微型計算機第09章外設(shè)課件

第9章PC系列微機外部設(shè)備接口9.1鍵盤、鼠標(biāo)與打印機接口9.2軟盤和硬盤驅(qū)動器接口9.3顯示器和顯示接口9.4聲卡及其接口9.5IEEE1394總線及接口19.1

鍵盤、鼠標(biāo)與打印機接口9.1.1

鍵盤1.

鍵盤的分類微型的計算機使用的鍵盤有機械觸點式和電容式二類：（1）觸點式按鍵：鍵被按下后兩觸點導(dǎo)通。手感差，易磨損，故障率較高。（2）電容式按鍵：通過改變電容器電極之間的距離，產(chǎn)生電容的變化。電容式鍵盤手感好，壽命長，目前使用的計算機鍵盤多為電容式無觸點鍵盤2按照控制形態(tài)，有非編碼鍵盤和編碼鍵盤二類：（1）非編碼鍵盤：這種鍵盤的編碼需要由CPU掃描后獲得，CPU效率低，主要用于小型應(yīng)用系統(tǒng)。（2）編碼鍵盤：由專用控制器對鍵盤進行掃描，產(chǎn)生對應(yīng)的編碼。這種鍵盤結(jié)構(gòu)稍復(fù)雜，但使用方便。2．PC機鍵盤結(jié)構(gòu)PC系列微機使用編碼式鍵盤，它的內(nèi)部由專門的單片機（如8048，8049等）完成鍵盤開關(guān)矩陣的掃描、鍵盤掃描碼的讀取和發(fā)送。鍵盤開關(guān)矩陣為l6行×8列，按下鍵時的編碼稱為接通掃描碼（通碼），松開鍵時的編碼稱為斷開掃描碼（斷碼）。3（2）鍵盤掃描碼的發(fā)送8048單片機從DATAOUT端輸出掃描碼，送到五芯插頭的2腳，并由CLOCKOUT輸出時鐘定時信號，送到五芯插頭的1腳。主板上的鍵盤接口電路按照這兩個腳的信號同步串行接收數(shù)據(jù)。主機也可以通過接口1，2引腳向鍵盤發(fā)送信息，包括復(fù)位、重新發(fā)送、啟動、設(shè)置速率等。53.鍵盤接插件標(biāo)準(zhǔn)目前PC上常用的鍵盤插口有2種:

比較老式的直徑13mm的5芯PC鍵盤插口；

最常用的直徑8mm的6芯PS／2鍵盤插口。圖9-264.IBM-PC機鍵盤中斷服務(wù) 主板上的鍵盤接口收到一個字節(jié)數(shù)據(jù)后，通過8259的IRQ1向CPU請求中斷。鍵盤中斷類型碼為09H。（1）從鍵盤接口（8255的PA端口，地址60H）讀取鍵盤掃描碼。（2）將掃描碼轉(zhuǎn)換成ASCII碼或擴展碼，存入鍵盤緩沖區(qū)。（3）如果是換檔鍵（如CapsLock，Ins等），將狀態(tài)存人BIOS數(shù)據(jù)區(qū)的鍵盤標(biāo)志單元。（4）如果是組合鍵（如Ctrl+A1t+Del）則直接執(zhí)行，完成其對應(yīng)的功能。（5）對于中止組合鍵（如Ctrl+C或Ctrl+BreaK），強行中止程序的執(zhí)行，返回系統(tǒng)。

