主機板介面技術的基本知識

　　CPU與外部裝置、儲存器的連線和資料交換都需要通過介面裝置來實現，前者被稱為I/O介面，而後者則被稱為儲存器介面。儲存器通常在CPU的同步控制下工作，介面電路比較簡單;而I/O裝置品種繁多，其相應的介面電路也各不相同，因此，習慣上說到介面只是指I/O介面。下面小編就為大家介紹一下關於，歡迎大家參考和學習。

　　一、I/0介面的概念

　　1、介面的分類

　　I/O介面的功能是負責實現CPU通過系統匯流排把I/O電路和 外圍裝置聯絡在一起，按照電路和裝置的複雜程度，I/O介面的硬體主要分為兩大類：

　　***1***I/O介面晶片

　　這些晶片大都是積體電路，通過CPU輸入不同的命令和引數，並控制相關的I/O電路和簡單的外設作相應的操作，常見的介面晶片如定時/計數器、中斷控制器、DMA控制器、並行介面等。

　　***2***I/O介面控制卡

　　有若干個積體電路按一定的邏輯組成為一個部件，或者直接與CPU同在主機板上，或是一個外掛插在系統匯流排插槽上。

　　按照介面的連線物件來分，又可以將他們分為序列介面、並行介面、鍵盤介面和磁碟介面等。

　　熟悉PC主機板的匯流排型別及I/O匯流排插槽中各訊號排列情況，以I/O插槽中重要訊號為線索進行故障點查詢是維修PC主機板致命性故障的關鍵。

　　微機主機板常用匯流排有PC/XT、PC/AT、VESA、PCI等型別，不同匯流排的I/O槽中信

　　號排列有所差別，熟悉I/O槽中重要訊號是查詢因匯流排類故障系統宕機、螢幕無顯示等嚴重故障的前提。對宕機類故障，首先區分故障原因是由I/O裝置故障引起還是主機板本身故障引起。確診故障在系統板後，可檢測系統板I/O槽中地址匯流排或資料匯流排的脈衝狀態初步判斷系統故障部位：若所有地址匯流排或資料匯流排均無脈衝，則可能CPU未工作;若個別地址匯流排或資料匯流排為恆定電平而其餘位為脈衝，則是匯流排故障。由於CPU本身故障率較低，因此檢查CPU未工作的原因應從CPU工作的輸入訊號是否正常入手。CPU的基本工作條件有三個，即系統復位訊號RESET、系統時鐘訊號CLK、CPU就緒訊號READY。以PC/AT機為例，CPU***intel286***的29腳為RESET訊號，對應於I/O槽中B02槽RESET DRV訊號，在開機時應有一個明顯正脈衝;CPU的31腳為CLK訊號，對應I/O槽中B20槽系統時鐘SYSCLK訊號，應為TTL電平的時鐘脈衝。CPU的65腳為READY訊號，在開機時應為低電平或脈衝。某PC/AT機宕機，螢幕無顯示故障，首先查I/O槽中B02槽RESET DRV訊號恆低，說明開機復位訊號錯，於是查時鐘處理晶片82284-12腳，在開機時有一個正脈衝，說明82284已正確發

　　出了系統復位訊號，跟蹤復位訊號傳輸路徑向下檢查，說明82284已正確發出了系統復位訊號，跟蹤復位訊號傳輸路徑向下檢查，發現74ALS02的5、6腳輸入為正脈衝，但輸出4腳卻為“不高不低”浮空電平，更換該晶片後故障排除。對匯流排故障檢修原則是：若發現某一位或很少幾位為恆定電平，可重新開機檢查這些位在開機瞬間是否為恆定電平，若開機瞬間即為恆定電平，則是錯誤狀態;若開機瞬間為脈衝而後變為恆定電平則應首 先檢查其他訊號;若發現8位甚至更多的位同時出現錯誤狀態，則應檢查CPU工作是否正常或相應的匯流排驅動門的控制訊號***如驅動門的方向控制訊號或門的選通訊號等***。

