《IO接口和总线II》课件

IO接口和总线II本节课将深入探讨IO接口和总线的关键概念和原理。我们将分析不同类型的IO接口，包括串行接口、并行接口和特殊接口。此外，我们将探讨总线架构，并重点介绍不同类型的总线，如系统总线、扩展总线和通信总线。课程大纲IO接口和总线概述介绍IO接口和总线的概念、发展历程以及基本特性。IO接口类型深入探讨同步、异步、并行和串行IO接口的特点和应用。总线系统结构分析总线的基本特性、分类和常见总线类型，例如PCI、AGP、USB和IEEE1394。无线连接技术介绍蓝牙、WIFI等无线连接技术及其在计算机系统中的应用。课程目标理解IO接口和总线基础概念掌握IO接口和总线的基本概念和分类，理解它们在计算机系统中的作用。掌握常见IO接口和总线技术深入了解常见IO接口和总线技术，包括PCI、USB、IEEE1394等，并分析其应用场景和特点。理解总线仲裁机制和数据传输方式学习总线仲裁机制和各种数据传输方式，掌握不同传输方式的优缺点，并理解其应用场景。IO接口概述IO接口是计算机系统与外部设备之间进行数据交换的桥梁。IO接口是计算机系统的重要组成部分，负责协调内部数据处理与外部设备的交互。IO接口的发展历程1早期接口并行接口，速度较慢2串行接口RS-232，数据传输效率低3USB接口通用串行总线，广泛应用4高速接口PCIExpress，SATA，高速数据传输随着计算机技术发展，IO接口也经历了重大变革。从早期并行接口到高速串行接口，IO接口不断提升速度和效率。IO接口的基本特性数据传输数据在IO设备与主机的双向传输。实现主机与外设之间的数据交互。命令控制主机发送命令控制IO设备，并接收设备状态信息。控制IO设备的行为，如读写操作。接口匹配与IO设备和主机系统总线匹配，满足连接需求。保证信号传输和兼容性。同步IO接口11.CPU控制CPU控制数据传输，需要等待数据传输完成才能继续执行其他操作。22.数据传输阻塞数据传输过程中，CPU会被阻塞，无法执行其他任务，效率较低。33.简单的设计同步IO接口设计简单，容易实现。44.应用广泛在早期的系统中应用广泛，例如：串口、并口。异步IO接口异步数据传输异步接口不依赖时钟信号同步，发送和接收设备可以独立运行。独立控制异步接口允许数据传输在任意时间开始和结束，不依赖于特定的时钟信号。灵活性异步接口具有更高的灵活性和兼容性，可以用于不同的设备和传输协议。并行IO接口多条线路同时传输并行IO接口使用多条线路同时传输数据，每条线路传输一个位。传输速度快并行传输能够同时传输多个位，因此传输速度快。电路复杂并行IO接口需要更多线路和连接器，因此电路设计比较复杂。串行IO接口串行接口特点数据一位一位传输使用单根数据线低成本、易于实现常见串行接口RS-232USBSPII2C应用领域计算机外设嵌入式系统通信设备总线系统结构总线是连接计算机系统中各个部件的共享通道。它由一组并行线路组成，用于传递数据、地址和控制信号。总线结构决定了计算机系统的体系结构，对系统的性能、扩展性和成本影响很大。总线系统结构主要包括总线类型、总线宽度、总线速度、总线协议和总线仲裁机制。总线的基本特性11.共享性总线是系统中多个部件共享的通信路径，可以实现多个部件之间的信息交换。22.时序性总线上的数据传输需要遵循一定的时序关系，以保证数据传输的正确性。33.并行性总线可以同时传输多个数据位，提高数据传输效率。44.方向性总线通常是双向的，即可以进行数据读写操作，但有些总线是单向的，只能进行数据读或写操作。总线的分类按总线结构分类总线结构可以分为单总线结构、多总线结构和层次总线结构。按总线类型分类总线类型可以分为系统总线、外设总线、通信总线、背板总线和扩展总线。按总线传输方式分类总线传输方式可以分为并行传输、串行传输和并串混合传输。按总线带宽分类总线带宽可以分为低带宽、中带宽和高带宽总线。数据总线数据传输数据总线是负责在系统不同组件之间传输数据的路径。它就像一条高速公路，可以双向传输数据，例如从CPU到内存或从内存到外设。数据位宽数据总线的宽度决定了每次传输的数据量。例如，一个64位的数据总线可以一次传输8个字节的数据。数据总线的位宽直接影响系统的性能。地址总线传输地址地址总线用于传输内存地址、外设地址等信息，决定了CPU可以访问的地址空间大小。