考研笔记

I/O 接口的类型

这一节和 6.1.2 总线的分类是同一种题型，也适用同一种解法：四种分类不是并列的四张清单，而是四个互相独立的维度。 任何一个具体接口都要在这四个维度上各占一格。

维度问的是取值
数据传送方式设备侧一次传几位串行 / 并行
主机访问方式CPU 用哪种控制方式与它打交道程序查询 / 中断 / DMA
功能可变性能不能用软件改变它的工作方式可编程 / 不可编程
通用性为一类设备还是为一台设备设计通用 / 专用

用这张表做题的方法：题目描述一个接口，逐维度打勾，四个格子填完，任何”下列关于该接口说法正确的是”都能直接判。

机制

维度一：串行接口与并行接口——“串”在哪一侧

这是本节唯一真正容易错的地方。

判据是设备侧，不是主机侧。 串行接口指的是接口与外设之间一次传 1 位；接口与 CPU 之间永远是并行的——因为系统总线的数据线本来就是并行的，CPU 一次读的是一个字。

flowchart LR
    CPU["CPU"] <-->|"并行<br/>一次一个字"| IF["串行接口"]
    IF <-->|"串行<br/>一次 1 位"| DEV["外设"]
    IF -.-> NOTE["接口内部做<br/>串↔并转换<br/>（移位寄存器）"]

    classDef c fill:#e3f2fd,stroke:#1565c0
    classDef i fill:#fff3e0,stroke:#e65100,stroke-width:3px
    classDef d fill:#c8e6c9,stroke:#1b5e20
    classDef n fill:#f3e5f5,stroke:#6a1b9a,stroke-dasharray:4 3
    class CPU c
    class IF i
    class DEV d
    class NOTE n

所以”串行接口”这个名字描述的是它的右半边。 它的左半边和并行接口没有任何区别——CPU 看不出来自己连的是串口还是并口，只有接口内部的移位寄存器知道。

串并转换正是 7.2.1 五大功能里”数据格式转换”的典型实例。

接上第 6 章：6.1.2 讲过”并行加宽 vs 串行加快”——并行靠多根线堆带宽，撞在 skew 和串扰上；串行靠拉高频率，撞在信号完整性上。接口层面的取舍完全一样：

并行接口串行接口
数据线多根1 根（或 1 对差分）
距离短（skew 限制）长
成本线缆贵便宜
典型早期打印机口、IDEUSB、SATA、串口
现代趋势被取代主流

“并行一定比串行快”是错的，理由和第 6 章一样：并行的位宽优势会被时钟频率的劣势吃掉。

异步串行通信：起始位怎么通知“一帧开始”

空闲时为逻辑 1，起始位为逻辑 0；接收方检测到 1 → 0 的跳变，识别一帧的开始，再按双方约定的波特率采样。帧格式为：起始位 → 数据位 → 可选校验位 → 停止位，停止位为逻辑 1。这里靠起止位实现字符同步，与异步总线的请求 / 应答握手不同。

维度二：按主机访问方式分

类型接口里必须有什么
程序查询接口数据端口 + 状态端口 + 控制端口
中断接口再加 INTR / MASK 触发器 + 中断请求线
DMA 接口再加 DMA 请求线 / 响应线，以及地址和计数寄存器

这是一条包含链，不是三个平行选项——中断接口是查询接口加东西，DMA 接口是再加东西。硬件成本递增，正对应 7.1.3 那条演化线。

一个实用推论：一块支持 DMA 的网卡，照样能用查询方式驱动（它有状态端口）。接口的能力是上限，实际用哪种方式由软件决定。 题目问”某接口支持 DMA，能否用中断方式”，答案是能。

维度三：可编程与不可编程

可编程接口不可编程接口
工作方式由 CPU 写命令字设定硬件连线固定
灵活性一块芯片支持多种模式一种
例子8255（可编程并行接口）、8251（可编程串行接口）简单的锁存/缓冲芯片

“可编程”的含义要说准：不是指接口里能跑程序，而是指它的工作模式可以被 CPU 写入的命令字改变——比如 8255 的三个端口谁做输入、谁做输出，是靠往控制端口写一个方式字决定的。

这与 5.4.3 的”微程序控制器可通过改写控制存储器改变指令功能”是同一种思路的不同层级：把硬连线的决定推迟到运行时，用一次写寄存器来代替一次改电路。

维度四：通用与专用

  • 通用接口：可连多种设备，如 8255 可以接键盘、也可以接打印机。
  • 专用接口：为某一类设备定制，如显卡接口、磁盘控制器。

这个维度与”可编程”高度相关但不等价：通用接口通常可编程（否则没法适配多种设备），但专用接口也可以是可编程的（磁盘控制器有大量可设置的参数）。两个维度独立，不要合并。

边界

说法判断理由
”串行接口与 CPU 之间也是一位一位传”❌主机侧永远并行，串在设备侧
”并行接口一定比串行接口快”❌现代高速接口几乎都是串行，见 6.1.2
”支持 DMA 的接口不能用中断方式”❌接口能力是上限，实际方式由软件选
”可编程接口内部运行程序”❌是工作方式可由命令字设定
”通用接口都是可编程的，专用接口都不是”❌两个维度独立
”串行接口不需要缓冲寄存器”❌更需要：要把 8 次 1 位攒成 1 字节

对照速查

四维度速填表：

维度本接口是
数据传送串行 □　并行 □
访问方式查询 □　中断 □　DMA □
可编程性可编程 □　不可编程 □
通用性通用 □　专用 □
记忆抓手内容
”串”在设备侧主机侧永远并行
三种访问方式是包含链查询 ⊂ 中断 ⊂ DMA（硬件递增）
“可编程”= 命令字可改工作模式不是接口里跑程序

考点

  • 串行接口的”串”在哪一侧——本节第一失分点。
  • 四个维度相互独立，不能用一个维度的取值推断另一个。
  • 接口能力与实际控制方式的区别。
  • 8255 / 8251 作为可编程接口的例子（只需认名字与类别）。

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