        2、介面的功能

　　由於計算機的外圍裝置品種繁多，幾乎都採用了機電傳動裝置，因此，CPU在與I/O裝置進行資料交換時存在以下問題：

　　速度不匹配：I/O裝置的工作速度要比CPU慢許多，而且由於種類的不 同，他們之間的速度差異也很大，例如硬碟的傳輸速度就要比印表機快出很多。

　　時序不匹配：各個I/O裝置都有自己的定時控制電路，以自己的速度傳 輸資料，無法與CPU的時序取得統一。

　　資訊格式不匹配：不同的I/O裝置儲存和處理資訊的格式不同，例如可以分為序列和並行兩種;也可以分為二進位制格式、ACSII編碼和BCD編碼等。

　　資訊型別不匹配：不同I/O裝置採用的訊號型別不同，有些是數字訊號，而 有些是模擬訊號，因此所採用的處理方式也不同。

　　基於以上原因，CPU與外設之間的資料交換必須通過介面來完成，通常介面有以下一些功能：

　　***1***設定資料的寄存、緩衝邏輯，以適應CPU與外設之間的速度差異，介面通常由一些暫存器或RAM晶片組成，如果晶片足夠大還可以實現批量資料的傳輸;

　　***2***能夠進行資訊格式的轉換，例如序列和並行的轉換;

　　***3***能夠協調CPU和外設兩者在資訊的型別和電平的差異，如電平轉換驅動器、數/模或模/數轉換器等;

　　***4***協調時序差異;

　　***5***地址譯碼和裝置選擇功能;

　　***6***設定中斷和DMA控制邏輯，以保證在中斷和DMA允許的情況下產生中斷和DMA請求訊號，並在接受到中斷和DMA應答之後完成中斷處理和DMA傳輸。

　　3、介面的控制方式

　　CPU通過介面對外設進行控制的方式有以下幾種：

　　***1***程式查詢方式

　　這種方式下，CPU通過I/O指令詢問指定外設當前的狀態，如果外設準備就緒，則進行資料的輸入或輸出，否則CPU等待，迴圈查詢。

　　這種方式的優點是結構簡單，只需要少量的硬體電路即可，缺點是由於CPU的速度遠遠高於外設，因此通常處於等待狀態，工作效率很低 。

　　***2***中斷處理方式

　　在這種方式下，CPU不再被動等待，而是可以執行其他程式，一旦外設為資料交換準備就緒，可以向CPU提出服務請求，CPU如果響應該請求，便暫時停止當前程式的執行，轉去執行與該請求對應的服務程式，完成後，再繼續執行原來被中斷的程式。

　　中斷處理方式的優點是顯而易見的，它不但為CPU省去了查詢外設狀態和等待外設就緒所花費的時間，提高了CPU的工作效率，還滿足了外設的實時要求。但需要為每個I/O裝置分配一箇中斷請求號和相應的中斷服務程式，此外還需要一箇中斷控制器***I/O介面晶片***管理I/O裝置提出的中斷請求，例如設定中斷遮蔽、中斷請求優先順序等。

　　此外，中斷處理方式的缺點是每傳送一個字元都要進行中斷，啟動中斷控制器，還要保留和恢復現場以便能繼續原程式的執行，花費的工作量很大，這樣如果需要大量資料交換，系統的效能會很低。

　　***3***DMA***直接儲存器存取***傳送方式

　　DMA最明顯的一個特點是它不是用軟體而是採用一個專門的控制器來控制記憶體與外設之間的資料交流，無須CPU介入，大大提高CPU的工作效率。

　　在進行DMA資料傳送之前，DMA控制器會向CPU申請匯流排控制 權，CPU如果允許，則將控制權交出，因此，在資料交換時，匯流排控制權由DMA控制器掌握，在傳輸結束後，DMA控制器將匯流排控制權交還給CPU。

        二、常見介面

　　1、並行介面

　　目前，計算機中的並行介面主要作為印表機埠，介面使用的不再是36針接頭而是25針D形接頭。所謂“並行”，是指8位資料同時通過並行線進行傳送，這樣資料傳送速度大大提高，但並行傳送的線路長度受到限制，因為長度增加，干擾就會增加，容易出錯。

　　現在有五種常見的並口：4位、8位、半8位、EPP和ECP，大多數PC機配有4位或8位的並口，許多利用Intel386晶片組的便攜機配有EPP口，支援全部IEEE1284並口規格的計算機配有ECP並口。

　　標準並行口4位、8位、半8位：4位口一次只能輸入4位資料，但可以輸出8位資料;8位口可以一次輸入和輸出8位資料;半8位也可以。

　　EPP口***增強並行口***：由Intel等公司開發，允許8位雙向資料傳送，可以連線各種非印表機裝置，如掃描器、LAN介面卡、磁碟驅動器和CDROM 驅動器等。

　　ECP口***擴充套件並行口***：由Microsoft、HP公司開發，能支援命令週期、資料週期和多個邏輯裝置定址，在多工環境下可以使用DMA***直接儲存器 訪問***。

