什么是接口？常见接口有哪些？

CPU与外部设备、存储器的连接和数据交换需要通过接口设备实现，前者称为I/O接口，后者称为存储器接口。存储器通常在CPU的同步控制下工作，接口电路比较简单的I/O设备种类繁多，对应的接口电路也不同，因此接口只是I/O接口。

一、I/0接口的概念。

1、接口分类。

I/O接口的功能是通过系统总线将I/O电路与周边设备连接起来，根据电路和设备的复杂性，I/O接口的硬件主要分为两类

1）I/O接口芯片。

这些芯片大多是集成电路，通过中央处理器输入不同的命令和参数，并控制相关的I/O电路和简单的外部设备进行相应的操作。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。

有几个集成电路按照一定的逻辑组成一个组件，或者直接与CPU在主板上，或者插入系统总线插槽。

根据接口的连接对象，可以分为串行接口、并行接口、键盘接口、磁盘接口等。

2、接口功能。

由于计算机周边设备种类繁多，几乎采用机电传动设备，CPU在与I/O设备交换数据时存在以下问题

速度不匹配:I/O设备的工作速度比CPU慢很多，由于种类不同，速度差异很大。比如硬盘的传输速度比打印机快很多。

时序不匹配:每个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，不能与CPU的时序统一。

信息格式不匹配:不同的I/O设备有不同的格式存储和处理信息，如可分割。

可分为串行和并行两种，也可分为二进制格式，ACSII，BCD等。

信息类型不匹配:不同的I/O设备使用不同的信号类型，有的是数字信号，有的是模拟信号，所以处理方法不同。

由于上述原因，CPU和外部设备之间的数据交换必须通过接口来完成，通常接口具有以下功能：

1)设置数据存储和缓冲逻辑，以适应CPU和外部设备之间的速度差异。接口通常由一些存储器或RAM芯片组成。如果芯片足够大，可以实现批量数据传输；

2)可以转换信息格式，如串行和并行转换；

3)可以协调CPU和外部设备在信息类型和水平上的差异，如水平转换驱动器、数/模或模/数转换器等。

4)协调时序差异；

5)地址翻译和设备选择功能；

6)设置中断和DMA控制逻辑，确保在中断和DMA允许的情况下产生中断和DMA请求信号，接受中断和DMA应答后完成中断处理和DMA传输。

3、接口控制方式。

CPU通过接口控制外部设备的方法如下:

1)程序查询方式。

这样，CPU就可以通过I/O指令询问指定外设的当前状态，如果外设准备就绪，就可以输入或输出数据，否则CPU就会等待，循环查询。

这种方法的优点是结构简单，只需要少量的硬件电路。缺点是CPU的速度远高于外部设备，所以通常处于等待状态，工作效率很低。

2)中断处理方式。

这样，CPU就不再被动地等待，而是可以执行其它程序，一旦外部设置为数据交换准备就绪，就可以向CPU提出服务请求，如果CPU响应该要求，就暂时停止执行当前程序，转移执行与该请求相对应的服务程序，完成后，再继续执行原来中断的程序。

中断处理的优点是显而易见的。它不仅节省了查询外部设备状态和等待外部设备准备的时间，提高了CPU的工作效率，还满足了外部设备的实时要求。但是需要为每个I/O设备分配一个中断请求号和相应的中断服务程序，还需要一个中断控制器(I/O接口芯片)来管理I/O设备提出的中断请求，如设置中断屏蔽和中断请求优先级。

另外，中断处理方式的缺点是每传送一个字符都要中断，启动中断控制器，还要保留和恢复现场，这样才能继续执行原始程序，所需的工作量很大，如果需要大量的数据交换，系统的性能就会很低。

3)DMA(直接存取)传输模式。

DMA最明显的特点之一是它不使用软件，而是使用一个特殊的控制器来控制内存和外部设备之间的数据交流，这大大提高了CPU的工作效率。

DMA控制器输前，DMA控制器将向CPU申请总线控制权，如果CPU允许，则将控制权交给CPU，因此，在数据交换过程中，总线控制权由DMA控制器掌握，传输结束后，DMA控制器将总线控制权交给CPU。

二、常见接口。

1、并行接口。

当前，电脑上的并行接口主要是打印机端口，接口不再采用36针接头，而是采用25针D型接头。所谓并行，就是8位数据同时通过并行线传输，使数据传输速度大大提高，但是并行传输线的长度受到限制，因为长度越大，干扰越大，容易出错。

目前常见的并口有五种：4位、8位、半8位、EPP和ECP，大部分PC机都有4位或8位的并口，很多使用INTEL386芯片组的便携机都有EPP，支持所有IEE1284并口规格的电脑都有ECP并口。

