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1、计算机接口概念介绍计算机接口概念介绍自动化设备的 CPU 与外部设备、存储器的连接和数据交换都需要通过一个叫做接口设备的来实现，前者被称为 I/O 接口，而后者则被称为存储器接口。存储器接口通常在 CPU 的同步控制下工作，接口电路相对比较简单；而 I/O 接口设备的品种繁多，其相应的接口电路也各不相同，因此，习惯上说到接口只是狭义的指 I/O 接口而已。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
2、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。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
3、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 IO 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
4、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
5、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。2）中断处理方式在这种方式下，CPU 不再被动等待，而是可以执行其他程序，一旦外设为数据交换准备就绪，可以向 CPU 提出服务请求，CPU 如果响应该请求，便暂时停止当前程序的执行，转去执行与该请求对应的服务程序，完成后，再继续执行原来被中断的程序。中断处理方式的优点是显而易见的，它不但为 CPU 省去了查询外设状态和等待外设就绪所花费的时间，提高了 CPU 的工作效率，还满足了外设的实时要求。但需要为每个 IO 设备分配一个中断请求号和相应的中断服务程序，此
6、外还需要一个中断控制器（IO 接口芯片）管理 IO 设备提出的中断请求，例如设置中断屏蔽、中断请求优先级等。此外，中断处理方式的缺点是每传送一个字符都要进行中断，启动中断控制器，还要保留和恢复现场以便能继续原程序的执行，花费的工作量很大，这样如果需要大量数据交换，系统的性能会很低。3）DMA（直接存储器存取）传送方式DMA 最明显的一个特点是它不是用软件而是采用一个专门的控制器来控制内存与外设之间的数据交流，无须 CPU 介入，大大提高 CPU的工作效率。在进行 DMA 数据传送之前，DMA 控制器会向 CPU 申请总线控制 权，CPU 如果允许，则将控制权交出，因此，在数据交换时，总线控制权
7、由 DMA 控制器掌握，在传输结束后，DMA 控制器将总线控制权交还给 CPU。二、常见接口1.并行接口目前，计算机中的并行接口主要作为打印机端口，接口使用的不再是 36 针接头而是 25 针 D 形接头。所谓“并行” ，是指 8 位数据同时通过并行线进行传送，这样数据传送速度大大提高，但并行传送的线路长度受到限制，因为长度增加，干扰就会增加，容易出错。现在有五种常见的并口：4 位、8 位、半 8 位、EPP 和 ECP，大多数 PC 机配有 4 位或 8 位的并口，许多利用 Intel386 芯片组的便携机配有 EPP 口，支持全部 IEEE1284 并口规格的计算机配有 ECP 并口。标准
8、并行口 4 位、8 位、半 8 位:4 位口一次只能输入 4 位数据，但可以输出 8 位数据；8 位口可以一次输入和输出 8 位数据；半 8 位也可以。EPP 口（增强并行口）:由 Intel 等公司开发，允许 8 位双向数据传送，可以连接各种非打印机设备，如扫描仪、LAN 适配器、磁盘驱动器和 CDROM 驱动器等。ECP 口（扩展并行口）:由 Microsoft、HP 公司开发，能支持命令周期、数据周期和多个逻辑设备寻址，在多任务环境下可以使用DMA（直接存储器 访问） 。目前几乎所有的 586 机的主板都集成了并行口插座，标注为 Paralle1 或 LPT1，是一个 26 针的双排针插
