外設接口

外設接口（Interface）是計算機的CPU、存儲器與外圍設備，或者兩種外圍設備之間，或者兩種機器之間通過系統總線進行連接的邏輯電路（邏輯部件），它是CPU與外界進行信息交換的中轉站。

外設接口的基本功能：

一是為信息傳輸操作選擇外圍設備；

二是在選定的外圍設備和主機之間交換信息，保證外圍設備用計算機系統特性所要求的形式發送或接收信息。

接口由接口電路、連接電纜和接口軟件組成。 ^[1] 

外設接口在微型計算機和外圍設備之間起着橋樑的作用，主要有以下功能：

1.尋址功能：選擇多個I/O接口中的其中一個端口 ；

2.數據的寄存和緩衝功能；

3.數據轉換功能；

4.聯絡功能；

5.中斷管理或DMA管理功能；

6.命令控制。 ^[1] 

計算機CPU與外圍設備之間傳送的信息有三種：

1.數據信息：是CPU和外圍設備傳送的基本信息，它可分為數字量、模擬量和開關量三種。

2.狀態信息：反映外圍設備的工作狀態，由外圍設備通過接口傳送給微型計算機。

3.控制信息：由CPU傳送給外設，用來設置外圍設備的各種方式，產生相應的輸入輸出控制信號。

I/O接口有相應的端口存放數據信息、狀態信息和控制信息 。 ^[1] 

CPU與外設之間的信息傳送是通過I/O接口的端口來實現的，對I/O接口的訪問方式取決於這些端口的編址方式，通常端口有兩種編址方式：存儲器影像的I/O編址方式和獨立的I/O編址方式。

1.存儲器影像的I/O編址方式：用這種編址方式訪問端口和訪問存儲器單元相同，它用訪問存儲器的指令訪問I/O端口，用訪問存儲器的控制信號存儲器讀和存儲器寫作為I/O端口的讀寫控制信號。

2.獨立的I/O編址方式：CPU有專門的指令訪問I/O端口，與之對應，有專門的I/O讀和I/O寫作為I/O讀寫控制信號，I/O的地址空間和存儲器的地址空間可以重疊。 ^[1] 

外設接口的類型如下：

下面會介紹幾種接口。

數據以串行（逐位進行傳送）的方式傳送的接口叫串行接口。串行接口是廣泛應用於微型計算機系統的一種通用接口。串行接口用於連接慢速的外圍設備（CRT顯示器、調制解調器、打印機、掃描儀、鍵盤、鼠標等）到計算機的總線上，其設備的一端按位串行傳送，計算機一端並行傳送。

串行接口部件內部有4個主要寄存器：控制寄存器、狀態寄存器、數據輸入寄存器和數據輸出寄存器。

控制寄存器：用來容納CPU送給此接口的各種控制信息，從而決定了接口的工作方式。

狀態寄存器：用來指示傳輸過程中當前的傳輸狀態或者某一種錯誤。

數據輸入寄存器：總是和串行輸入並行輸出移位寄存器配對使用的。在輸入過程中，數據一位一位的從外圍設備進入接口的移位寄存器，當接收完1個字節以後，數據就從移位寄存器送到數據輸出寄存器，再等待CPU來取走。

數據輸出寄存器：總是和並行輸入串行輸出移位寄存器配對使用的。

串行數據的傳送方式分成3種基本的傳送方式 ：

1.單工傳送方式：數據在通信鏈路上只能朝一個固定的方向進行傳送操作；

2.半雙工傳送方式：在半雙工通信鏈路中，使用同一根通信線分時地進行數據的發送和接收；

3.全雙工傳送方式：數據可以在兩個方向上同時進行傳送操作。 ^[2] 

