微機的接口
1.3.1 微機接口概述
接口是CPU與I/O設備的橋梁，它在CPU與I/O設備之間起著信息轉換和匹配的作用。也就是說，接口電路是處理CPU與外部設備之間數據交換的緩沖器，接口電路通過總線與CPU相連。由于CPU同外部設備的工作方式、工作速度、信號類型等都不相同，必須通過接口電路的變換作用，使兩者匹配起來。
1．接口的作用
接口就是微處理器與外部設備的連接部件（電路），它是CPU與外部設備進行信息交換的中轉站。例如，原始數據或源程序要通過接口從輸入設備進入微機，而運算結果要通過接口向輸出設備送出去，控制命令也是通過接口發出去的，這些來往的信息都是通過接口進行交換與傳遞。用戶從鍵盤輸入的信息只有通過計算機的處理才能在顯示器、打印機中顯示或打印。只有通過接口電路，軟磁盤和硬盤才可以極大地擴充計算機的存儲空間。
接口電路的作用，就是計算機以外的信息轉換成與計算機匹配的信息，使計算機能夠有效地傳遞和處理。
由于計算機的應用越來越廣泛，要求與計算機接口的外圍設備越來越多，信息的類型也越來越復雜。微機接口本身已不是一些邏輯電路的簡單組合，而是采用硬件與軟件相結合的方法，因而接口技術是硬件和軟件的綜合技術。
2．總線
總線是連接計算機CPU、主存儲器、輔助存儲器、各種輸入/輸出設備的一組物理信號線及其相關的控制電路，它是計算機中傳輸各部件信息的公共通道。
微型計算機系統大都采用總線結構，這種結構的特點是采用一組公共的信號線作為微機各部件之間的通信線。
各類外部設備和存儲器，都是通過各自的接口電路連接到微機系統總線上的。因此，用戶可以根據自己的需要，選用不同類型的外部設備配置相應的接口電路，把它們連接到系統總線上，從而構成不同用途、不同規模的系統。
微機系統的總線大致可分為如下幾種。
（1）地址總線（Address Bus）
地址總線（AB）是微機用來傳送地址的信號線。地址總線的數目決定了直接尋址的范圍，例如16根地址線，可以構成216=65536個地址，可直接尋址64KB地址空間，24根地址線可直尋址16MB地址空間。
（2）數據總線（Data Bus）
數據總線（DB）是微機用來傳送數據和代碼的總線，一般為雙向信號線，可以進行兩個方向的數據傳送。
數據總線可以從CPU送到內存或其他部件，也可以從內存或其他部件送到CPU。通常，數據總線的位數與微機的字長相等。例如，32位的CPU芯片，其數據總線也是32位。
（3）控制總線（Control Bus）
控制總線（CB）用來傳送控制器發出的各種控制信號。其中包括用來實現命令、狀態傳送、中斷請求、直接對存儲器存取的控制，以及提供系統使用的時鐘和復位信號等。
當前微型計算機系統普遍采用總線結構的連接方式，各部分都以同一形式排在總線上，結構簡單，易于擴充。微型計算機的總線結構如圖1-8所示。
l 圖1-8 微型計算機的總線結構
1.3.2 標準接口
微機中一般提供的接口有標準接口和擴展槽接口。標準接口操作系統一般都認識，插上有關的外部設備，馬上可以使用，真正做到“即插即用”。在微機中標準接口一般有：鍵盤與顯示器接口，并行接口，兩個串行COM1、COM2端口，TS/2接口和USB接口等。
1．鍵盤與顯示器接口
在微型計算機系統中，鍵盤和顯示器是必不可少的輸入/輸出設備。微機主板上提供鍵盤與顯示器的標準接口。
2．并行接口
由于現在常用的微機系統均以并行方式處理數據，所以并行接口也是最常用的接口電路。將一個字符的n個數位用n條線同時傳輸的機制稱為并行通信。例如一次同時傳送8位、16位或32位，實現并行通信的接口就是并行接口。在實際應用中，凡在CPU與外設之間需要兩位以上信息傳送時，就要采用并行口。例如，打印機接口、A/D（Analog To Digit）、D/A（Digit To Analog）轉換器接口、開關量接口、控制設備接口等都是并行接口。
并行接口具有傳輸速度快、效率高等優點，適合于數據傳輸率要求較高而傳輸距離較近的場合。
3．串行接口
許多I/O設備與CPU交換信息，或計算機與計算機之間交換信息，是通過一對導線或通信通道來傳送信息的。這時，每一次只傳送一位信息，每一位都占據一個規定長度的時間間隔，這時數據一位一位按順序傳送的通信方式稱為串行通信，實現串行通信的接口就是串行接口。
