電腦硬件所有接口詳解

　　導(dǎo)語：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。以下是小編為大家精心整理的電腦硬件所有接口詳解，歡迎大家參考！

　　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/計數(shù)器、中斷控制器、DMA控制器、并行接口等。

　　(2)I/O接口控制卡

　　有若干個集成電路按一定的邏輯組成為一個部件，或者直接與CPU同在主板上，或是一個插件插在系統(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

　　由于計算機的外圍設(shè)備品種繁多，幾乎都采用了機電傳動設(shè)備，因此，CPU在與I/O設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交換時存在以下問題：

　　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快出很多。

　　時序不匹配：各個I/O設(shè)備都有自己的定時控制電路，以自己的速度傳 輸數(shù)據(jù)，無法與CPU的時序取得統(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)動器、數(shù)/模或模/數(shù)轉(zhuǎn)換器等;

　　(4)協(xié)調(diào)時序差異;

　　(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)點是結(jié)構(gòu)簡單，只需要少量的硬件電路即可，缺點是由于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)就緒所花費的時間，提高了CPU的工作效率，還滿足了外設(shè)的實時要求。但需要為每個I/O設(shè)備分配一個中斷請求號和相應(yīng)的中斷服務(wù)程序，此外還需要一個中斷控制器(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是每傳送一個字符都要進(jìn)行中斷，啟動中斷控制器，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最明顯的一個特點是它不是用軟件而是采用一個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，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，計算機中的并行接口主要作為打印機端口，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，因為長度增加，干擾就會增加，容易出錯。

　　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機配有4位或8位的并口，許多利用Intel386芯片組的便攜機配有EPP口，支持全部IEEE1284并口規(guī)格的計算機配有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設(shè)備，如掃描儀、LAN適配器、磁盤驅(qū)動器和CDROM 驅(qū)動器等。

　　ECP口(擴展并行口)：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機的主板都集成了并行口插座，標(biāo)注為 Paralle1或LPT1，是一個26針的雙排針插座。

　　2、串行接口

　　計算機的另一種標(biāo)準(zhǔn)接口是串行口，現(xiàn)在的PC機一般至少有兩個串行口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，只可以接兩個容量不超過528M的硬盤驅(qū)動器，接口的成本很低，因此在386、486時期非常流行。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個而是4個了，所支持的設(shè)備除了硬盤，還包括CD-ROM驅(qū)動器磁盤備份設(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)小計算機系統(tǒng)接口，在做圖形處理和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的計算機中被廣泛采用SCSI接口的硬盤。除了硬盤以外，SCSI接口還可以連接CD-ROM驅(qū)動器、掃描儀和打印機等，它具有以下特點：

　　可同時連接7個外設(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�？梢赃_(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，CPU必須介入，而SCSI設(shè)備在數(shù)據(jù)傳輸過程中起主動作用，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，它提供機箱外的熱即插即用連接，用戶在連接外設(shè)時不用再打開機箱、關(guān)閉電源，而是采用“級聯(lián)”方式，每個USB設(shè)備用一個USB插頭連接到一個外設(shè)的USB插座上，而其本身又提供一個USB插座給下一個USB設(shè)備使用，通過 這種方式的連接，一個USB控制器可以連接多達(dá)127個外設(shè)，而每個外設(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、打印機以及掃描儀等低速外設(shè)。

　　三、I/O擴展槽

　　I/O擴展槽即I/O信號傳輸?shù)穆窂�，是系統(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位的擴展槽可以插8位和16位的控制卡，但8位的擴展槽只能插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

　　電腦硬盤接口的種類

　　ATA

　　ATA 全稱 Advanced Technology Attachment，是用傳統(tǒng)的40-pin 并口數(shù)據(jù)線連接主板與硬盤的，外部接口速度最大為133MB/s，因為并口線的抗干擾性太差，且排線占空間，不利計算機散熱，將逐漸被SATA 所取代。

　　IDE

　　全稱 Integrated Drive Electronics，即“電子集成驅(qū)動器”，俗稱PATA并口。

　　RAID的優(yōu)點1. 傳輸速率高。在部分RAID模式中，可以讓很多磁盤驅(qū)動器同時傳輸數(shù)據(jù)，而這些磁盤驅(qū)動器在邏輯上又是一個磁盤驅(qū)動器，所以使用RAID可以達(dá)到單個的磁盤驅(qū)動器幾倍的速率。因為CPU的速度增長很快，而磁盤驅(qū)動器的數(shù)據(jù)傳輸速率無法大幅提高，所以需要有一種方案解決二者之間的矛盾。 2. 更高的安全性。相較于普通磁盤驅(qū)動器很多RAID模式都提供了多種數(shù)據(jù)修復(fù)功能，當(dāng)RAID中的某一磁盤驅(qū)動器出現(xiàn)嚴(yán)重故障無法使用時，可以通過RAID中的其他磁盤驅(qū)動器來恢復(fù)此驅(qū)動器中的數(shù)據(jù)，而普通磁盤驅(qū)動器無法實現(xiàn)，這是使用RAID的第二個原因

