CPU與外部設(shè)備,、存儲器的連接和數(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(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／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(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,。

　　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)電傳動設(shè)備,，因此,，CPU在與I/O設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交換時存在以下問題：

　　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,。

　　時序不匹配:各個I/O設(shè)備都有自己的定時控制電路,，以自己的速度傳輸數(shù)據(jù)，無法與CPU的時序取得統(tǒng)一,。

　　信息格式不匹配:不同的I/O設(shè)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(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)動器,、數(shù)／?；蚰＃瘮?shù)轉(zhuǎn)換器等；

　　4）協(xié)調(diào)時序差異,；

　　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)的時間，提高了CPU的工作效率,，還滿足了外設(shè)的實(shí)時要求,。但需要為每個I／O設(shè)備分配一個中斷請求號和相應(yīng)的中斷服務(wù)程序，此外還需要一個中斷控制器（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)是每傳送一個字符都要進(jìn)行中斷,，啟動中斷控制器，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)的性能會很低,。

　　3）DMA（直接存儲器存?。﹤魉头绞?/p>

　　DMA最明顯的一個特點(diǎn)是它不是用軟件而是采用一個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,，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,。

　　二、常見接口

　　1.并行接口

　　目前,，計(jì)算機(jī)中的并行接口主要作為打印機(jī)端口,，接口使用的不再是36針接頭而是25針D形接頭。所謂“并行”,，是指8位數(shù)據(jù)同時通過并行線進(jìn)行傳送,，這樣數(shù)據(jù)傳送速度大大提高，但并行傳送的線路長度受到限制,，因?yàn)殚L度增加，干擾就會增加,，容易出錯,。

　　現(xiàn)在有五種常見的并口：4位,、8位、半8位,、EPP和ECP,，大多數(shù)PC機(jī)配有4位或8位的并口，許多利用INTEL386芯片組的便攜機(jī)配有EPP口,，支持全部IEEE1284并口規(guī)格的計(jì)算機(jī)配有ECP并口,。

　　標(biāo)準(zhǔn)并行口4位、8位,、半8位:

　　4位口一次只能輸入4位數(shù)據(jù),，但可以輸出8位數(shù)據(jù)；8位口可以一次輸入和輸出8位數(shù)據(jù),；半8位也可以,。

　　EPP口（增強(qiáng)并行口）:由INTEL等公司開發(fā)，允許8位雙向數(shù)據(jù)傳送,，可以連接各種非打印機(jī)設(shè)備,，如掃描儀、LAN適配器,、磁盤驅(qū)動器和CDROM 驅(qū)動器等,。

　　ECP口（擴(kuò)展并行口）:由Microsoft、HP公司開發(fā),，能支持命令周期,、數(shù)據(jù)周期和多個邏輯設(shè)備尋址，在多任務(wù)環(huán)境下可以使用DMA（直接存儲器訪問）,。

　　目前幾乎所有的586機(jī)的主板都集成了并行口插座,，標(biāo)注為 Paralle1或LPT1，是一個26針的雙排針插座,。

　　2.串行接口

　　計(jì)算機(jī)的另一種標(biāo)準(zhǔn)接口是串行口,，現(xiàn)在的PC機(jī)一般至少有兩個串行口COM1和COM2。串行口不同于并行口之處在于它的數(shù)據(jù)和控制信息是一位接一位串行地傳送下去,。這樣,，雖然速度會慢一些，但傳送距離較并行口更長,，因此長距離的通信應(yīng)使用串行口,。通常COM1使用的是9針D形連接器，而COM2有些使用的是老式的DB25針連接器,。

　　3.磁盤接口

　　1）IDE接口

　　IDE接口也叫做ATA端口,，只可以接兩個容量不超過528M的硬盤驅(qū)動器，接口的成本很低,，因此在38*86時期非常流行,。但大多數(shù)IDE接口不支持DMA數(shù)據(jù)傳送,，只能使用標(biāo)準(zhǔn)的PCI／O端口指令來傳送所有的命令、狀態(tài),、數(shù)據(jù),。幾乎所有的586主板上都集成了兩個40針的雙排針I(yè)DE接口插座，分別標(biāo)注為IDE1和IDE2,。

