主板接口技術的基本知識

2020-07-16 19:04:07

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CPU與外部設備、存儲器的連接和數據交換都需要通過接口設備來實現，前者被稱為I/O接口，而后者則被稱為存儲器接口。存儲器通常在CPU的同步控制下工作，接口電路比較簡單；而I/O設備品種繁多，其相應的接口電路也各不相同，因此，習慣上說到接口只是指I/O接口。

一、I/0接口的概念

1、接口的分類

I/O接口的功能是負責實現CPU通過系統總線把I/O電路和外圍設備聯系在一起，按照電路和設備的復雜程度，I/O接口的硬件主要分為兩大類：

（1）I/O接口芯片

這些芯片大都是集成電路，通過CPU輸入不同的命令和參數，并控制相關的I/O電路和簡單的外設作相應的操作，常見的接口芯片如定時／計數器、中斷控制器、DMA控制器、并行接口等。

（2）I/O接口控制卡

有若干個集成電路按一定的邏輯組成為一個部件，或者直接與CPU同在主板上，或是一個插件插在系統總線插槽上。

按照接口的連接對象來分，又可以將他們分為串行接口、并行接口、鍵盤接口和磁盤接口等。

熟悉PC主板的總線類型及I/O總線插槽中各信號排列情況，以I/O插槽中重要信號為線索進行故障點查找是維修PC主板致命性故障的關鍵。

微機主板常用總線有PC/XT、PC/AT、VESA、PCI等類型，不同總線的I/O槽中信
號排列有所差別，熟悉I/O槽中重要信號是查找因總線類故障系統死機、屏幕無顯示等嚴重故障的前提。對死機類故障，首先區分故障原因是由I/O設備故障引起還是主板本身故障引起。確診故障在系統板后，可檢測系統板I/O槽中地址總線或數據總線的脈沖狀態初步判斷系統故障部位：若所有地址總線或數據總線均無脈沖，則可能CPU未工作；若個別地址總線或數據總線為恒定電平而其余位為脈沖，則是總線故障。由于CPU本身故障率較低，因此檢查CPU未工作的原因應從CPU工作的輸入信號是否正常入手。CPU的基本工作條件有三個，即系統復位信號RESET、系統時鐘信號CLK、CPU就緒信號READY。以PC/AT機為例，CPU(intel286)的29腳為RESET信號，對應于I/O槽中B02槽RESET DRV信號，在開機時應有一個明顯正脈沖；CPU的31腳為CLK信號，對應I/O槽中B20槽系統時鐘SYSCLK信號，應為TTL電平的時鐘脈沖。CPU的65腳為READY信號，在開機時應為低電平或脈沖。某PC/AT機死機，屏幕無顯示故障，首先查I/O槽中B02槽RESET DRV信號恒低，說明開機復位信號錯，于是查時鐘處理芯片82284-12腳，在開機時有一個正脈沖，說明82284已正確發
出了系統復位信號，跟蹤復位信號傳輸路徑向下檢查，說明82284已正確發出了系統復位信號，跟蹤復位信號傳輸路徑向下檢查，發現74ALS02的5、6腳輸入為正脈沖，但輸出4腳卻為“不高不低”浮空電平，更換該芯片后故障排除。對總線故障檢修原則是：若發現某一位或很少幾位為恒定電平，可重新開機檢查這些位在開機瞬間是否為恒定電平，若開機瞬間即為恒定電平，則是錯誤狀態；若開機瞬間為脈沖而后變為恒定電平則應首先檢查其他信號；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?；蛳鄳目偩€驅動門的控制信號(如驅動門的方向控制信號或門的選通信號等)。2、接口的功能

由于計算機的外圍設備品種繁多，幾乎都采用了機電傳動設備，因此，CPU在與I/O設備進行數據交換時存在以下問題：

速度不匹配：I/O設備的工作速度要比CPU慢許多，而且由于種類的不同，他們之間的速度差異也很大，例如硬盤的傳輸速度就要比打印機快出很多。

時序不匹配：各個I/O設備都有自己的定時控制電路，以自己的速度傳輸數據，無法與CPU的時序取得統一。

信息格式不匹配：不同的I/O設備存儲和處理信息的格式不同，例如可以分為串行和并行兩種；也可以分為二進制格式、ACSII編碼和BCD編碼等。

信息類型不匹配：不同I／O設備采用的信號類型不同，有些是數字信號，而有些是模擬信號，因此所采用的處理方式也不同。

基于以上原因，CPU與外設之間的數據交換必須通過接口來完成，通常接口有以下一些功能：

（1）設置數據的寄存、緩沖邏輯，以適應CPU與外設之間的速度差異，接口通常由一些寄存器或RAM芯片組成，如果芯片足夠大還可以實現批量數據的傳輸；

（2）能夠進行信息格式的轉換，例如串行和并行的轉換；

（3）能夠協調CPU和外設兩者在信息的類型和電平的差異，如電平轉換驅動器、數／?；蚰＃瘮缔D換器等；

（4）協調時序差異；

（5）地址譯碼和設備選擇功能；

（6）設置中斷和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請求信號，并在接受到中斷和DMA應答之后完成中斷處理和DMA傳輸。

3、接口的控制方式

CPU通過接口對外設進行控制的方式有以下幾種：

（1）程序查詢方式

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，則進行數據的輸入或輸出，否則CPU等待，循環查詢。

這種方式的優點是結構簡單，只需要少量的硬件電路即可，缺點是由于CPU的速度遠遠高于外設，因此通常處于等待狀態，工作效率很低

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