主板接口技术的基本知识

06-14

CPU与外部设备、存储器的连接和数据交换都需要通过接口设备来实现，前者被称为I/O接口，而后者则被称为存储器接口。存储器通常在CPU的同步控制下工作，接口电路比较简单；而I/O设备品种繁多，其相应的接口电路也各不相同，因此，习惯上说到接口只是指I/O接口。

一、I/0接口的概念

1、接口的分类

I/O接口的功能是负责实现CPU通过系统总线把I/O电路和外围设备联系在一起，按照电路和设备的复杂程度，I/O接口的硬件主要分为两大类：

（1）I/O接口芯片

这些芯片大都是集成电路，通过CPU输入不同的命令和参数，并控制相关的I/O电路和简单的外设作相应的操作，常见的接口芯片如定时／计数器、中断控制器、DMA控制器、并行接口等。

（2）I/O接口控制卡

有若干个集成电路按一定的逻辑组成为一个部件，或者直接与CPU同在主板上，或是一个插件插在系统总线插槽上。

按照接口的连接对象来分，又可以将他们分为串行接口、并行接口、键盘接口和磁盘接口等。

熟悉PC主板的总线类型及I/O总线插槽中各信号排列情况，以I/O插槽中重要信号为线索进行故障点查找是维修PC主板致命性故障的关键。

微机主板常用总线有PC/XT、PC/AT、VESA、PCI等类型，不同总线的I/O槽中信
号排列有所差别，熟悉I/O槽中重要信号是查找因总线类故障系统死机、屏幕无显示等严重故障的前提。对死机类故障，首先区分故障原因是由I/O设备故障引起还是主板本身故障引起。确诊故障在系统板后，可检测系统板I/O槽中地址总线或数据总线的脉冲状态初步判断系统故障部位：若所有地址总线或数据总线均无脉冲，则可能CPU未工作；若个别地址总线或数据总线为恒定电平而其余位为脉冲，则是总线故障。由于CPU本身故障率较低，因此检查CPU未工作的原因应从CPU工作的输入信号是否正常入手。CPU的基本工作条件有三个，即系统复位信号RESET、系统时钟信号CLK、CPU就绪信号READY。以PC/AT机为例，CPU(intel286)的29脚为RESET信号，对应于I/O槽中B02槽RESET DRV信号，在开机时应有一个明显正脉冲；CPU的31脚为CLK信号，对应I/O槽中B20槽系统时钟SYSCLK信号，应为TTL电平的时钟脉冲。CPU的65脚为READY信号，在开机时应为低电平或脉冲。某PC/AT机死机，屏幕无显示故障，首先查I/O槽中B02槽RESET DRV信号恒低，说明开机复位信号错，于是查时钟处理芯片82284-12脚，在开机时有一个正脉冲，说明82284已正确发
出了系统复位信号，跟踪复位信号传输路径向下检查，说明82284已正确发出了系统复位信号，跟踪复位信号传输路径向下检查，发现74ALS02的5、6脚输入为正脉冲，但输出4脚却为“不高不低”浮空电平，更换该芯片后故障排除。对总线故障检修原则是：若发现某一位或很少几位为恒定电平，可重新开机检查这些位在开机瞬间是否为恒定电平，若开机瞬间即为恒定电平，则是错误状态；若开机瞬间为脉冲而后变为恒定电平则应首先检查其他信号；若发现8位甚至更多的位同时出现错误状态，则应检查CPU工作是否正常或相应的总线驱动门的控制信号(如驱动门的方向控制信号或门的选通信号等)。2、接口的功能

由于计算机的外围设备品种繁多，几乎都采用了机电传动设备，因此，CPU在与I/O设备进行数据交换时存在以下问题：

速度不匹配：I/O设备的工作速度要比CPU慢许多，而且由于种类的不同，他们之间的速度差异也很大，例如硬盘的传输速度就要比打印机快出很多。

时序不匹配：各个I/O设备都有自己的定时控制电路，以自己的速度传输数据，无法与CPU的时序取得统一。

信息格式不匹配：不同的I/O设备存储和处理信息的格式不同，例如可以分为串行和并行两种；也可以分为二进制格式、ACSII编码和BCD编码等。

信息类型不匹配：不同I／O设备采用的信号类型不同，有些是数字信号，而有些是模拟信号，因此所采用的处理方式也不同。

基于以上原因，CPU与外设之间的数据交换必须通过接口来完成，通常接口有以下一些功能：

（1）设置数据的寄存、缓冲逻辑，以适应CPU与外设之间的速度差异，接口通常由一些寄存器或RAM芯片组成，如果芯片足够大还可以实现批量数据的传输；

（2）能够进行信息格式的转换，例如串行和并行的转换；

（3）能够协调CPU和外设两者在信息的类型和电平的差异，如电平转换驱动器、数／模或模／数转换器等；

（4）协调时序差异；

（5）地址译码和设备选择功能；

（6）设置中断和DMA控制逻辑，以保证在中断和DMA允许的情况下产生中断和DMA请求信号，并在接受到中断和DMA应答之后完成中断处理和DMA传输。

3、接口的控制方式

CPU通过接口对外设进行控制的方式有以下几种：

（1）程序查询方式

这种方式下，CPU通过I/O指令询问指定外设当前的状态，如果外设准备就绪，则进行数据的输入或输出，否则CPU等待，循环查询。

这种方式的优点是结构简单，只需要少量的硬件电路即可，缺点是由于CPU的速度远远高于外设，因此通常处于等待状态，工作效率很低