72.鼠標(biāo)接口標(biāo)準(zhǔn)鼠標(biāo)接口有傳統(tǒng)的COM、PS/2和新型的USB三種。（1）串行通信口鼠標(biāo)串口鼠標(biāo)使用9針D型接口，采用RS-232C標(biāo)準(zhǔn)進行通信。（2）PS／2鼠標(biāo)PS／2鼠標(biāo)最早用在IBMPS／2系列微機上而得名。它使用專用的鼠標(biāo)接插座（6芯DIN型頭），安裝靈活方便，不占用串口資源。鼠標(biāo)器軟件中斷使用指令I(lǐng)NT33H。9圖9-3109.1.3打印機接口1.打印機接口信號圖9-4所示是打印機接口的接插件。左邊為打印機適配器接口（25芯DB25），右邊為打印機聯(lián)接器（36芯Centronics）。圖9-4112.打印機接口內(nèi)的端口打印機適配器的端口地址可通過跳線或CMOS設(shè)置選擇378H～37FH（LPT1）或278H～27FH（LPT2）：數(shù)據(jù)輸出端口378H，狀態(tài)輸入端口379H，控制輸出端口37AH?？刂萍拇嫫鞲袷剑籂顟B(tài)寄存器格式：D7D6D5D4D3D2D1D0未定義允許中斷聯(lián)機INIT#自動換行選通D7D6D5D4D3D2D1D0BUSY#ACK#PESELTERROR#未定義133.打印機I／O功能調(diào)用中斷INT17H提供了BIOS的打印機I／O功能，如表9-3所示。調(diào)用號入口參數(shù)出口參數(shù)功能AH＝0DX＝打印機號（0～2AL＝打印數(shù)據(jù)AH＝打印機狀態(tài)將AL的內(nèi)容送打印機輸出，并讀打印機狀態(tài)AH＝1DX＝打印機號（0～2）AH＝打印機狀態(tài)初始化打印機，并讀打印機狀態(tài)AH＝2DX＝打印機號（0～2）AH＝打印機狀態(tài)讀打印機狀態(tài)144.打印機適配器的工作過程（1）在INIT#上發(fā)出負脈沖，對打印機進行初始化。（2）發(fā)送打印數(shù)據(jù)。（3）向打印機發(fā)送選通脈沖。由STROBE端向打印機發(fā)出一個負脈沖信號，使數(shù)據(jù)進入打印機。（4）中斷方式下，打印機輸出一個數(shù)據(jù)后，返回應(yīng)答信號ACK#，產(chǎn)生IRQ7請求信號送往8259A。查詢方式下，CPU檢查BUSY信號，為0時發(fā)送下一個字符。重復(fù)過程（2）（3）和（4），直到打印完成。

