外設接口

外設指除了主機箱、顯示屏、鍵盤以外的設備。接口是指MD產品輸入輸出的地方。那么外設接口就是連線外圍設備的接口。

概念

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匯流排進行連線的邏輯電路(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傳送或接收信息。
接口由接口電路、連線電纜和接口軟體組成。

功能

外設接口在微型計算機和外圍設備之間起著橋樑的作用,主要有以下功能:
1.定址功能:選擇多個I/O接口中的其中一個連線埠 ;
2.數據的暫存和緩衝功能;
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。

傳送信息

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,用來設定外圍設備的各種方式,產生相應的輸入輸出控制信號。
I/O接口有相應的連線埠存放數據信息、狀態信息和控制信息 。

接口及指令

CPU與外設之間的信息傳送是通過I/O接口的連線埠來實現的,對I/O接口的訪問方式取決於這些連線埠的編址方式,通常連線埠有兩種編址方式: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連線埠和訪問存儲器單元相同,它用訪問存儲器的指令訪問I/O連線埠,用訪問存儲器的控制信號存儲器讀和存儲器寫作為I/O連線埠的讀寫控制信號。
2.獨立的I/O編址方式:CPU有專門的指令訪問I/O連線埠,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。

外設接口類型

外設接口的類型如下:

分類標準 接口名稱
傳送方式 並口 串口
功能選擇 可程式接口 不可程式接口
通用性 通用接口 專用接口
操作同步性 同步接口 異步接口
控制方式 程式式接口 DMA式接口

下面會介紹幾種接口。

串列接口

數據以串列(逐位進行傳送)的方式傳送的接口叫串列接口。串列接口是廣泛套用於微型計算機系統的一種通用接口。串列接口用於連線慢速的外圍設備(CRT顯示器、數據機、印表機、掃瞄器、鍵盤、滑鼠等)到計算機的匯流排上,其設備的一端按位串列傳送,計算機一端並行傳送。
串列接口部件內部有4個主要暫存器:控制暫存器、狀態暫存器、數據輸入暫存器和數據輸出暫存器。
控制暫存器: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。
狀態暫存器:用來指示傳輸過程中當前的傳輸狀態或者某一種錯誤。
數據輸入暫存器:總是和串列輸入並行輸出移位暫存器配對使用的。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暫存器,當接收完1個位元組以後,數據就從移位暫存器送到數據輸出暫存器,再等待CPU來取走。
數據輸出暫存器:總是和並行輸入串列輸出移位暫存器配對使用的。

串列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傳送和接收;

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。

並行接口

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,用於主機對印表機的數據選通。
自動走紙(AUTO LF):低電平有效,列印完後自動走紙換行。
初始化(INIT):低電平有效,使印表機的控制器初始化信號。
選擇輸入(SLCT IN):低電平有效,使印表機處於在線上狀態。

狀態信號線:
應答信號 (ACK):低電平有效,表示印表機準備好,可以接收數據。
忙信號 (BUSY):高電平有效,表示印表機處於忙狀態。
無紙 (PE):高電平有效,表示印表機缺紙。
在線上 (SLCT):高電平有效,表示印表機為在線上狀態。
出錯 (ERROR):低電平有效,表示印表機出錯,包括無紙、脫機、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外圍設備將數據傳送給接口,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暫存器的同時,作為對外圍設備的回響信息,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,將接口狀態暫存器中“輸入準備就緒”狀態位置位,以供CPU查詢,或向CPU發出一個中斷請求。
⑤當CPU從並行接口讀取到數據後,並行接口會自動將狀態暫存器中的“輸出準備就緒”狀態位清零,並使數據匯流排處於高阻抗狀態。

IDE接口

IDE(Integrated Device Electronics,電子集成驅動器)是專門為硬碟子系統連線而設計的接口,也適用於軟碟驅動器和光碟機的連線 。IDE也叫ATA(AT Attachment)接口。
IDE接口通過40芯扁平電纜將主機和磁碟子系統或光碟子系統相連,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接口可以連線2個硬碟 。
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、連線設備少。

SCSI接口

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,用於連線磁碟機、磁帶機等高速外圍設備。目前已廣泛套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。主要用於高檔伺服器系統連線硬碟、光碟驅動器、磁帶機等。和IDE接口相比,SCSI接口速度快,可連線的設備多,但造價高。
在系統中套用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。

USB接口

通用串列匯流排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,它的性能比目前系統所採用的標準串列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是目前較為普遍的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線連線的接口。
2.可以連線外設、複合設備和集線器。它採用的是分層的、星形的拓撲結構。最多可以連線5級集線器,可連線的外圍設備能多達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帶硬體糾錯能力,可完成對軟體透明的檢錯和重發。

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