　　目前幾乎所有的586機的主機板都集成了並行口插座，標註為 Paralle1或LPT1，是一個26針的雙排針插座。

　　2、序列介面

　　計算機的另一種標準介面是序列口，現在的PC機一般至少有兩個序列口COM1和COM2。序列口不同於並行口之處在於它的資料和控制資訊是一位接一位序列地傳送下去。這樣，雖然速度會慢一些，但傳送距離較並行口更長，因此長距離的通訊應使用序列口。通常COM1使用的是9針D形聯結器，而COM2有些使 用的是老式的DB25針聯結器。

　　3、磁碟介面

　　***1***IDE介面

　　IDE介面也叫做ATA埠，只可以接兩個容量不超過528M的硬碟驅動器，介面的成本很低，因此在38***86時期非常流行。但大多數IDE介面不支援DMA資料傳送，只能使用標準的PCI/O埠指令來傳送所有的命令、狀態、資料。幾乎所有的586主機板上都集成了兩個40針的雙排針IDE介面插座，分別標註為IDE1和IDE2。

　　***2***EIDE介面

　　EIDE介面較IDE介面有了很大改進，是目前最流行的介面。首先，它所支援的外設不再是2個而是4個了，所支援的裝置除了硬碟，還包括CD-ROM驅動器磁碟備份裝置等。其次，EIDE標準取消了528MB的限制，代之以8GP限制。第三，EIDE有更高的資料傳送速率，支援PIO模式3和模式4標準。

　　4、SCSI介面

　　SCSI***SmallComputerSystemInterface***小計算機系統介面，在做圖形處理和網路服務的計算機中被廣泛採用SCSI介面的硬碟。除了硬碟以外，SCSI介面還可以連線CD-ROM驅動器、掃描器和印表機等，它具有以下特點：

　　可同時連線7個外設;

　　匯流排配置為並行8位、16位或32位;

　　允許最大硬碟空間為8.4GB***有些已達到9.09GB***;

　　更高的資料傳輸速率，IDE是2MB每秒，SCSI通常可以達到5MB每秒，FASTSCSI***SCSI-2***能達到10MB每秒，最新的SCSI-3甚至能夠達到40MB每秒，而EIDE最高只能達到16.6MB每秒;

　　成本較IDE和EIDE介面高很多，而且，SCSI介面硬碟必須和SCSI介面卡配合使用，SCSI介面卡也比IED和EIDE介面貴很多。

　　SCSI介面是智慧化的，可以彼此通訊而不增加CPU的負擔。在IDE和EIDE裝置之間傳輸資料時，CPU必須介入，而SCSI裝置在資料傳輸過程中起主動作用，並能在SCSI匯流排內部具體執行，直至完成再通知CPU。

　　5、USB介面

　　最新的USB序列介面標準是由Microsoft、Intel、Compaq、IBM等大公司共同推出，它提供機箱外的熱即插即用連線，使用者在連線外設時不用再開啟機箱、關閉電源，而是採用“級聯”方式，每個USB裝置用一個USB插頭連線到一個外設的USB插座上，而其本身又提供一個USB插座給下一個USB裝置使用，通過 這種方式的連線，一個USB控制器可以連線多達127個外設，而每個外設間的距離可達5米。USB統一的4針圓形插頭將取代機箱後的眾多的串/並口***滑鼠、MODEM***鍵盤等插頭。USB能智慧識別USB鏈上外圍裝置的插入或拆卸。 　　除了能夠連線鍵盤、滑鼠等，USB還可以連線ISDN、電話系統、數字音響、印表機以及掃描器等低速外設。

　　三、I/O擴充套件槽

　　I/O擴充套件槽即I/O訊號傳輸的路徑，是系統匯流排的延伸，可以插入任意的標準選件，如顯示卡、解壓卡、MODEM卡和音效卡等。通過I/O擴充套件槽，CPU可對連線到該通道的所有I/O介面晶片和控制卡定址訪問，進行讀寫。

　　根據匯流排的型別不同，主機板上的擴充套件槽可分為ISA、EISA、MAC、VESA和PCI幾種。

　　***1***ISA插槽

　　黑色，分為8位、16位兩種。16位的擴充套件槽可以插8位和16位的控制卡，但8位的擴充套件槽只能插8位卡。

　　***2***EISA插槽

　　棕色，外型、長度與16位的ISA卡一樣，但深度較大，可插入ISA與EISA控制卡。

　　***3***VESA插槽

　　棕色，位於16位ISA擴充套件插槽的下方，與ISA插槽配合使用。

　　***4***PCI插槽

　　白色，與VESA插槽一樣長，與ISA插槽平行，不需要與ISA插槽配合使用，而且只能插入PCI控制卡。由於主機板的空間有限，PCI插槽要佔用ISA插槽的位置。