152．軟盤控制器軟盤控制器(FloppyDiskControlor,FDC)的主要功能：（1）接收并識別處理器輸出的各種命令；（2）根據(jù)命令要求向驅(qū)動器輸出相應(yīng)的控制信號，控制驅(qū)動器完成指定操作；（3）監(jiān)測驅(qū)動器有關(guān)狀態(tài)（如定位到00磁道，寫保護等），通知處理器；（4）對處理器要存取的數(shù)據(jù)進行處理：寫入時將并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成串行數(shù)據(jù)，并按照記錄方式編碼送驅(qū)動器。讀出時分離時鐘和數(shù)據(jù)位，將串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成并行數(shù)據(jù)，進行校驗。一個軟盤控制器最多可接4個軟盤驅(qū)動器?，F(xiàn)在該控制器集成在SuperIO芯片中，通過主板的34針插座與驅(qū)動器連接。173.磁盤數(shù)據(jù)的錯誤校驗為了保證數(shù)據(jù)的可靠性，在讀、寫數(shù)據(jù)時要進行數(shù)據(jù)校驗：循環(huán)冗余碼（CRC）校驗：寫磁盤時用一個16階的生成多項式產(chǎn)生16bit的CRC校驗碼，跟在數(shù)據(jù)后面寫入磁盤。讀磁盤時把讀出的數(shù)據(jù)連同校驗碼用相同的生成多項式進行校驗。如果檢查出錯誤，進行重讀，重讀仍未成功，報告錯誤。189.2.2硬盤驅(qū)動器和接口標(biāo)準(zhǔn)1.硬盤驅(qū)動器結(jié)構(gòu)與讀寫過程微型計算機中使用的是溫徹斯特硬磁盤，它把磁頭、盤片、小車、導(dǎo)軌以及主軸等制作成一個整體，密封安裝，簡稱“溫盤”。硬盤存儲器由磁頭、盤片、硬盤驅(qū)動器和讀/寫控制電路組成。盤片用鋁合金材料制成，表面涂有磁性材料。盤面上的一個同心圓周稱為一條磁道，數(shù)據(jù)信息記錄在磁道上。磁道從外緣向圓心方向編號，通常把根目錄和文件分配表（FAT）存放在0號磁道。每條磁道可分為若干段，每一段稱為一個扇區(qū)。192.硬盤的主要技術(shù)指標(biāo)（1）磁頭類型：磁阻磁頭MR（MagnetoResistiveheads）和巨磁組磁頭GMR（GiantMagnetoResistiveheads）（2）單碟容量：單張碟片的容量越大，硬盤的總?cè)萘侩S之增大。而且，由于存儲密度增大，數(shù)據(jù)讀寫速度也得到提高。（3）轉(zhuǎn)速：轉(zhuǎn)速多為5400rpm和7200rpm兩種。某些SCSI硬盤的轉(zhuǎn)速已經(jīng)超過10000rpm。轉(zhuǎn)速越高，硬盤的傳輸速率越快，但由此也帶來發(fā)熱量和噪聲增大等問題。（4）Cache：Cache的容量越大，硬盤的實際傳輸率就越大。目前采用的Cache多為512KB和2MB兩種。（5）平均尋道時間：磁頭尋找目標(biāo)磁道的時間直接影響磁盤的工作速度。（6）傳輸速率：影響傳輸速率的因素有電機轉(zhuǎn)速、存儲密度、Cache容量、接口方式等。213.IDE接口IDE的全稱是IntegretedDriverElectronics，即集成驅(qū)動器電子部件，由Compaq公司開發(fā)，WesternDigital公司生產(chǎn)，是廣泛使用的硬盤控制器接口。IDE接口在ST506的基礎(chǔ)上進行了改進，把控制器集成到驅(qū)動器內(nèi)。IDE采用40線單組電纜連接，除了對系統(tǒng)總線上的信號做必要的處理之外，其余信號基本上是原封不動地送往硬盤驅(qū)動器。IDE實際上是系統(tǒng)級的接口，有的資料上因此也稱IDE為ATA（AT-Attachment，AT嵌入式）接口。IDE由于具有多種優(yōu)點，且成本低廉，在微型計算機中得到了廣泛的應(yīng)用。224.EIDE接口IDE只能管理容量在512MB以下的硬盤，不能滿足技術(shù)的快速發(fā)展。WesternDigital在原有基礎(chǔ)上開發(fā)了新的EIDE（增強型IDE）接口，它已經(jīng)成為新一代的標(biāo)準(zhǔn)。與IDE相比，EIDE有以下幾個方面的特點：支持大容量的硬盤。EIDE提供兩個插座，稱為主插座和輔插座，每個插座可連接主、從兩個設(shè)備，一共可連接4個設(shè)備。最大突發(fā)數(shù)據(jù)傳輸率可達16MB/s（IDE為3MB/s）。EIDE支持三種硬盤工作模式：普通模式（Normal）、邏輯塊尋址模式（LogicalBlockAddressing）、大硬盤模式（Large）。232.SerialATA接口SATA1.0接口采用串行差分方式在硬盤和接口之間傳輸數(shù)據(jù)，使用1.5GHz的頻率工作，數(shù)據(jù)傳輸速率150MBps。最新的SATA2.0接口把數(shù)據(jù)傳輸速率提高到3000MBps。259.3顯示器和顯示接口9.3.1顯示器1．顯示器的分類