9、座。2.串行接口计算机的另一种标准接口是串行口，现在的 PC 机一般至少有两个串行口 COM1 和 COM2。串行口不同于并行口之处在于它的数据和控制信息是一位接一位串行地传送下去。这样，虽然速度会慢一些，但传送距离较并行口更长，因此长距离的通信应使用串行口。通常COM1 使用的是 9 针 D 形连接器，而 COM2 有些使 用的是老式的 DB25针连接器。3.磁盘接口1）IDE 接口IDE 接口也叫做 ATA 端口，只可以接两个容量不超过 528M 的硬盘驱动器，接口的成本很低，因此在 386、486 时期非常流行。但大多数 IDE 接口不支持 DMA 数据传送，只能使用标准的 PCIO 端
10、口指令来传送所有的命令、状态、数据。几乎所有的 586 主板上都集成了两个 40 针的双排针 IDE 接口插座，分别标注为 IDE1 和 IDE2。2）EIDE 接口EIDE 接口较 IDE 接口有了很大改进，是目前最流行的接口。首先，它所支持的外设不再是 2 个而是 4 个了，所支持的设备除了硬盘，还包括 CDROM 驱动器磁盘备份设备等。其次，EIDE 标准取消了 528MB 的限制，代之以 8GP 限制。第三，EIDE 有更高的数据传送速率，支持 PIO 模式 3 和模式 4标准。4.SCSI 接口SCSI（SmallComputerSystemInterface）小计算机系统接口，在做
11、图形处理和网络服务的计算机中被广泛采用 SCSI 接口的硬盘。除了硬盘以外，SCSI 接口还可以连接 CDROM 驱动器、扫描仪和打印机等，它具有以下特点：可同时连接 7 个外设；总线配置为并行 8 位、16 位或 32 位；允许最大硬盘空间为 8.4GB（有些已达到 9.09GB） ；更高的数据传输速率，IDE 是 2MB 每秒，SCSI 通常可以达到5MB 每秒，FASTSCSI（SCSI2）能达到 10MB 每秒，最新的SCSI3 甚至能够达到 40MB 每秒，而 EIDE 最高只能达到 16.6MB 每秒；成本较 IDE 和 EIDE 接口高很多，而且，SCSI 接口硬盘必须和 SCS
12、I 接口卡配合使用，SCSI 接口卡也比 IED 和 EIDE 接口贵很多。SCSI 接口是智能化的，可以彼此通信而不增加 CPU 的负担。在 IDE 和 EIDE 设备之间传输数据时，CPU 必须介入，而 SCSI 设备在数据传输过程中起主动作用，并能在 SCSI 总线内部具体执行，直至完成再通知 CPU。5.USB 接口最新的 USB 串行接口标准是由Microsoft、Intel、Compaq、IBM 等大公司共同推出，它提供机箱外的热即插即用连接，用户在连接外设时不用再打开机箱、关闭电源，而是采用“级联”方式，每个 USB 设备用一个 USB 插头连接到一个外设的 USB 插座上，而其
13、本身又提供一个 USB 插座给下一个USB 设备使用，通过 这种方式的连接，一个 USB 控制器可以连接多达 127 个外设，而每个外设间的距离可达 5 米。USB 统一的 4 针圆形插头将取代机箱后的众多的串/并口（鼠标、MODEM）键盘等插头。USB 能智能识别 USB 链上外围设备的插入或拆卸。 除了能够连接键盘、鼠标等，USB 还可以连接 ISDN、电话系统、数字音响、打印机以及扫描仪等低速外设。三、I/O 扩展槽I/O 扩展槽即 I/O 信号传输的路径，是系统总线的延伸，可以插入任意的标准选件，如显示卡、解压卡、MODEM 卡和声卡等。通过 I/O 扩展槽，CPU 可对连接到该通道的
14、所有 IO 接口芯片和控制卡寻址访问，进行读写。根据总线的类型不同，主板上的扩展槽可分为ISA、EISA、MAC、VESA 和 PCI 几种。1）ISA 插槽黑色，分为 8 位、16 位两种。16 位的扩展槽可以插 8 位和 16位的控制卡，但 8 位的扩展槽只能插 8 位卡。2）EISA 插槽棕色，外型、长度与 16 位的 ISA 卡一样，但深度较大，可插入ISA 与 EISA 控制卡。3）VESA 插槽棕色，位于 16 位 ISA 扩展插槽的下方，与 ISA 插槽配合使用。4）PCI 插槽白色，与 VESA 插槽一样长，与 ISA 插槽平行，不需要与 ISA 插槽配合使用，而且只能插入 PCI 控制卡。由于主板的空间有限，PCI 插槽要占用 ISA 插槽的位置
