主板接口技術(shù)的基本知識

主板接口技術(shù)的基本知識

    CPU與外部設(shè)備、存儲(chǔ)器的連接和數(shù)據(jù)交換都需要通過接口設(shè)備來實(shí)現(xiàn)，前者被稱為I/O接口，而后者則被稱為存儲(chǔ)器接口。存儲(chǔ)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(shè)備品種繁多，其相應(yīng)的接口電路也各不相同，因此，習(xí)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(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)CPU通過系統(tǒng)總線把I/O電路和外圍設(shè)備聯(lián)系在一起，按照電路和設(shè)備的復(fù)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(shù)，并控制相關(guān)的I/O電路和簡單的外設(shè)作相應(yīng)的操作，常見的接口芯片如定時(shí)／計(jì)數(shù)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(gè)集成電路按一定的邏輯組成為一個(gè)部件，或者直接與CPU同在主板上，或是一個(gè)插件插在系統(tǒng)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(jìn)行故障點(diǎn)查找是維修PC主板致命性故障的關(guān)鍵。
    微機(jī)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(tǒng)死機(jī)、屏幕無顯示等嚴(yán)重故障的前提。    對死機(jī)類故障，首先區(qū)分故障原因是由I/O設(shè)備故障引起還是主板本身故障引起。確診故障在系統(tǒng)板后，可檢測系統(tǒng)板I/O槽中地址總線或數(shù)據(jù)總線的脈沖狀態(tài)初步判斷系統(tǒng)故障部位：若所有地址總線或數(shù)據(jù)總線均無脈沖，則可能CPU未工作；若個(gè)別地址總線或數(shù)據(jù)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(yīng)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(gè)，即系統(tǒng)復(fù)位信號RESET、系統(tǒng)時(shí)鐘信號CLK、CPU就緒信號READY。以PC/AT機(jī)為例，CPU(intel286)的29腳為RESET信號，對應(yīng)于I /O槽中B02槽RESET DRV信號，在開機(jī)時(shí)應(yīng)有一個(gè)明顯正脈沖；CPU的31腳為CLK信號，對應(yīng)I/O槽中B20槽系統(tǒng)時(shí)鐘SYSCLK信號，應(yīng)為TTL電平的時(shí)鐘脈沖。 CPU的65腳為READY信號，在開機(jī)時(shí)應(yīng)為低電平或脈沖。某PC/AT機(jī)死機(jī)，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(jī)復(fù)位信號錯(cuò)，于是查時(shí)鐘處理芯片82284-12腳，在開機(jī)時(shí)有一個(gè)正脈沖，說明82284已正確發(fā)
    出了系統(tǒng)復(fù)位信號，跟蹤復(fù)位信號傳輸路徑向下檢查，說明82284已正確發(fā)出了系統(tǒng)復(fù)位信號，跟蹤復(fù)位信號傳輸路徑向下檢查，發(fā)現(xiàn)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(fā)現(xiàn)某一位或很少幾位為恒定電平，可重新開機(jī)檢查這些位在開機(jī)瞬間是否為恒定電平，若開機(jī)瞬間即為恒定電平，則是錯(cuò)誤狀態(tài)；若開機(jī)瞬間為脈沖而后變?yōu)楹愣娖絼t應(yīng)首先檢查其他信號；若發(fā)現(xiàn)8位甚至更多的位同時(shí)出現(xiàn)錯(cuò)誤狀態(tài)，則應(yīng)檢查CPU工作是否正常或相應(yīng)的總線驅(qū)動(dòng)門的控制信號(如驅(qū)動(dòng)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(jì)算機(jī)的外圍設(shè)備品種繁多，幾乎都采用了機(jī)電傳動(dòng)設(shè)備，因此，CPU在與I/O設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交換時(shí)存在以下問題：