與并行通信相比，串行通信具有傳輸線少、成本低的特點，特別適合于遠距離傳送，其缺點是速度慢，若并行傳送n位數據需要時間t，則串行傳送需要的時間至少為nt。
串行通信之所以被廣泛采用，其中一個主要原因是可以使用現有的電話網進行信息傳送，即主要增加調制解調器，遠程通信就可以在電話線上進行。這不但降低了通信成本，而且免除了架設線路維護的繁雜工作。
微機主板上提供了COM1和COM2兩個現成的串行口。早期的鼠標、終端就是連接在這種串行口上，而目前流行的PS/2鼠標是連接在主板的PS/2接口上。
4．USB接口
通用串行總線（USB）是一種新型接口標準。隨著計算機應用的發展，外設越來越多，使得計算機本身所帶的接口不夠使用。USB可以簡單地解決這一問題，計算機只需通過一個USB接口，即可串接多種外設（如數碼相機、掃描儀等）。用戶現在經常使用的優盤（或稱閃盤）就是連接在USB接口上的。
1.3.3 擴展槽接口
微機中一般提供的接口有標準接口和擴展槽接口。擴展槽接口操作系統一般不認識，需要安裝對應外設的驅動程序。若是同一種外部設備，在不同的操作系統中有時需要安裝不同的驅動程序，該外設才能正常工作。在微機中擴展槽接口一般有：顯示卡、聲卡、網卡、Modem卡、視頻卡、多功能卡等。
在主板上一般有多個擴充插槽，用于插入各種接口板（也稱適配器）。適配器是為了驅動某種外設而設計的控制電路。通常，適配器插在主板的擴展槽內，通過總線與CPU相連。適配器一般做成電路板的形式，所以又稱“插卡”、“擴展卡”或“適配卡”。
l 顯示卡適配器（顯示卡）：顯示卡是用于與顯示器的連接，如VGA卡、SVGA卡、AGP卡等，還有GetForce2和GetForce2 GTS顯示卡。
l 存儲器擴充卡：存儲器擴充卡是用于擴充微機的存儲容量。
l 串行通信適配器：它是用于與計算機通信有關的設備的連接，如繪圖儀等。
l 多功能卡：為了簡化系統接口，多功能卡是將多種功能的電路做在一塊電路板上的復合插卡。多功能卡的品種很多，現在PC機上流行的多功能卡可以將軟盤適配器電路，硬盤適配器電路，并行打印口，串行通信口COM1、COM2，以及游戲口這五大電路集成為一個接口，稱為“超級多功能卡”。
l 其他卡：例如聲卡、Modem卡、網卡、視頻卡等。
1.3.4 計算機外設簡介
1．鍵盤
鍵盤是計算機最常用的輸入設備之一。其作用是向計算機輸入命令、數據和程序。它由一組按陣列方式排列在一起的按鍵開關組成，按下一個鍵，相當于接通一個開關電路，把該鍵的位置碼通過接口電路送入計算機。
鍵盤根據按鍵的觸點結構分為機械觸點式鍵盤、電容式鍵盤和薄膜式鍵盤幾種。鍵盤由導電橡膠和電路板的觸點組成。
機械鍵盤的工作原理是：按鍵按下時，導電橡膠與觸點接觸，開關接通；當松開按鍵時，導電橡膠與觸點分開，開關斷開。
目前，微機上使用的鍵盤都是標準鍵盤（101鍵、103鍵等），鍵盤分為4個區：功能鍵區、標準打字鍵區、數字鍵區和編輯鍵區，如圖1-9所示。
l 圖1-9 101鍵盤
鍵盤上各鍵符號及其組合所產生的字符和功能在不同的操作系統和軟件支持下有所不同。在主鍵盤和小鍵盤上，大部分鍵面上，上下標有兩個字符，這兩個字符分別稱為該鍵的上檔符和下檔符。主鍵盤第四排左右側各有一個稱為換檔符的Shift鍵（或箭頭符號），用來控制上檔符與下檔符的輸入。在按下Shift鍵不放的同時按下有上檔符的某鍵時，則輸入的是該鍵的上檔符，否則輸入的是該鍵的下檔符。字母的大小寫亦可由Shift鍵控制，例如單按字母鍵A則輸入小寫字母a，同時按下Shift鍵和A鍵則輸入的是大寫字母A。小鍵盤上下檔鍵由NumLock鍵控制。下面列出幾個常用鍵的功能：
l ←（Backspace）――退格鍵，光標退回一格，即光標左移一個字符的位置，同時刪除原光標左邊位置上的字符，用于刪除當前行中剛輸入的字符。
l Enter――回車鍵，不論光標處在當前行中什么位置，按此鍵后光標將移至下行行首。也表示結束一個數據或命令的輸入。
l Space――空格鍵，它位于鍵盤中下方的長條鍵，按下此鍵輸入一個空格，光標右移一個字符的位置。
l Ctrl――控制鍵，用于與其他鍵組合成各種復合控制鍵。
l Alt――交替換檔鍵，用于與其他鍵組合成特殊功能鍵或控制鍵。
l Esc――強行退出鍵，按此鍵可強行退出程序。
