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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(shí)／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(gè)集成電路按一定的邏輯組成為一個(gè)部件，或者直接與CPU同在主板上，或是一個(gè)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(dòng)設(shè)備，因此，CPU在與I/O設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交換時(shí)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(shí)序不匹配:各個(gè)I/O設(shè)備都有自己的定時(shí)控制電路，以自己的速度傳 輸數(shù)據(jù)，無法與CPU的時(shí)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(dòng)器、數(shù)／模或模／數(shù)轉(zhuǎn)換器等； 4）協(xié)調(diào)時(shí)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(dòng)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(shí)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(shí)間，提高了CPU的工作效率，還滿足了外設(shè)的實(shí)時(shí)要求。但需要為每個(gè)I／O設(shè)備分配一個(gè)中斷請求號和相應(yīng)的中斷服務(wù)程序，此外還需要一個(gè)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(gè)字符都要進(jìn)行中斷，啟動(dòng)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（直接存儲器存取）傳送方式 DMA最明顯的一個(gè)特點(diǎn)是它不是用軟件而是采用一個(gè)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(shí)，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(shí)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(cuò)。 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(dòng)器和CDROM 驅(qū)動(dòng)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(gè)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(gè)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(gè)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(gè)容量不超過528M的硬盤驅(qū)動(dòng)器，接口的成本很低，因此在386、486時(shí)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(gè)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(gè)而是4個(gè)了，所支持的設(shè)備除了硬盤，還包括CD－ROM驅(qū)動(dòng)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(dòng)器、掃描儀和打印機(jī)等，它具有以下特點(diǎn)： ＊可同時(shí)連接7個(gè)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）； ＊更高的數(shù)據(jù)傳輸速率，IDE是2MB每秒，SCSI通常可以達(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； ＊成本較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(shí)，CPU必須介入，而SCSI設(shè)備在數(shù)據(jù)傳輸過程中起主動(dòng)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(shí)不用再打開機(jī)箱、關(guān)閉電源，而是采用“級聯(lián)”方式，每個(gè)USB設(shè)備用一個(gè)USB插頭連接到一個(gè)外設(shè)的 USB插座上，而其本身又提供一個(gè)USB插座給下一個(gè)USB設(shè)備使用，通過 這種方式的連接，一個(gè)USB控制器可以連接多達(dá)127個(gè)外設(shè)，而每個(gè)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)穆窂剑窍到y(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。 |
