输入/输出接口的基本组成、功能和类型

1．接口的类型

在实际应用中，按照外部设备的工作原理和应用方式的不同，开发出了多种多样的输入/输出接口，可以按照不同标准对其进行分类。

（1）按通用性分类，有通用接口和专用接口。通用接口是可供多种外设使用的标准接口，专用接口则是为某类外设或应用专门设计的。

（2）按外设与接口间的数据传送方式，可分为串行接口和并行接口。主机与接口由内部的系统总线负责数据传输，数据总是并行传送的。在并行接口中，外设和接口间传送数据的宽度是一个字节（或字）的所有位，一次传输的信息量大，但数据线的根数将随着数据宽度的增加而增加。在串行接口中，外设和接口间的数据是一位一位串行传送的，一次传输的信息量小，但只需一根数据线。所以，并行接口适合近距离设备与主机间的传输；串行接口比较适合在远程终端和计算机网络等设备离主机较远的场合下使用。

（3）按主机访问外设的控制方式，可分为程序查询式接口、程序中断接口、DMA接口，以及更复杂一些的通道控制器等。

（4）按功能的灵活性，可分为可编程接口和不可编程接口。可编程接口的功能是可变的，通过编程可使同一接口执行多种不同的功能；不可编程接口则只能用硬连线逻辑来实现固定的功能。

（5）按输入/输出的信号类型不同，可分为数字接口和模拟接口。数字接口的输入/输出全为数字信号，以上列举的并行接口和串行接口都是数字接口。而模/数转换器和数/模转换器中包含模拟信号，则属于模拟接口。

2．接口的基本组成

（3）按数据处理的功能进行分类。

除了输入设备和输出设备外，还有外存储器设备、多媒体设备、网络通信设备和外围处理机设备等多种类型。

2．工作特点

输入/输出接口电路的内部的基本组成和外部的连接方式可以用如下图所示的框图来表示。由图可见，主机对外部设备的控制信息看成输出数据，外部设备提供给主机读取的状态和数据信息则是输入数据，若在接口中为数据信息、控制信息和状态信息分设相应的寄存器，赋以不同的端口地址，这些信息便按照I/O控制信息的要求分时地由主机或外设使用数据总线传送到各自的寄存器中去，再由对方读取并进行后续操作。

需要说明的是，“接口”与“端口”是两个不同的概念。端口是指接口电路中可以被CPU直接访问的寄存器，若干个端口加上相应的控制逻辑电路才组成接口。接口中存放数据信息的寄存器称为数据端口，存放控制命令的寄存器称为控制端口，存放状态信息的寄存器称为状态端口。CPU通过输入指令可以从有关端口中读取信息，通过输出指令可以把信息写入有关端口。

3．接口的功能

结合介绍过的计算机系统的控制指令、各种输入输出设备所要完成的工作任务和特点，以及图7.1所示接口的基本组成，可以看出，接口大致具有如下功能：

（1）设备识别与选择

每台外设在生产时都会设置自己的通用和专用标识，主机也会给接口电路分配I/O地址，主机可利用这一功能从多台外设中识别和选择要进行信息交换的设备。

（2）数据缓冲与控制（传输协议）

外部设备的数据处理速度往往与主机差别很大，即便速度相同由于不是共用时钟信号，两者间也是很难同步运行的。通常在接口电路中设置一至几个数据缓冲寄存器和控制器，使两者间能够有效地发送和接受各种数据信息。

（3）控制命令和状态信息传递

CPU需要启动某一外设时，首先要通过接口中的命令寄存器向外设发出启动命令，外设准备就绪时，则有“准备好”的状态信息送回接口中的状态寄存器供CPU读取。此后，主机与外设间才能开始数据信息的交换。

（4）数据转换与传输

每台设备的数据格式往往有所不同，接口电路应按照对方要求进行数据转换，才能成为对方能够读懂的有效数据信息。如串行/并行转换、模/数转换、以及二进制码与ASCII码之间的转换等。

除了上述功能外，通常接口还具有检错纠错、中断、时序控制等功能。