外设接口

外设指除了主机箱、显示屏、键盘以外的设备。接口是指MD产品输入输出的地方。那么外设接口就是连接外围设备的接口。

中文名

外设接口

外文名

Peripheral Interface

英文简写

PI定    义

计算机连接外设的接口

用    途

计算机与外围设备交换信息

领    域

计算机学科

外设接口概念

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语音

外设接口(Interface)是计算机的CPU、存储器与外围设备，或者两种外围设备之间，或者两种机器之间通过系统总线进行连接的逻辑电路(逻辑部件)，它是CPU与外界进行信息交换的中转站。

外设接口的基本功能：

一是为信息传输操作选择外围设备；

二是在选定的外围设备和主机之间交换信息，保证外围设备用计算机系统特性所要求的形式发送或接收信息。

接口由接口电路、连接电缆和接口软件组成。[1]

外设接口功能

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外设接口在微型计算机和外围设备之间起着桥梁的作用，主要有以下功能：

1.寻址功能：选择多个I/O接口中的其中一个端口 ；

2.数据的寄存和缓冲功能；

3.数据转换功能；

4.联络功能；

5.中断管理或DMA管理功能；

6.命令控制。[1]

外设接口传送信息

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计算机CPU与外围设备之间传送的信息有三种：

1.数据信息：是CPU和外围设备传送的基本信息，它可分为数字量、模拟量和开关量三种。

2.状态信息：反映外围设备的工作状态，由外围设备通过接口传送给微型计算机。

3.控制信息：由CPU传送给外设，用来设置外围设备的各种方式，产生相应的输入输出控制信号。

I/O接口有相应的端口存放数据信息、状态信息和控制信息 。[1]

外设接口接口及指令

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CPU与外设之间的信息传送是通过I/O接口的端口来实现的，对I/O接口的访问方式取决于这些端口的编址方式，通常端口有两种编址方式：存储器影像的I/O编址方式和独立的I/O编址方式。

1.存储器影像的I/O编址方式：用这种编址方式访问端口和访问存储器单元相同，它用访问存储器的指令访问I/O端口，用访问存储器的控制信号存储器读和存储器写作为I/O端口的读写控制信号。

2.独立的I/O编址方式：CPU有专门的指令访问I/O端口，与之对应，有专门的I/O读和I/O写作为I/O读写控制信号，I/O的地址空间和存储器的地址空间可以重叠。[1]

外设接口外设接口类型

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外设接口的类型如下：

分类标准接口名称

传送方式并口串口

功能选择可编程接口不可编程接口

通用性通用接口专用接口

操作同步性同步接口异步接口

控制方式程序式接口DMA式接口

下面会介绍几种接口。

外设接口串行接口

数据以串行(逐位进行传送)的方式传送的接口叫串行接口。串行接口是广泛应用于微型计算机系统的一种通用接口。串行接口用于连接慢速的外围设备(CRT显示器、调制解调器、打印机、扫描仪、键盘、鼠标等)到计算机的总线上，其设备的一端按位串行传送，计算机一端并行传送。

串行接口部件内部有4个主要寄存器：控制寄存器、状态寄存器、数据输入寄存器和数据输出寄存器。

控制寄存器：用来容纳CPU送给此接口的各种控制信息，从而决定了接口的工作方式。

状态寄存器：用来指示传输过程中当前的传输状态或者某一种错误。

数据输入寄存器：总是和串行输入并行输出移位寄存器配对使用的。在输入过程中，数据一位一位的从外围设备进入接口的移位寄存器，当接收完1个字节以后，数据就从移位寄存器送到数据输出寄存器，再等待CPU来取走。

数据输出寄存器：总是和并行输入串行输出移位寄存器配对使用的。

串行数据的传送方式分成3种基本的传送方式 ：

1.单工传送方式：数据在通信链路上只能朝一个固定的方向进行传送操作；

2.半双工传送方式：在半双工通信链路中，使用同一根通信线分时地进行数据的发送和接收；

3.全双工传送方式：数据可以在两个方向上同时进行传送操作。[2]