　　SATA

　　2001年，由Intel、APT、Dell、IBM、希捷、邁拓這幾大廠商組成的Serial ATA委員會正式確立了Serial ATA 1.0規(guī)范，2002年，雖然串行ATA的相關(guān)設(shè)備還未正式上市，但Serial ATA委員會已搶先確立了Serial ATA 2.0規(guī)范。Serial ATA采用串行連接方式，串行ATA總線使用嵌入式時鐘信號，具備了更強的糾錯能力，與以往相比其最大的區(qū)別在于能對傳輸指令(不僅僅是數(shù)據(jù))進(jìn)行檢查如果發(fā)現(xiàn)錯誤會自動矯正。

　　SATA Ⅱ

　　SATA Ⅱ是芯片巨頭Intel英特爾與硬盤巨頭Seagate希捷在SATA的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，其主要特征是外部傳輸率從SATA的150MB/s進(jìn)一步提高到了300MB/s，此外還包括NCQ(Native Command Queuing，原生命令隊列)、端口多路器(Port Multiplier)、交錯啟動(Staggered Spin-up)等一系列的技術(shù)特征。但是并非所有的SATA硬盤都可以使用NCQ技術(shù)，除了硬盤本身要支持NCQ之外，也要求主板芯片組的SATA控制器支持NCQ。

　　SATA Ⅲ

　　正式名稱為“SATARevision3.0”，是串行ATA國際組織(SATA-IO)在2009年5月份發(fā)布的新版規(guī)范，主要是傳輸速度翻番達(dá)到6Gbps，同時向下兼容舊版規(guī)范“SATARevision2.6”(也就是現(xiàn)在俗稱的SATA3Gbps)，接口、數(shù)據(jù)線都沒有變動。SATA3.0接口技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)是2007上半年英特爾公司提出的，由英特爾公司的存儲產(chǎn)品架構(gòu)設(shè)計部技術(shù)總監(jiān)Knut Grimsrud負(fù)責(zé)。Knut Grimsrud表示，SATA3.0的傳輸速率將達(dá)到6Gbps，將在SATA2.0的基礎(chǔ)上增加1倍。

　　SCSI

　　SCSI的英文全稱為“Small Computer System Interface”(小型計算機系統(tǒng)接口)，是同IDE(ATA)完全不同的接口，IDE接口是普通PC的標(biāo)準(zhǔn)接口，而SCSI并不是專門為硬盤設(shè)計的接口，是一種廣泛應(yīng)用于小型機上的高速數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)。SCSI接口具有應(yīng)用范圍廣、多任務(wù)、帶寬大、CPU占用率低，以及熱插拔等優(yōu)點，但較高的價格使得它很難如IDE硬盤般普及，因此SCSI硬盤主要應(yīng)用于中、高端服務(wù)器和高檔工作站中。

　　光纖通道

　　光纖通道的英文拼寫是Fibre Channel，和SCSI接口一樣光纖通道最初也不是為硬盤設(shè)計開發(fā)的接口技術(shù)，是專門為網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計的，但隨著存儲系統(tǒng)對速度的需求，才逐漸應(yīng)用到硬盤系統(tǒng)中。光纖通道硬盤是為提高多硬盤存儲系統(tǒng)的速度和靈活性才開發(fā)的，它的出現(xiàn)大大提高了多硬盤系統(tǒng)的通信速度。光纖通道的主要特性有：熱插拔性、高速帶寬、遠(yuǎn)程連接、連接設(shè)備數(shù)量大等。

　　光纖通道是為在像服務(wù)器這樣的多硬盤系統(tǒng)環(huán)境而設(shè)計的，能滿足高端工作站、服務(wù)器、海量存儲子網(wǎng)絡(luò)、外設(shè)間通過集線器、交換機和點對點連接進(jìn)行雙向、串行數(shù)據(jù)通訊等系統(tǒng)對高數(shù)據(jù)傳輸率的要求。

　　RAID的分類

　　RAID 0，無冗余無校驗的磁盤陣列。數(shù)據(jù)同時分布在各個磁盤上，沒有容錯能力，讀寫速度在RAID中最快，但因為任何一個磁盤損壞都會使整個RAID系統(tǒng)失效，所以安全系數(shù)反倒比單個的磁盤還要低。一般用在對數(shù)據(jù)安全要求不高，但對速度要求很高的場合，如：大型游戲、圖形圖像編輯等。此種RAID模式至少需要2個磁盤，而更多的磁盤則能提供更高效的數(shù)據(jù)傳輸。

　　SAS

　　SAS(Serial Attached SCSI)即串行連接SCSI，是新一代的SCSI技術(shù)，和現(xiàn)在流行的Serial ATA(SATA)硬盤相同，都是采用串行技術(shù)以獲得更高的傳輸速度。并通過縮短連結(jié)線改善內(nèi)部空間等。SAS是并行SCSI接口之后開發(fā)出的全新接口。此接口的設(shè)計是為了改善存儲系統(tǒng)的效能、可用性和擴充性，并且提供與SATA硬盤的兼容性。