　　2）EIDE接口

　　EIDE接口較IDE接口有了很大改進(jìn),，是目前最流行的接口。

　　首先,，它所支持的外設(shè)不再是2個而是4個了,，所支持的設(shè)備除了硬盤，還包括CD－ROM驅(qū)動器磁盤備份設(shè)備等,。

　　其次,，EIDE標(biāo)準(zhǔn)取消了528MB的限制，代之以8GP限制,。

　　第三,，EIDE有更高的數(shù)據(jù)傳送速率，支持PIO模式3和模式4標(biāo)準(zhǔn),。

　　4.SCSI接口

　　SCSI（SmallComputerSystemInterface）小計(jì)算機(jī)系統(tǒng)接口,，在做圖形處理和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的計(jì)算機(jī)中被廣泛采用SCSI接口的硬盤。除了硬盤以外,，SCSI接口還可以連接CD－ROM驅(qū)動器,、掃描儀和打印機(jī)等，它具有以下特點(diǎn)：

　?。赏瑫r連接7個外設(shè),；

　　＊總線配置為并行8位,、16位或32位,；

　　＊允許最大硬盤空間為8.4GB（有些已達(dá)到9.09GB）,；

　?。叩臄?shù)據(jù)傳輸速率，IDE是2MB每秒,，SCSI通?？梢赃_(dá)到5MB每秒，F(xiàn)ASTSCSI（SCSI－2）能達(dá)到10MB每秒,，最新的SCSI－3甚至能夠達(dá)到40MB每秒,，而EIDE最高只能達(dá)到16.6MB每秒；

　?。杀据^IDE和EIDE接口高很多,，而且,，SCSI接口硬盤必須和SCSI接口卡配合使用,，SCSI接口卡也比IED和EIDE接口貴很多,。

　　＊SCSI接口是智能化的,，可以彼此通信而不增加CPU的負(fù)擔(dān),。在IDE和EIDE設(shè)備之間傳輸數(shù)據(jù)時，CPU必須介入,，而SCSI設(shè)備在數(shù)據(jù)傳輸過程中起主動作用,，并能在SCSI總線內(nèi)部具體執(zhí)行，直至完成再通知CPU,。

　　5.USB接口

　　最新的USB串行接口標(biāo)準(zhǔn)是由Microsoft,、INTEL、Compaq,、IBM等大公司共同推出,，它提供機(jī)箱外的熱即插即用連接，用戶在連接外設(shè)時不用再打開機(jī)箱,、關(guān)閉電源,，而是采用“級聯(lián)”方式，每個USB設(shè)備用一個USB插頭連接到一個外設(shè)的USB插座上,，而其本身又提供一個USB插座給下一個USB設(shè)備使用,，通過這種方式的連接，一個USB控制器可以連接多達(dá)127個外設(shè),，而每個外設(shè)間的距離可達(dá)5米,。USB統(tǒng)一的4針圓形插頭將取代機(jī)箱后的眾多的串/并口（鼠標(biāo)、MODEM）鍵盤等插頭,。USB能智能識別USB鏈上外圍設(shè)備的插入或拆卸,。　　除了能夠連接鍵盤,、鼠標(biāo)等,，USB還可以連接ISDN、電話系統(tǒng),、數(shù)字音響,、打印機(jī)以及掃描儀等低速外設(shè)。

　　三,、I/O擴(kuò)展槽

　　I/O擴(kuò)展槽即I/O信號傳輸?shù)穆窂?，是系統(tǒng)總線的延伸，可以插入任意的標(biāo)準(zhǔn)選件,，如顯示卡,、解壓卡,、MODEM卡和聲卡等。通過I/O擴(kuò)展槽,，CPU可對連接到該通道的所有I／O接口芯片和控制卡尋址訪問,，進(jìn)行讀寫。

　　根據(jù)總線的類型不同,，主板上的擴(kuò)展槽可分為ISA,、EISA、MAC,、VESA和PCI幾種,。

　　1）ISA插槽

　　黑色，分為8位,、16位兩種,。16位的擴(kuò)展槽可以插8位和16位的控制卡，但8位的擴(kuò)展槽只能插8位卡,。

　　2）EISA插槽

　　棕色,，外型、長度與16位的ISA卡一樣,，但深度較大,，可插入ISA與EISA控制卡。

　　3）VESA插槽

　　棕色,，位于16位ISA擴(kuò)展插槽的下方,，與ISA插槽配合使用。

　　4）PCI插槽

　　白色,，與VESA插槽一樣長,，與ISA插槽平行，不需要與ISA插槽配合使用,，而且只能插入PCI控制卡,。由于主板的空間有限，PCI插槽要占用ISA插槽的位置