外设接口并行接口

并行接口的引线包括数据信号线，控制信号线以及状态信号线。

控制信号线：

选通(STB)：低电平有效，用于主机对打印机的数据选通。

自动走纸(AUTO LF)：低电平有效，打印完后自动走纸换行。

初始化(INIT)：低电平有效，使打印机的控制器初始化信号。

选择输入(SLCT IN)：低电平有效，使打印机处于联机状态。

状态信号线：

应答信号 (ACK)：低电平有效，表示打印机准备好，可以接收数据。

忙信号 (BUSY)：高电平有效，表示打印机处于忙状态。

无纸 (PE)：高电平有效，表示打印机缺纸。

联机 (SLCT)：高电平有效，表示打印机为联机状态。

出错 (ERROR)：低电平有效，表示打印机出错，包括无纸、脱机、错误状态。

并行接口有如下一些操作：

1.经过并行接口把数据送入CPU的操作过程

①外围设备将数据发送给接口，且使状态线的“输入数据准备就绪”信号变成高电平。

②在并行接口把数据送到数据缓冲寄存器的同时，作为对外围设备的响应信息，将“输入数据回答”信号线变成高电平。

③当外围设备接收到这个信号后，便将“输入数据准备就绪”信号和数据撤消掉。

④当数据到达并行接口之后，将接口状态寄存器中“输入准备就绪”状态位置位，以供CPU查询，或向CPU发出一个中断请求。

⑤当CPU从并行接口读取到数据后，并行接口会自动将状态寄存器中的“输出准备就绪”状态位清零，并使数据总线处于高阻抗状态。[2]

外设接口IDE接口

IDE(Integrated Device Electronics，电子集成驱动器)是专门为硬盘子系统连接而设计的接口，也适用于软盘驱动器和光驱的连接 。IDE也叫ATA(AT Attachment)接口。

IDE接口通过40芯扁平电缆将主机和磁盘子系统或光盘子系统相连，采用16位并行传输，其中，除了数据线外，还有一组DMA请求和应答信号、1个中断请求信号、I/O读信号、I/O写信号，以及复位信号和地信号等。同时，IDE另用1个4芯电缆将主机的电源送往外设子系统。

1个IDE接口可以连接2个硬盘 。

IDE接口优点：价格低廉、兼容性强、性价比高。

IDE接口缺点：数据传输速度慢、线缆长度过短、连接设备少。[1]

外设接口SCSI接口

SCSI(Small Computer System Interface)意为小型计算机系统接口，原是小型计算机的标准外设接口，用于连接磁盘机、磁带机等高速外围设备。已广泛应用于微型计算机系统以及许多工作站，是外围设备接口中比较成功的一种接口。主要用于高档服务器系统连接硬盘、光盘驱动器、磁带机等。和IDE接口相比，SCSI接口速度快，可连接的设备多，但造价高。

在系统中应用SCSI必须要有专门的SCSI控制器，也就是一块SCSI控制卡，才能支持SCSI设备。[1]

外设接口USB接口

通用串行总线USB(Universal Serial Bus)接口是近几年推出的一种全新的外围设备接口。它是一种高速的通信接口，它的性能比系统所采用的标准串行接口和并行接口都要好。

USB支持热插拔，即插即用的优点，所以USB接口已经成为MP3的最主要的接口方式。USB有两个规范，即USB1.1和USB2.0。

USB1.1是较为普遍的USB规范，其高速方式的传输速率为12Mb/s 。

USB2.0规范是由USB1.1规范演变而来的。它的传输速率达到了480Mb/s，即60MB/s，可以满足大多数外设的速率要求。

USB是一种全新的，高速、灵活、通用、方便、可靠的接口。主要特点有:

1.物理接口是一个通过4线连接的接口。

2.可以连接外设、复合设备和集线器。它采用的是分层的、星形的拓扑结构。最多可以连接5级集线器，可连接的外围设备能多达127台。

3.传输速率高。USB1.1的最高位速率为12Mb/s ，USB2.0的最高传输速率为480Mb/s，USB3.0的理论速度甚至高达5Gb/s。

4.可靠性高。由于USB采用平衡传输方式，抗干扰性好；同时USB带硬件纠错能力，可完成对软件透明的检错和重发。[1]

参考资料

1.

袁新燕 著．计算机外设与接口技术：高等教育出版社，2009

2.

李朝青 著．单片机原理及串行外设接口技术： 北京航空航天大学出版社，2008