标准并行口4位、8位、半8位:

四位口一次只能输入四位数据，但可以输出八位数据；八位口一次可以输入和输出八位数据；半8位数据也可以。

EPP端口(增强并行端口):由INTEL等公司开发，允许8位双向数据传输，可连接扫描仪、LAN适配器、磁盘驱动器、CDROM驱动器等各种非打印机设备。

ECP端口(扩展并行端口):由Microsoft和HP开发，可以支持命令周期、数据周期和多个逻辑设备的位置，DMA可以用于多任务环境(直接存储器访问)。

目前，几乎所有586台机器的主板都集成了并行插座，标有Paralle1或LPT1，是一个26针的双针插座。

2、串行接口。

电脑的另一个标准接口是串行端口，目前的PC机通常至少有两个串行端口COM1和COM2。串行端口不同于并行端口，因为它的数据和控制信息是一个接一个的串行传输的。这样，虽然速度会慢一些，但是传输距离比并行端口长，所以长距离的通信应该使用串行端口。通常COM1使用9针D型连接器，而COM2有些使用老式DB25针连接器。

3、磁盘接口。

1）IDE接口。

IDE接口又称ATA端口，只能连接两个容量不超过528M的硬盘驱动器。接口成本很低，所以在38*86时期很受欢迎。但是大部分IDE接口不支持DMA数据传输，只能使用标准的PCI/O端口指令传输所有命令、状态和数据。几乎所有的586主板都集成了两个40针的双排IDE接口插座，分别标注为IDE1和IDE2。

2）EIDE接口。

与IDE接口相比，EIDE接口有了很大的改进，是目前最流行的接口。

首先，它支持的外部设备不再是2个，而是4个。除了硬盘，它支持的设备还包括CD-ROM驱动磁盘备份设备等。

其次，EIDE标准取消了528MB的限制，取而代之的是8GP限制。

EIDE具有较高的数据传输速度，支持PIO模式3和4标准。

3）SCSI接口。

SCSI(SmallComputerSystemInterface)小型计算机系统接口广泛应用于做图形处理和网络服务的计算机中。除硬盘外，SCSI接口还可与CD-ROM驱动、扫描仪、打印机等连接，具有以下特点：

*7个外设可以同时连接；

*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(部分已达9.09GB)；

*数据传输速度较高，IDE为2MB/秒，SCSI一般为5MB/秒，FASTSCSI(SCSI-2)为10MB/秒，最新SCSI-3为40MB/秒，EIDE为16.6MB/秒；

*成本远高于IDE和EIDE接口。此外，SCSI接口硬盘必须与SCSI接口卡配合使用，SCSI接口卡远高于IED和EIDE接口。

*SCSI接口是智能的，可以相互通信，而不会增加CPU的负担。CPU必须介入IDE和EIDE设备之间的数据传输，而SCSI设备在数据传输过程中起着主动作用，并且可以在SCSI总线中具体执行，直到完成后再通知CPU。

4）USB接口。

最新的USB串行接口标准由Microsoft、INTEL、Compaq、IBM等大公司推出。它提供了机箱外的热即插即用连接。用户在连接外部设备时，不需要打开机箱，关闭电源，而是采用级联的方式。每个USB设备用一个USB插头连接到一个外部设备的USB插座，它本身为下一个USB设备提供一个USB插座。通过这种连接，一个USB控制器可以连接多达127个外部设备，每个外部设备之间的距离可以达到5米。USB统一的4针圆形插头将取代机箱后的许多串/并口(鼠标、MODEM)键盘等插头。USB可以智能识别USB链上外围设备的插入或拆卸。除了连接键盘、鼠标等，USB还可以连接ISDN、电话系统、数字音响、打印机、扫描仪等低速外部设备。

三、I/O扩展槽。

I/O扩展槽是I/O信号传输的路径，是系统总线的延伸。可以插入显示卡、解压卡、MODEM卡、声卡等任何标准选项。通过I/O扩展槽，CPU可以读写连接到该通道的所有I/O接口芯片和控制卡。

根据总线的类型，主板上的扩展槽可分为ISA、EISA、MAC、VESA和PCI。

1、ISA插槽。

黑色分为8位和16位。16位扩展槽可以插入8位和16位控制卡，但8位扩展槽只能插入8位卡。

2、EISA插槽。

棕色，外观和长度和16位ISA卡一样，但是深度比较大，可以插入ISA和EISA控制卡。

3、VESA插槽。

棕色，位于16位ISA扩展槽下，与ISA插槽配合使用。

4、PCI插槽。

白色，和VESA插槽一样长，和ISA插槽平行，不需要和ISA插槽一起使用，只能插入PCI控制卡。由于主板空间有限，PCI插槽占据ISA插槽的位置。