2.2.4　输入/输出设备

输入/输出（Input，Output，I/O）设备又称外围设备（Peripheral Equipment），它由两部分构成：接口电路和相应的输入/输出装置。

1.接口

CPU作为整个计算机的核心，它把存储器看作同构的，即每一个存储单元的读数据和写数据的操作是相同的。但对I/O设备情况就不一样了，有许多种不同类型的输入/输出设备，它们的功能也是千差万别的。输入/输出设备的工作速度许多是基于机械和光学的，其工作速度要比以电子速度运行的CPU和存储器慢许多，为此必须进行设计使得能够和CPU及存储器协同工作，这个协同设计就是接口（Interface），接口位于I/O设备和CPU、存储器之间，如图2-9所示。

接口技术是一个复杂的概念，其复杂性在于不同的设备和不同的数据传输要求接口有两个部分，一部分是连接计算机的CPU和存储器的，通常这一部分是一个公共的数据传输平台，可以支持特定类型的设备，如打印设备、存储设备等。

在外设中也包含了相应的接口电路，如磁盘、光盘是通过磁盘驱动器和光盘驱动器和计算机连接的。在这些驱动器中，除了一些机械装置外，另外一个重要部分就是接口电路。接口电路通过总线与CPU和存储器连接，以较高的速度运行，适应CPU和存储器高速运行的需要；接口电路还通过外部总线和外设连接，以较低的速度从外设输入或输出数据。因此，接口是在高速的主机和低速的外设之间的缓冲，实现了主机和外设交换数据速度的匹配。常用的接口有SATA、SCSI、USB和IEEE 1394等。

2.总线

总线（Bus）是计算机各种功能部件之间传送信息的公共通信干线，它是由导线组成的传输线束，按照计算机所传输的信息种类，计算机的总线可以划分为数据总线、地址总线和控制总线，分别用来传输数据、数据地址和控制信号。总线是一种内部结构，它是CPU、内存、输入/输出设备传递信息的公用通道，主机的各个部件通过总线相连接，外围设备通过相应的接口电路再与总线相连接，从而形成了计算机硬件系统。在计算机系统中，各个部件之间传送信息的公共通路称为总线，微型计算机是以总线结构连接各个功能部件的。图2-10所示为基于总线结构的计算机系统示意图。

根据总线上传送的信息的不同，可以把总线分为地址总线、数据总线和控制总线3种。

（1）地址总线

地址总线（Address Bus，又称位址总线）属于一种计算机总线（一部分），是由CPU或有DMA能力的单元，用来沟通这些单元想要存取（读取/写入）计算机内存元件/地方的实体位址。传送的是CPU对存储器和外设进行数据读/写的地址信息，其包含的地址线的条数决定了计算机系统的寻址空间大小，包括内存空间和可连接的外设端口数量。每条地址线对应CPU的一条地址引脚，不同CPU的地址线的条数不同，如奔腾级CPU芯片有32条地址线，其最大内存寻址空间可达232B=4GB。地址总线传送的地址信息是单向的，它总是接收来自CPU发出的地址信息（请注意图2-10中地址总线的方向）。

（2）数据总线

数据总线（Data Bus）用于传送数据信息。数据总线是双向三态形式的总线，即它既可以把CPU中的数据传送到存储器或输入/输出接口等其他部件，也可以将其他部件的数据传送到CPU。数据总线的位数是微型计算机的一个重要指标，通常与微处理的字长相一致。例如Intel 8086微处理器字长16位，其数据总线宽度也是16位。需要指出的是，数据的含义是广义的，它可以是真正的数据，也可以是指令代码或状态信息，有时甚至是一个控制信息，因此，在实际工作中，数据总线上传送的并不一定仅仅是真正意义上的数据。

（3）控制总线

控制总线（Control Bus）主要用来传送控制信号和时序信号。控制信号中，有的是微处理器送往存储器和输入/输出设备接口电路的，如读/写信号、片选信号、中断响应信号等；也有的是其他部件反馈给CPU的，如中断申请信号、复位信号、总线请求信号、设备就绪信号等。因此，控制总线的传送方向由具体控制信号决定，一般是双向的，控制总线的位数要根据系统的实际控制需要而定。实际上控制总线的具体情况主要取决于CPU。

根据总线的位置和功能，可以把总线分为3个层次。第一层为处理器级总线，也叫前端总线，从CPU引脚上引出，用来实现CPU与控制芯片（包括主存、Cache等）之间的连接。第二层为系统级总线，因为该总线是用来连接计算机各功能部件而构成一个完整系统的，因此称为系统总线，一般用于CPU与接口卡的连接。系统总线上传送的信息包括数据信息、地址信息、控制信息，因此，系统总线包含有3种不同功能的总线，即数据总线、地址总线和控制总线。最后一层为外设（I/O）总线，用来连接外设控制芯片，如主机板上的I/O控制器和键盘控制器，实际上是一种外设接口标准。常用的I/O总线有ISA/EISA总线、PCI总线、AGP总线等。

3.输入设备

输入设备（Input Device）是向计算机输入数据和信息的设备。是计算机与用户或其他设备通信的桥梁。输入设备是用户和计算机系统之间进行信息交换的主要装置之一。键盘、鼠标、摄像头、扫描仪、光笔、手写输入板、游戏杆、语音输入装置等都属于输入设备。输入设备是人或外部与计算机进行交互的一种装置，用于把原始数据和处理这些数据的程序输入到计算机中。计算机能够接收各种各样的数据，既可以是数值型的数据，也可以是各种非数值型的数据，如图形、图像、声音等都可以通过不同类型的输入设备输入到计算机中，进行存储、处理和输出。

4.输出设备

输出设备（Output Device）是计算机的终端设备，用于接收计算机数据的输出显示、打印、声音、控制外围设备操作等。也是把各种计算结果数据或信息以数字、字符、图像、声音等形式表示出来。常见的有显示器、打印机、绘图仪、影像输出系统、语音输出系统、磁记录设备等。