[科普中国]-外设接口

外设接口的概念

外设接口（Interface）是计算机的CPU、存储器与外围设备，或者两种外围设备之间，或者两种机器之间通过系统总线进行连接的逻辑电路（逻辑部件），它是CPU与外界进行信息交换的中转站。

外设接口的基本功能：
一是为信息传输操作选择外围设备；
二是在选定的外围设备和主机之间交换信息，保证外围设备用计算机系统特性所要求的形式发送或接收信息。
接口由接口电路、连接电缆和接口软件组成。1

外设接口的功能外设接口在微型计算机和外围设备之间起着桥梁的作用，主要有以下功能：
1.寻址功能：选择多个I/O接口中的其中一个端口 ；
2.数据的寄存和缓冲功能；
3.数据转换功能；
4.联络功能；
5.中断管理或DMA管理功能；
6.命令控制。1

CPU与外围设备之间传送的信息计算机CPU与外围设备之间传送的信息有三种：
1.数据信息：是CPU和外围设备传送的基本信息，它可分为数字量、模拟量和开关量三种。
2.状态信息：反映外围设备的工作状态，由外围设备通过接口传送给微型计算机。
3.控制信息：由CPU传送给外设，用来设置外围设备的各种方式，产生相应的输入输出控制信号。
I/O接口有相应的端口存放数据信息、状态信息和控制信息 。1

I/O接口寻址及I/O指令CPU与外设之间的信息传送是通过I/O接口的端口来实现的，对I/O接口的访问方式取决于这些端口的编址方式，通常端口有两种编址方式：存储器影像的I/O编址方式和独立的I/O编址方式。
1.存储器影像的I/O编址方式：用这种编址方式访问端口和访问存储器单元相同，它用访问存储器的指令访问I/O端口，用访问存储器的控制信号存储器读和存储器写作为I/O端口的读写控制信号。
2.独立的I/O编址方式：CPU有专门的指令访问I/O端口，与之对应，有专门的I/O读和I/O写作为I/O读写控制信号，I/O的地址空间和存储器的地址空间可以重叠。1

外设接口类型外设接口的类型如下：

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下面会介绍几种接口。

串行接口概述数据以串行（逐位进行传送）的方式传送的接口叫串行接口。串行接口是广泛应用于微型计算机系统的一种通用接口。串行接口用于连接慢速的外围设备（CRT显示器、调制解调器、打印机、扫描仪、键盘、鼠标等）到计算机的总线上，其设备的一端按位串行传送，计算机一端并行传送。
串行接口部件内部有4个主要寄存器：控制寄存器、状态寄存器、数据输入寄存器和数据输出寄存器。
控制寄存器：用来容纳CPU送给此接口的各种控制信息，从而决定了接口的工作方式。
状态寄存器：用来指示传输过程中当前的传输状态或者某一种错误。
数据输入寄存器：总是和串行输入并行输出移位寄存器配对使用的。在输入过程中，数据一位一位的从外围设备进入接口的移位寄存器，当接收完1个字节以后，数据就从移位寄存器送到数据输出寄存器，再等待CPU来取走。
数据输出寄存器：总是和并行输入串行输出移位寄存器配对使用的。

串行数据的传送方式分成3种基本的传送方式 ：
1.单工传送方式：数据在通信链路上只能朝一个固定的方向进行传送操作；

2.半双工传送方式：在半双工通信链路中，使用同一根通信线分时地进行数据的发送和接收；

3.全双工传送方式：数据可以在两个方向上同时进行传送操作。2

并行接口概述并行接口的引线包括数据信号线，控制信号线以及状态信号线。

控制信号线：
选通（STB）：低电平有效，用于主机对打印机的数据选通。
自动走纸（AUTO LF）：低电平有效，打印完后自动走纸换行。
初始化（INIT）：低电平有效，使打印机的控制器初始化信号。
选择输入（SLCT IN）：低电平有效，使打印机处于联机状态。

状态信号线：
应答信号 (ACK)：低电平有效，表示打印机准备好，可以接收数据。
忙信号 (BUSY)：高电平有效，表示打印机处于忙状态。
无纸 (PE)：高电平有效，表示打印机缺纸。
联机 (SLCT)：高电平有效，表示打印机为联机状态。
出错 (ERROR)：低电平有效，表示打印机出错，包括无纸、脱机、错误状态。

并行接口有如下一些操作：
1.经过并行接口把数据送入CPU的操作过程
①外围设备将数据发送给接口，且使状态线的“输入数据准备就绪”信号变成高电平。
②在并行接口把数据送到数据缓冲寄存器的同时，作为对外围设备的响应信息，将“输入数据回答”信号线变成高电平。
③当外围设备接收到这个信号后，便将“输入数据准备就绪”信号和数据撤消掉。
④当数据到达并行接口之后，将接口状态寄存器中“输入准备就绪”状态位置位，以供CPU查询，或向CPU发出一个中断请求。
⑤当CPU从并行接口读取到数据后，并行接口会自动将状态寄存器中的“输出准备就绪”状态位清零，并使数据总线处于高阻抗状态。2

IDE接口概述IDE（Integrated Device Electronics，电子集成驱动器）是专门为硬盘子系统连接而设计的接口，也适用于软盘驱动器和光驱的连接 。IDE也叫ATA（AT Attachment）接口。
IDE接口通过40芯扁平电缆将主机和磁盘子系统或光盘子系统相连，采用16位并行传输，其中，除了数据线外，还有一组DMA请求和应答信号、1个中断请求信号、I/O读信号、I/O写信号，以及复位信号和地信号等。同时，IDE另用1个4芯电缆将主机的电源送往外设子系统。
1个IDE接口可以连接2个硬盘 。
IDE接口优点：价格低廉、兼容性强、性价比高。
IDE接口缺点：数据传输速度慢、线缆长度过短、连接设备少。1

SCSI接口概述SCSI（Small Computer System Interface）意为小型计算机系统接口，原是小型计算机的标准外设接口，用于连接磁盘机、磁带机等高速外围设备。目前已广泛应用于微型计算机系统以及许多工作站，是外围设备接口中比较成功的一种接口。主要用于高档服务器系统连接硬盘、光盘驱动器、磁带机等。和IDE接口相比，SCSI接口速度快，可连接的设备多，但造价高。
在系统中应用SCSI必须要有专门的SCSI控制器，也就是一块SCSI控制卡，才能支持SCSI设备。1

USB接口概述通用串行总线USB（Universal Serial Bus）接口是近几年推出的一种全新的外围设备接口。它是一种高速的通信接口，它的性能比目前系统所采用的标准串行接口和并行接口都要好。
USB支持热插拔，即插即用的优点，所以USB接口已经成为MP3的最主要的接口方式。USB有两个规范，即USB1.1和USB2.0。
USB1.1是目前较为普遍的USB规范，其高速方式的传输速率为12Mb/s 。
USB2.0规范是由USB1.1规范演变而来的。它的传输速率达到了480Mb/s，即60MB/s，可以满足大多数外设的速率要求。

USB是一种全新的，高速、灵活、通用、方便、可靠的接口。主要特点有:
1.物理接口是一个通过4线连接的接口。
2.可以连接外设、复合设备和集线器。它采用的是分层的、星形的拓扑结构。最多可以连接5级集线器，可连接的外围设备能多达127台。
3.传输速率高。USB1.1的最高位速率为12Mb/s ，USB2.0的最高传输速率为480Mb/s，USB3.0的理论速度甚至高达5Gb/s。
4.可靠性高。由于USB采用平衡传输方式，抗干扰性好；同时USB带硬件纠错能力，可完成对软件透明的检错和重发。1