陰極射線管顯示器（CRT）

CRT顯示器在電子槍與熒光屏間有一個布滿柵孔的金屬蔭罩板，因此也稱為蔭罩式顯示器。CRT顯示器分辨率高，圖像質(zhì)量好，價格便宜，使用壽命較長，但體積大，能耗大。26液晶顯示器（LCD）有源矩陣：又稱為薄膜晶體管液晶顯示器（TFT）每一個像素點用一個薄膜晶體管控制液晶的透光率。優(yōu)點：色彩鮮艷，視角寬，圖像質(zhì)量高，響應(yīng)速度快缺點：成品率低，價格昂貴。無源矩陣：用電阻代替有源晶體管優(yōu)點：成本低，制造較容易缺點：色彩飽和度差，圖像不夠清晰，對比度較低，視角窄，響應(yīng)速度慢。與CRT顯示器相比：外尺寸相同的LCD顯示器可視面積更大，體積?。ū。庑蚊烙^，圖形清晰，不存在刷新頻率和畫面閃爍的問題價格高，分辨率稍低，產(chǎn)品的壽命受背燈影響27（4）點距相同顏色的兩個相鄰熒光體間的距離。點距越小，顯示出來的圖像越細膩，分辨率越高。目前大多數(shù)顯示器的點距是0.28mm和0.25mm。（5）刷新頻率每秒屏幕刷新的次數(shù)。刷新頻率越低，圖像閃爍得就越明顯。一般顯示器要求在1024×768的分辨率下要能達到75Hz的刷新率。還有行頻和帶寬。行頻是每秒掃描的行數(shù)，如65K/S，與這個指標(biāo)有關(guān)的85K/S等。帶寬是每秒掃描像素的點數(shù)，常見的是幾十兆赫茲，高性能顯示器的帶寬在100MHz以上。（6）分辨率水平方向和垂直方向上最大像素個數(shù)．用水平方向像素數(shù)×垂直方向像素數(shù)來表示。299.3.2顯示接口1．顯示卡的種類MDA（MonochromeDisplayAdaptor）：單色顯示適配器。只有字符方式，無圖形能力，在早期的PC機中使用。CGA（ColorGraphicsAdaptor）：彩色圖形適配器。它支持字符、圖形兩種方式。分辨率不高，顏色種類較少，是最早的顯示卡產(chǎn)品，目前已不使用。EGA（EnhanceColorGraphicsAdaptor）：增強型圖形適配器，其字符、圖形功能比CGA卡有較大提高，顯示分辨率也較高，顯示方式也比CGA卡豐富，有11種標(biāo)準(zhǔn)模式。30VGA（VideoGraphicsArray）：視頻圖形陣列，標(biāo)準(zhǔn)分辨率為640×480，16種顏色。VGA卡兼容了上述各種顯示卡的顯示模式，支持更高的分辨率和更多的顏色種類。SVGA（SupperVideoGraphicsArray），超級VGA。SVGA是VESA（VideoElectronicsStandardsAssociation—視頻電子標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會）所推薦的一種比VGA更強的顯示標(biāo)準(zhǔn)。SVGA的標(biāo)準(zhǔn)模式是800×600，新型顯示器分辨率可達1280×1024、1600×1200等。隨著計算機技術(shù)的高速發(fā)展，特別是GUI（UserGraphicInterface，用戶圖形接口）方式操作系統(tǒng)（如Windows系列）的普及，對視頻顯示系統(tǒng)的要求也越來越高。顯示適配器從早期的文本顯示方式，到現(xiàn)在第四代3D圖形加速卡，在功能、顯示速度等方面都有著極大的提高。312．顯示卡的性能指標(biāo)（1）顯示分辨率

顯示器上每個點的信號來自顯示接口，顯卡的分辨率不應(yīng)低于顯示器的分辨率。（2）刷新速度

顯卡的刷新頻率與顯示器的掃率頻率相同時，才能得到滿意的效果。（3）顏色和灰度

色彩數(shù)由顯卡上每個像素使用的存儲器位數(shù)決定。例如，每個點用16bit存儲，可以有65536種不同的色彩，也稱為“16位色”。彩色圖形卡連接單色顯示器時，用灰度等級代替顏色。329.3.3顯示接口組成