    速度不匹配：I/O設(shè)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(jī)快出很多。
    時(shí)序不匹配：各個(gè)I/O設(shè)備都有自己的定時(shí)控制電路，以自己的速度傳 輸數(shù)據(jù)，無法與CPU的時(shí)序取得統(tǒng)一。
    信息格式不匹配：不同的I/O設(shè)備存儲(chǔ)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(jìn)制格式、ACSII編碼和BCD編碼等。
    信息類型不匹配：不同I／O設(shè)備采用的信號類型不同，有些是數(shù)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(shè)之間的數(shù)據(jù)交換必須通過接口來完成，通常接口有以下一些功能：
（1）設(shè)置數(shù)據(jù)的寄存、緩沖邏輯，以適應(yīng)CPU與外設(shè)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(shí)現(xiàn)批量數(shù)據(jù)的傳輸；
（2）能夠進(jìn)行信息格式的轉(zhuǎn)換，例如串行和并行的轉(zhuǎn)換；
（3）能夠協(xié)調(diào)CPU和外設(shè)兩者在信息的類型和電平的差異，如電平轉(zhuǎn)換驅(qū)動(dòng)器、數(shù)／模或模／數(shù)轉(zhuǎn)換器等；
（4）協(xié)調(diào)時(shí)序差異；
（5）地址譯碼和設(shè)備選擇功能；
（6）設(shè)置中斷和DMA控制邏輯，以保證在中斷和DMA允許的情況下產(chǎn)生中斷和DMA請求信號，并在接受到中斷和DMA應(yīng)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(shè)進(jìn)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(shè)當(dāng)前的狀態(tài)，如果外設(shè)準(zhǔn)備就緒，則進(jìn)行數(shù)據(jù)的輸入或輸出，否則CPU等待，循環(huán)查詢。
這種方式的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，只需要少量的硬件電路即可，缺點(diǎn)是由于CPU的速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于外設(shè)，因此通常處于等待狀態(tài)，工作效率很低
（2）中斷處理方式
    在這種方式下，CPU不再被動(dòng)等待，而是可以執(zhí)行其他程序，一旦外設(shè)為數(shù)據(jù)交換準(zhǔn)備就緒，可以向CPU提出服務(wù)請求，CPU如果響應(yīng)該請求，便暫時(shí)停止當(dāng)前程序的執(zhí)行，轉(zhuǎn)去執(zhí)行與該請求對應(yīng)的服務(wù)程序，完成后，再繼續(xù)執(zhí)行原來被中斷的程序。
中斷處理方式的優(yōu)點(diǎn)是顯而易見的，它不但為CPU省去了查詢外設(shè)狀態(tài)和等待外設(shè)就緒所花費(fèi)的時(shí)間，提高了CPU的工作效率，還滿足了外設(shè)的實(shí)時(shí)要求。但需要為每個(gè)I／O設(shè)備分配一個(gè)中斷請求號和相應(yīng)的中斷服務(wù)程序，此外還需要一個(gè)中斷控制器（I／O接口芯片）管理I／O設(shè)備提出的中斷請求，例如設(shè)置中斷屏蔽、中斷請求優(yōu)先級等。
此外，中斷處理方式的缺點(diǎn)是每傳送一個(gè)字符都要進(jìn)行中斷，啟動(dòng)中斷控制器，還要保留和恢復(fù)現(xiàn)場以便能繼續(xù)原程序的執(zhí)行，花費(fèi)的工作量很大，這樣如果需要大量數(shù)據(jù)交換，系統(tǒng)的性能會(huì)很低。
（3）DMA（直接存儲(chǔ)器存取）傳送方式

    DMA最明顯的一個(gè)特點(diǎn)是它不是用軟件而是采用一個(gè)專門的控制器來控制內(nèi)存與外設(shè)之間的數(shù)據(jù)交流，無須CPU介入，大大提高CPU的工作效率。
在進(jìn)行DMA數(shù)據(jù)傳送之前，DMA控制器會(huì)向CPU申請總線控制 權(quán)，CPU如果允許，則將控制權(quán)交出，因此，在數(shù)據(jù)交換時(shí)，總線控制權(quán)由DMA控制器掌握，在傳輸結(jié)束后，DMA控制器將總線控制權(quán)交還給CPU。
 

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