並行接口的引線包括數據信號線，控制信號線以及狀態信號線。

控制信號線：

選通（STB）：低電平有效，用於主機對打印機的數據選通。

自動走紙（AUTO LF）：低電平有效，打印完後自動走紙換行。

初始化（INIT）：低電平有效，使打印機的控制器初始化信號。

選擇輸入（SLCT IN）：低電平有效，使打印機處於聯機狀態。

狀態信號線：

應答信號 (ACK)：低電平有效，表示打印機準備好，可以接收數據。

忙信號 (BUSY)：高電平有效，表示打印機處於忙狀態。

無紙 (PE)：高電平有效，表示打印機缺紙。

聯機 (SLCT)：高電平有效，表示打印機為聯機狀態。

出錯 (ERROR)：低電平有效，表示打印機出錯，包括無紙、脱機、錯誤狀態。

並行接口有如下一些操作：

1.經過並行接口把數據送入CPU的操作過程

①外圍設備將數據發送給接口，且使狀態線的“輸入數據準備就緒”信號變成高電平。

②在並行接口把數據送到數據緩衝寄存器的同時，作為對外圍設備的響應信息，將“輸入數據回答”信號線變成高電平。

③當外圍設備接收到這個信號後，便將“輸入數據準備就緒”信號和數據撤消掉。

④當數據到達並行接口之後，將接口狀態寄存器中“輸入準備就緒”狀態位置位，以供CPU查詢，或向CPU發出一箇中斷請求。

⑤當CPU從並行接口讀取到數據後，並行接口會自動將狀態寄存器中的“輸出準備就緒”狀態位清零，並使數據總線處於高阻抗狀態。 ^[2] 

IDE（Integrated Device Electronics，電子集成驅動器）是專門為硬盤子系統連接而設計的接口，也適用於軟盤驅動器和光驅的連接 。IDE也叫ATA（AT Attachment）接口。

IDE接口通過40芯扁平電纜將主機和磁盤子系統或光盤子系統相連，採用16位並行傳輸，其中，除了數據線外，還有一組DMA請求和應答信號、1箇中斷請求信號、I/O讀信號、I/O寫信號，以及復位信號和地信號等。同時，IDE另用1個4芯電纜將主機的電源送往外設子系統。

1個IDE接口可以連接2個硬盤 。

IDE接口優點：價格低廉、兼容性強、性價比高。

IDE接口缺點：數據傳輸速度慢、線纜長度過短、連接設備少。 ^[1] 

SCSI（Small Computer System Interface）意為小型計算機系統接口，原是小型計算機的標準外設接口，用於連接磁盤機、磁帶機等高速外圍設備。已廣泛應用於微型計算機系統以及許多工作站，是外圍設備接口中比較成功的一種接口。主要用於高檔服務器系統連接硬盤、光盤驅動器、磁帶機等。和IDE接口相比，SCSI接口速度快，可連接的設備多，但造價高。

在系統中應用SCSI必須要有專門的SCSI控制器，也就是一塊SCSI控制卡，才能支持SCSI設備。 ^[1] 

通用串行總線USB（Universal Serial Bus）接口是近幾年推出的一種全新的外圍設備接口。它是一種高速的通信接口，它的性能比系統所採用的標準串行接口和並行接口都要好。

USB支持熱插拔，即插即用的優點，所以USB接口已經成為MP3的最主要的接口方式。USB有兩個規範，即USB1.1和USB2.0。

USB1.1是較為普遍的USB規範，其高速方式的傳輸速率為12Mb/s 。

USB2.0規範是由USB1.1規範演變而來的。它的傳輸速率達到了480Mb/s，即60MB/s，可以滿足大多數外設的速率要求。

USB是一種全新的，高速、靈活、通用、方便、可靠的接口。主要特點有:

1.物理接口是一個通過4線連接的接口。

2.可以連接外設、複合設備和集線器。它採用的是分層的、星形的拓撲結構。最多可以連接5級集線器，可連接的外圍設備能多達127台。

3.傳輸速率高。USB1.1的最高位速率為12Mb/s ，USB2.0的最高傳輸速率為480Mb/s，USB3.0的理論速度甚至高達5Gb/s。

4.可靠性高。由於USB採用平衡傳輸方式，抗干擾性好；同時USB帶硬件糾錯能力，可完成對軟件透明的檢錯和重發。 ^[1]