顯示接口卡上包括CRT控制器（CRTC）、寄存器、顯示存儲器、視頻BIOS和總線接口等部件。早期的CRT控制器芯片常采用MC6845CRT，新一代的顯示控制器則以Nvidia公司的GeForce、ATI公司的Radeon系列為典型代表。它們不僅能高速顯示二維圖形，而且提供了強大的三維顯示能力。1．視頻控制芯片CRTC 視頻控制芯片（CRTC）是整個視頻顯示接口電路的核心部件，它決定了整個顯示適配器的性能。芯片內(nèi)含微處理器、定時／計數(shù)器、中斷寄存器、程序存儲器ROM和多個可編程端口寄存器。332．顯示存儲器（VRAM） 顯示器有二類不同的工作模式：文本方式和圖形方式文本方式：VRAM中存放每個待顯示字符的編碼和屬性。字符的編碼通過“字符發(fā)生器”轉(zhuǎn)變成這個字符字形的點陣信息送顯示器。屬性規(guī)定了字符的顏色（前景色），背景色，閃爍及高亮度等參數(shù)。圖形顯示方式：VRAM中存放每個像素的色彩信息。顯示的分辨率越高，顏色越多，顯示內(nèi)存也就越大。1024×768、32位彩色所需的顯存為1024×768×32／8＝3147728字節(jié)≈3.15MB。為了進行快速的三維圖形顯示，VRAM還需要儲存大量的其他信息?，F(xiàn)在的3D顯示卡上大多配置了8MB～64MB顯存以滿足高質(zhì)量圖形的輸出。VRAM的讀寫速度直接影響顯卡的工作速度。343．DAC寄存器DAC視頻部件含有256個寬18位的寄存器，既用于供用戶執(zhí)行調(diào)色板選擇功能調(diào)用，還具有轉(zhuǎn)換顯示數(shù)據(jù)的作用。在文本方式下，VGA視頻控制器自動將刷新緩存中的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成為點陣流，輸出視頻信號及屬性信息。在圖形模式下，刷新緩存中的像素信息表示每個像素的顏色。這些信息在顏色代碼確定后，會自動轉(zhuǎn)換為模擬視頻信號輸出。4．VGABIOSVGABIOS是用于顯示輸出的基本輸入輸出程序，同時還包含有字符陣列碼信息。VGABIOS是用戶進行標(biāo)準(zhǔn)輸出的底層設(shè)備，是顯示設(shè)備的重要接口。355．總線接口顯示適配器通過總線與系統(tǒng)連接。ISA、EISA，與VESA部件擴展能力差，這三種總線均己淘汰。現(xiàn)在使用的PCI與AGP總線有較高的帶寬，總線時鐘頻率高，傳輸速度快，在現(xiàn)代微型計算機系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。6．顯示器接口顯卡通過15針（或9針）D型插座與顯示器連接。其DB15型插座的形狀和信號如圖9-8所示圖9-536DVI顯示器接口LCD液晶顯示器使用數(shù)字信號控制各顏色的顯示，這時就沒有必要把顯示存儲器中的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號傳送到顯示器，再還原成數(shù)字信號。新一代的顯卡使用稱為“DVI（DigitalVedioInterface，數(shù)字視頻接口）”與新型LCD液晶顯示器相連接。DVI接口有DVI-D、DVI-I兩種模式，其中DVI-D為純數(shù)字模式，而DVI-I為數(shù)字、模擬兼容模式。37DVI-I型顯示接口接插件內(nèi)信號由兩部分組成：右邊的十字針芯和四個點5個針腳，連同左側(cè)的1個針腳共6個針腳，用來傳輸模擬視頻信號。左側(cè)3×8共24個針腳中剩余的23個針腳，用來組建TMDS通道，傳輸數(shù)字視頻信號。使用DVI接口之后，視頻信號的傳輸速率可以得到較大的提升，顯示質(zhì)量也將同步提高。389.3.4顯卡總線類型1．PCI總線接口 PCI總線的時鐘頻率為33MHz、峰值帶寬133MB/S，已經(jīng)不能滿足三維應(yīng)用的迅猛發(fā)展2．AGP總線接口1996年由Intel公司開發(fā)AGP總線使用與外頻相同（66MHz或100MHz）的時鐘頻率進行數(shù)據(jù)傳輸，在同樣32位數(shù)據(jù)總線的條件下，AGP總線的數(shù)據(jù)傳輸速率為266MB／S。如果再對時鐘脈沖進行技術(shù)處理，重新建立66MHz的倍頻或四倍頻時鐘，讓AGP在一個時鐘周期的上升沿和下降沿各傳輸一次數(shù)據(jù)，可實現(xiàn)AGP×2（533MB／s）、AGP×4（1066MB／S）的速率，加快了數(shù)據(jù)傳輸速率。393．PCI-Express總線接口

2002年，由Intel公司發(fā)起，多個業(yè)界公司聯(lián)合推出了PCI-Express總線。它在軟件層面上與PCI總線兼容，原有的軟件不加修改就可以應(yīng)用在PCI-Express總線的設(shè)備上。使用一組（4根）信號線的基本型總線稱為PCI-ExpressX1，雙向傳輸時實際帶寬已經(jīng)達到500MB/s，比33MHzPCI總線的速度快一倍左右。在Intel915以上的芯片組構(gòu)成的系統(tǒng)中，存儲控制中心（MCH）芯片上提供了使用16組信號線組成的PCIExpress×16總線，用于連接顯卡，它單向就能夠提供4GB/S的帶寬，遠遠超過AGP8X的2.1GB/s的帶寬。409.4聲卡及其接口

