第八章串行总线及接口

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随着微机系统及其外设性能和功能的增强，需处理的数据量越
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来越大，2000年4月又推出了新的USB规范—USB 2.0。在新
章
版本中，增加了一种480Mb/s的数据传输率，以满足日益复 杂的高级外设与PC机之间的高性能连接需求。
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USB2.0是USB的自然升级，它在保留原有USB规范的基础上又
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提供了更高的带宽，并且与现有的外设保持完全兼容。
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PCI （32位，1992年Intel倡导下推出1.0版）
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USB基本概念（1）
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近年来USB技术已经成为了计算机领域发展最快的技术之一，
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并为越来越多的个人计算机界人士所接受。Windows98的
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问世，使USB的操作系统支持问题得到了解决。从此各种 USB设备不断涌现。可以认为在Windows 98操作系统推动
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USB总线的主要性能特点（3）
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八 适用于带宽范围在几千位/秒（Kb/s）—几百兆位/秒
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（Mb/s）的设备。USB总线既可连接键盘、鼠标、摄像
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头、游戏设备、虚拟现实外设这样的低速设备，也可 连接电话、声频、麦克风、压缩视频这样的全速设备，
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还可连接视频、存储器、图像这样的高速设备。此外，
连接127个设备，为微机系统扩充和配置外部设备提供了方便。 USB规范有多种版本，最早的版本是1994年11月推出的USB 0.7
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版 。1996年1月推出了标准版本USB l.0，目标是为中低速的外 围设备提供双向、低成本的总线，数据传输率最高为12Mb/s。
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USB新规范—USB2.0
第
八 章
计算机原理
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8.1USB的由来
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八
USB（Universal Serial Bus）是由Compaq、HP、Intel、Lucent（朗
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讯）、Microsoft、NEC和Philips七家公司联合推出的新一代标准 接口总线。该总线是一种连接外围设备的机外总线，最多可
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USB基本概念（3）
第
八 章
今后USB将取代当前PC上的串口和并口。当我们提到 USB时，与其将它想象成一个串口，还不如将它想象
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成一个连接有不同设备的网络，就像我们所熟悉的以
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太网一样。给出了一个典型的USB设备网络配置的示 意图。
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典型的USB配置图
第 八 章 串 行 总 线 及 接 口
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USB总线还允许复合设备（即具有多种功能的外设）连 接到PC机。
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USB总线的主要性能特点（4）
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低成本的电缆和连接器。USB通过一根四芯的电缆传送信号和电源， 电缆长度可变，可长达5m。USB统一的4针插头将取代机箱后部众
章
多的串行口、并行口、键盘接口等插头。 USB具有错误检测和处理机制，可识别设备的错误。
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这些接口的设计有很多缺陷，它们不仅给设计者带来了许多麻烦，
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而且也给用户带来诸多不便。下面我们将对这些缺点进行总结 和回顾。在这个过程中我们将会注意到：这些缺点中的很多直
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接导致了人们需要更好的解决方案来实现外围设备与计算机之
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间的连接。
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PC的I/O模式的缺点
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下图表示了传统的I/O模式，在那里外围设备通常被映射为CPU的
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8.1.2USB的基本特点
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与传统的总线接口相比，USB有以下七方面的优点。下面 分别介绍。
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USB总线的主要性能特点（1）
第 每个USB系统中有一个主机，采用“级联”方式USB总线
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可连接多个外部设备。每个USB设备用一个USB插头
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连接到上一个USB设备的USB插座上，而其本身又提 供一或多个USB插座供下一个或多个USB设备连接使 用。这种多重连接是通过集线器Hub来实现的，整个
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I/O地址空间，并且被分配一个指定的IRQ(中断请求)，在某种 情况下它们也可以是一个DMA通道。这些系统资源被分配给指
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定的外围设备，这些地址的分配通常是由IBM公司和其他设备
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制造商指定。而且在事实上，这种地址分配方法已经成为一 种标准。软件开发者要利用这些关于中断请求和DMA通道的信
完全是一个串口，它实际上是一种串行总线。这意味着你的机箱 后盖上的USB端口可以连接许多设备，这些设备可以相互连接在
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一起。而且不同类型的设备组成可以通过一种称为USB集线器的
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硬件分离开来，这些都是与传统的串口上只能链接一个设备有着 本质区别的。USB用来把串口、并口等不同的接口统一起来，使
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用一个4针插头作为标准插头。通过这个标准插头，采用菊花链 形式(星型结构)可以把所有的外设连接起来，并且不会损失带宽。
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下，带来了USB技术的飞速发展和普及。 现在，不管买什么样的个人电脑，你都能找到USB端口。
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USB技术并不仅限于PC行业，现在每一个计算机硬件的生产
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商都在尝试在他自己的平台上应用USB技术。
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USB基本概念（2）
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我们通常所用的鼠标和调制解调器都是连接在串口上的。但USB并不
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PC机的主要外设总线回顾
第 串行总线
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RS232（1969年，EIA颁布） IEEE1394 （1995年，IEEE颁布）
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USB（1994年，七家公司联合推出）
串 并行总线
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STD（8位，Pro-Log公司1978年推出） ISA（16位，IBM公司1984年推出）
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EISA（16位，Compaq等公司1989年推出）
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USB网络中最多可连接127个设备，支持多个设备同
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时操作。
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USB总线的主要性能特点（2）
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USB提供机箱外的热即插即用功能，连接外设不必再打 开机箱，也不必关闭主机电源，USB可智能地识别 USB链上外围设备的动态插入或拆除，具有自动配
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置和重新配置外设的能力，因此连接设备方便。
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较低的协议开销带来了高的总线性能，且适合于低成本外设的开发。
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支持主机与设备之间的多数据流和多消息流传输，且支持同步和异 步传输类型。
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过去接口方案存在缺点
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今天的微型计算机上所使用的大多数外围设备仍然是基于接口实现 的，这些接口最早由IBM公司在20世纪80年代早期设计。