l Print Screen――屏幕復制鍵，在Windows系統下按此鍵可以將當前屏幕內容復制到剪貼板。
2．鼠標
鼠標是一種輸入設備。由于它使用方便，幾乎取得了和鍵盤同等重要的地位。常見的鼠標有機械式和光電式兩種。機械式鼠標底部有一個小球，當手持鼠標在桌面上移動時，小球也相對轉動，通過檢測小球在兩個垂直的方向上移動的距離，并將其轉換為數字量送入計算機進行處理。光電式鼠標的底部裝有光電管，當手持鼠標在特定的反射板上移動時，光源發出的光經反射板反射后被鼠標接收為移動信號，并送入計算機，從而控制屏幕光標的移動。機械式鼠標的移動精度一般不如光電式。根據鼠標的工作原理，鼠標分為機械鼠標、光電鼠標、光學機械鼠標、軌跡球和無線鼠標等。鼠標有3個按鍵或兩個按鍵，各按鍵的功能可以由所使用的軟件來定義，在不同的軟件中使用鼠標，其按鍵的作用可能不相同。一般情況下最左邊的按鍵定義為拾取。使用鼠標時，通常是先移動鼠標，使屏幕上的光標固定在某一位置上，然后再通過鼠標上的按鍵來確定所選項目或完成指定的功能。
3．打印機
打印機是各種計算機的主要輸出設備。它能將計算機的信息以單色和彩色字符、漢字、表格、圖像等形式打印在紙上。
打印機的種類很多，目前常見的有點陣擊打式和點陣非擊打式兩種。非擊打式又分為噴墨打印機和激光打印機。針式打印機由打印頭、字車機構、色帶機構、輸紙機構和控制電路組成。打印頭由若干根鋼針構成，通過它們擊打色帶，從而在同步旋轉的打印紙上打印出點陣字符。在漢字的輸入中一般用24針打印機。
噴墨式打印機是通過向打印機的相應位置噴射墨水點來實現圖像和文字的輸出。其特點是噪聲低、速度快。激光打印機是利用電子成像技術進行打印。當調制激光束在硒鼓下沿軸向進行掃描時，按點陣組字的原理，使鼓面感光，構成負電荷陰影。當鼓面經過帶正電荷的墨粉時，感光部分就吸附上墨粉，然后將墨粉轉印到紙上，紙上的墨粉經加熱熔化形成永久性的字符和圖形。它的特點是速度快、無噪聲、分辨率高。噴墨式打印機和激光打印機的輸出質量都比較高。
4．掃描儀
掃描儀是計算機的圖像輸入設備。隨著性能的不斷提高和價格的大幅度降低，越來越多地使用于廣告設計、出版印刷、網頁設計等領域。按感光模式分可分為滾筒式掃描儀（CIS）和平板掃描儀（CCD）。掃描儀是利用光學掃描原理從紙介質上“讀出”照片、文字或圖形，把信息送入計算機進行分析處理。
平板式掃描儀的工作原理是：將原圖放置在一塊很干凈的有機玻璃平板上，原圖不動，而光源系統通過一個傳動機構水平移動，發射出的光線照射在原圖上，以反射或透射后，由接收系統接收并生成模擬信號，通過模數轉換器（ADC）轉換成數字信號后，直接傳送至計算機，由后者進行相應的處理，完成掃描過程。
5．數碼相機
數碼相機是一種能夠進行拍攝，并通過內部處理把拍攝到的景物轉換成以數字格式存放圖像的特殊照相機。數碼相機可以直接連接到計算機、電視機或者打印機上。在一定條件下，數碼相機還可以直接連接到移動式電話機或者手持PC機上。數碼相機的種類很多，大致可分為3種：普通數碼相機、高檔數碼相機和專業數碼相機。比之傳統相機，數碼相機的特點是：基于膠片的傳統相機的分辨率是無窮的，數碼相機的分辨率是有限的，傳統相機的使用成本較高，需要購買膠卷、沖洗，而數碼相機不需要這些，它采用完全不同的成像技術，數碼相機能夠生成計算機直接處理的圖像。
6．MODEM
MODEM是Modulator（調制器）與Demodulator（解調器）的簡稱，中文稱為調制解調器，也有人根據MODEM的諧音，親昵地稱為“貓”。MODEM由發送、接收、控制、接口、操縱面板及電源等部分組成。數據終端設備以二進制串行信號形式提供發送的數據，經接口轉換為內部邏輯電平送入發送部分，經調制電路調制成線路要求的信號后向線路發送。接收部分接收來自線路的信號，經濾波、解調、電平轉換后還原成數字信號送入終端設備，計算機內的信息是由“0”和“1”組成的數字信號，而在電話線上傳遞的卻只能是模擬電信號。于是，當兩臺計算機要通過電話線進行數據傳輸時，就需要一個設備負責數模的轉換，這個數模轉換器就是MODEM。
MODEM根據外形和安裝方式可分為4種，即外置式MODEM、內置式MODEM、PCMCIA插卡式MODEM和機架式MODEM。