聲卡（也稱為音頻卡、聲效卡）是多媒體計算機不可缺少的重要部件?，F(xiàn)在的聲卡不僅僅作為發(fā)聲之用，還兼?zhèn)淞寺曇舻牟杉?、編輯，語音識別，網(wǎng)絡(luò)電話等多種用途。41在相應(yīng)軟件的支持下，聲卡應(yīng)具備以下大部分或全部功能：（1）錄制、編輯和回放數(shù)字聲音文件（2）控制各聲源的音量并混合在一起（3）對聲波文件進行壓縮和解壓縮（4）語音合成技術(shù)（5）MIDI接口（樂器數(shù)字接口）42聲卡的插孔（1）Line-In：連接其他外部聲源，如微型CD播放器、調(diào)諧器、數(shù)字錄音機等，進行播放或錄音。（2）Line-Out：連接有源音箱。（3）MIC：連接語音輸入話筒（麥克風(fēng)）。（4）Spacker：接連無源音箱、耳機或小功率音箱。（5）游戲桿/MIDI：連接游戲操縱桿或者數(shù)字電聲樂器MIDI設(shè)備，也可以用來連接其他簡單控制設(shè)備。（6）CD音源連接器(CDAudioInterface)：連接光驅(qū)尾部的四針連接器。光驅(qū)播放音樂CD時，將輸出的音頻信號送往聲卡，處理后輸出。（7）PC喇叭連接器：連接主板上的PC喇叭。439.5IEEE1394總線及接口9.5.1IEEE1394總線的特點9.5.2IEEE1394總線工作方式9.5.3IEEE1394接口類型9.5.4IEEE1394接口與USB接口比較449.5.1IEEE1394總線的特點（1）數(shù)字接口：數(shù)據(jù)以數(shù)字形式傳輸，無需數(shù)模轉(zhuǎn)換，同時支持同步和異步兩種數(shù)據(jù)傳輸模式。（2）點對點總線技術(shù)：通過1394接口直接連接而無需計算機的干預(yù)。（3）連接方便：IEEE1394采用設(shè)備自動配置技術(shù)，允許熱插拔操作。（4）速度快：能夠以200Mbps、400Mbps甚至大于800Mbps的速率來傳送音頻、視頻信息等大容量數(shù)據(jù)。（5）物理體積小：制造成本低，易于安裝。（6）非專利性：使用IEEE1394總線不存在專利問題。459.5.2IEEE1394總線工作方式IEEE1394采用樹形或菊花鏈拓撲結(jié)構(gòu)。AB1394接口CD圖9-8IEEE1394擴展連接46IEEE1394總線上的通訊有異步和同步兩種模式。異步傳輸：數(shù)據(jù)發(fā)送方和接收方互換地址，然后進行數(shù)據(jù)傳輸。接收方收到數(shù)據(jù)包后，向發(fā)送方傳回確認信息。同步傳輸：發(fā)送方將標(biāo)志接收方的通道標(biāo)識（ID）附加在所要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)中一起發(fā)送。接收方對數(shù)據(jù)流進行檢測，對具有特定ID信號的數(shù)據(jù)時進行接收。同步數(shù)據(jù)傳輸模式的優(yōu)先級高于異步傳輸模式。47（1）物理層物理層主要提供設(shè)備和線纜之間的電氣和機械連接，處理數(shù)據(jù)傳輸和接收，確保在同一時刻只有一個節(jié)點傳輸數(shù)據(jù)，以使所有的設(shè)備對總線能進行良好的存取操作。（2）鏈路層鏈路層提供同步和異步模式下的數(shù)據(jù)包確認、定址、數(shù)據(jù)校驗及數(shù)據(jù)分幀等。其中異步傳送與大多數(shù)計算機應(yīng)答式協(xié)議相似；而同步傳送為實時帶寬保證式協(xié)議。IEEE1394分層協(xié)議48（3）處理