屏触摸屏触摸屏（touch screen）又称为“触控屏”、“触控面板”，是一种可接收触头等输入讯号的感应式液晶显示装置。可分为五类：矢量压力传感技术触摸屏、电阻技术触摸屏、电容技术触摸屏、红外线技术触摸屏、表面声波技术触摸屏。6.7.12 6.7.12 交互式输入交互式输入/输出输出虚拟现实虚拟现实VRVR虚拟现实系统（Virtual Reality System，VR），是利用电脑模拟产生一个三度空间的虚拟世界，提供视觉、听觉、触觉等感官的模
35、拟，可以实时地感受三度空间内的事物。6.7.13 6.7.13 交互式输入交互式输入/输出输出脑波读取和意脑波读取和意念控制念控制脑波亦称“脑电波”（electroencephalograph，EEG），人脑中有许多的神经细胞在活动，而成电气性的波动。随着电子技术的进步，脑波的周波数也得以用仪器测定，国际脑波学会针对不同的周波数，定以、等名。最早的PC总线是IBM公司1981年在PC/XT电脑采用的系统总线，它基于8bit的8088 处理器，被称为PC总线或者PC/XT总线。而为了开发与IBM PC兼容的外围设备，行业内便逐渐确立了以IBM PC 总线规范为基础的ISA（工业标准架构：Indu
36、stry Standard Architecture）总线。6.8 6.8 外设接口外设接口6.8.1 ISA/EISA6.8.1 ISA/EISAISA 是8/16bit的系统总线，最大传输速率仅为8MB/s，允许多个CPU共享系统资源。由于兼容性好，它在上个世纪80年代是最广泛采用的系统总线。外 设 部 件 互 连 标 准（Peripheral Component Interconnect，PCI），从1992年创立规范到如今，已成为局部总线的标准，PCI插槽也是主板带有最多数量的插槽类型。PCI总线是一种树型结构，并且独立于CPU总线，可以和CPU总线并行操作。整个系统中存在着3种不同的
37、总线：uHost Bus为整个系统中最基本设备之间高性能连接uPCI Bus为系统高性能局部总线uLegacy Bus为传统的性能较低的总线6.8.2 PCI/PCI-E6.8.2 PCI/PCI-EATA技 术 是 一 个 关 于 IDE（Integrated Device Electronics）的技术规范族。传统的并行高级技术附件PATA（Parallel ATA）使用单模信号放大系统（single end signal amplified system），噪声会随着正常信号一起传输、放大，不易被抑制，在高速时尤其严重。6.8.3 ATA(IDE)/PATA/SATA6.8.3 ATA(
38、IDE)/PATA/SATA接口接口串 行 高 级 技 术 附 件SATA（Serial Advanced Technology Attachment）使用了差动信号系统（differential signal amplified system），能有效的将噪声从正常讯号中滤除，良好的噪声滤除能力使得SATA只要使用低电压操作即可。小型计算机系统接口SCSI（Small Computer System Interface）使用50针接口，速度快，主要用于服务器，CPU占用率低，扩展性远优于IDE硬盘，并且支持热插拔。SAS（Serial Attached SCSI）即串行连接SCSI，是新一代
39、的SCSI技术，可以向下兼容SATA。SAS和Serial ATA(SATA)相似，都是采用串行技术以获得更高的传输速度，并通过缩短连结线改善内部空间等。6.8.4 6.8.4 并行并行IOIO标准接口标准接口SCSISCSI和和SASSAS光纤通道（Fibre Channel）最初也不是为硬盘设计的，是专门为网络系统设计的。光纤通道硬盘是为提高多硬盘存储系统的速度和灵活性才开发的。光纤通道提供点对点的、转换的环路接口，连接设备多达126个，CPU占用率低，支持热插拔，在主机系统运行时就可安装或拆除光纤通道硬盘，可实现光纤和铜缆的连接，连接距离远超同类产品。6.8.5 6.8.5 光纤通道光纤
40、通道和和InfinibandInfinibandPCMCIA是 个 人 电 脑 存 储 卡 国 际 协 会（Personal Computer Memory Card International Association）的缩写。这个组织负责为“PCMCIA设备”制定标准。PCMCIA定义了三种不同型式的卡，它们的长宽都是85.654mm，只是在厚度方面有所不同。6.8.6 PCMCIA6.8.6 PCMCIA 1998年9月，在Intel开发者论坛上成立的数字显示工作小组(Digital Display Working Group，DDWG)发明了数字视频接口(Digital Visual I
41、nterface，DVI)接口。高清晰度多媒体接口（High Definition Multimedia Interface，HDMI）可同时传送音频和影像信号。6.8.7 6.8.7 DVI/HDMIDVI/HDMI串口通信的两种最基本的方式：同步串行通信方式和异步 串行通 信 方式。同步 串行是 指串行 外 围设 备 接口SPI（Serial Peripheral interface），它可以使MCU与各种外围设备以串行方式进行通信以交换信息，TRM 450是SPI接口。异步串行是指通用异步接收/发送UART（Universal Asynchronous Receiver/Transmit
42、ter），包含TTL电平的串口和RS232电平的串口。6.8.8 6.8.8 串行通信接口和串行通信接口和USBUSB表表6.3 USB版本发展过程版本发展过程USBUSB版本版本推出推出时间理理论最大最大传输速率速率速率称号速率称号最大最大输出出电流流USB1.0USB1.01996年1月1.5Mbps(192KB/s)低速(Low-Speed)5V/500mAUSB1.1USB1.11998年9月12Mbps(1.5MB/s)全速(Full-Speed)5V/500mAUSB2.0USB2.02000年4月480Mbps(60MB/s)高速(High-Speed)5V/500mAUSB3.
43、0USB3.02008年11月5Gbps(500MB/s)超高速(Super-Speed)5V/900mAUSB USB 3.13.1Gen 2Gen 22013年12月10Gbps(1280MB/s)超高速+(Super-speed+)20V/5A 通用串行总线（Universal Serial Bus，USB）是一个外部总线标准，用于规范电脑与外部设备的连接和通讯，支持设备的即插即用和热插拔功能。IEEE1394接口是苹果公司开发的串行标准，俗称火线接口（Firewire）。IEEE-1394支持点对点的通信、广播通信，也支持热插拔，以及设备可以使用更大的总功率（30V电压的情况下电流高达1.5A）。它支持不经HUB（集线器）的点对点的连接，最多允许63个相同速度的设备连接到同一总线上，最多允许1023条总线相互连接。6.8.9 IEEE 1394/Firewire6.8.9 IEEE 1394/Firewire习题习题6 66.16.1，6.26.2，6.36.3，6.46.4，6.56.5，6.66.6，6.76.7，6.86.8Thank you!Thank you!