单向传输地址总线通常是单向传输的，因为CPU是发出地址信息的，而内存或外设是接受地址信息的。位宽决定地址空间地址总线的位宽决定了系统可以访问的地址空间，例如一个32位地址总线可以访问4GB的地址空间。控制总线控制信号控制总线用于传递控制信号。读写操作中断请求设备选择方向信号方向信号指定数据传输方向。数据传输方向设备状态时序信号时序信号用于同步数据传输。数据传输时钟数据有效信号PCI总线11.高速数据传输PCI总线是一种用于连接外设的串行总线，它可以提供高速的数据传输速率。22.可扩展性强PCI总线可以支持多种外设，并且可以根据需要进行扩展。33.应用广泛PCI总线广泛应用于各种计算机系统，例如台式机、笔记本电脑和服务器。44.插槽类型PCI总线有多种插槽类型，例如PCI、PCI-X和PCIExpress。AGP总线特点AGP总线是为满足显卡高速数据传输需求而设计的，其工作频率比传统的PCI总线高很多。它采用点对点方式，专门用于连接主板和显卡，避免了与其他设备争夺带宽。优势AGP总线可以有效地提高显卡的性能，提升游戏和图形处理速度，使图形显示更加流畅，并为高分辨率和3D图形处理提供了更大的带宽支持。USB总线通用串行总线USB总线是一种串行总线，适用于多种设备，如键盘、鼠标、打印机和外部存储设备。它可以传输数据、电源和控制信号。高速传输USB总线支持多种传输速率，包括低速、全速、高速和超高速。随着技术发展，传输速度不断提升。热插拔USB设备可以在系统运行时插入或拔出，无需重启系统。这方便了用户连接和使用设备。IEEE1394(火线)总线高带宽IEEE1394标准支持高达400Mbps的数据传输速率，可以有效地进行高速数据传输。实时性火线总线具有低延迟特性，适用于需要实时数据传输的应用，如视频和音频设备。即插即用火线总线支持热插拔功能，设备连接后可以立即识别和使用，无需重启系统。菊花链连接火线总线支持菊花链连接，多个设备可以串联连接到同一根总线上，简化了连接配置。无线连接技术概述无线连接技术利用电磁波进行数据传输，无需物理连接线缆。优势无线连接提供更高的灵活性和便捷性，不受地理位置限制，扩展性强。应用范围无线连接广泛应用于个人电脑、移动设备、物联网等领域，改变了人们的连接方式。蓝牙1低功耗蓝牙技术设计初衷是用于短距离无线通信，功耗较低，适合移动设备。2数据传输速率蓝牙传输速率较低，主要用于音频、数据和控制信息，不适合高速数据传输。3安全性蓝牙支持安全连接，可以通过加密和身份验证保护数据传输安全。4应用领域蓝牙应用范围广泛，包括耳机、键盘、鼠标、智能手表、智能家居设备等。WIFI无线局域网技术WIFI全称WirelessFidelity，指利用无线电波进行数据传输的局域网技术。它使用IEEE802.11协议标准，提供高速、可靠、安全的无线连接方式。特点无线连接，方便快捷高数据传输速率广泛的应用范围灵活性和可扩展性总线仲裁机制总线仲裁机制是多个设备共享总线的关键。1集中式仲裁单一仲裁器控制2分布式仲裁多个设备共同参与3链式仲裁优先级依次传递4投票仲裁多数投票决定5定时轮询仲裁轮流获得总线控制权突发传输连续数据传输突发传输是一种高效的数据传输方式，可以连续传输多个数据字节，无需每次传输都进行地址和控制信号的更新。提高效率通过减少传输次数，突发传输能够显著提高数据传输的效率，适用于大块数据传输的场景。循环传输概述循环传输是一种简单的总线传输方式。它在多个设备之间依次进行数据传输，就像一个循环一样。设备轮流访问总线，以发送或接收数据。特点循环传输简单易实现，但效率较低。每个设备都必须等待轮到自己才能访问总线，这会降低系统性能。优先级传输优先级调度多个设备请求使用总线时，根据优先级分配资源，高优先级设备优先使用总线。优先级机制通过硬件或软件实现优先级分配，例如设置优先级寄存器，或使用优先级算法。中断传输高优先级中断信号具有最高优先级，可以立即打断当前正在执行的程序。异步传输中断传输是一种异步传输方式，不受CPU控制，可以随时发生。事件驱动中断传输通常由外部事件触发，例如键盘按键、鼠标移动等。本课程重点与难点IO接口技术不同类型的IO接口，如串行、并行、同步、异步接口总线系统总线类型、结构、特性，例如PCI、USB、