2.2.4 输入/输出设备
输入/输出（Input and 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，它把存储器看作是同构的，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和存储器慢了许多，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2-10所示。
图2-10 接口示意图
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。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
从物理上来说，总线（Bus）就是一组导线，计算机的所有部件都通过总线连接。从逻辑上来看，总线就是传送信息的公共通道。为了将信号从一个部件传送到另一个部件，源部件先将数据送到总线上，目标部件再从总线上接收这些数据。随着计算机的复杂性的增长，和部件之间直接连接相比，使用总线连接更有效地减少了连接的复杂性，同时总线还减少了电路的使用空间，使系统能够实现小型化、微型化设计。图2-11为基于总线结构的计算机系统示意图。
图2-11 基于总线结构的计算机系统
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）传送的是CPU对存储器和外设进行数据读写的地址信息，其包含的地址总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。每条地址总线对应CPU的一条地址引脚，不同CPU的地址线其条数不同，如奔腾级CPU芯片有32条地址总线，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2-11中地址总线的方向）。
（2）数据总线
数据是通过数据总线（Data Bus）传送的。当CPU需要对存储器和外设进行数据操作时，先通过地址总线选择被操作的存储器单元或外设接口，再将数据放到总线上或者从数据总线上读取数据。数据总线具有双向性，即在CPU、存储器和外设之间可以双向传输数据。数据总线的宽度是计算机处理能力的重要指标。一般说16位CPU就是指数据总线有16位，64位CPU就是数据总线有64位。显然，一次从存储器或者外设存取的数据越多，说明CPU的处理能力越强。
（3）控制总线
控制总线（Control Bus）和前面两种总线都不同，它是由CPU根据指令操作的类型，发出不同的控制信号，控制地址总线和数据总线或其他I/O部件。地址总线、数据总线是一组相同性质的信号线的集合，而控制总线是单个信号线的集合，在某个操作发生时，只有一个或几个控制信号线起作用。CPU分别控制存储器和外设的信号，如“存储器读”和“存储器写”信号，“I/O读”和“I/O写”信号，当CPU对存储器读数据时，就会产生“存储器读”信号，此时“存储器写”信号就不会产生，同样在进行I/O操作时，存储器控制信号也不会产生。另一方面，存储器或者外设也会发出请求信号要求CPU为其服务，如中断方式时外设或接口发出的“中断”请求信号，这类信号也属于控制总线。尽管在图2-11中控制总线的方向是双向的，但对每一个信号而言则是单一方向的。
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
输入设备是用来输入程序和数据的部件，它由两部分构成：输入接口电路和输入装置。输入装置不能与CPU直接交换信息，必须通过接口电路进行。常见的输入装置有很多，如键盘、鼠标、扫描仪、磁盘驱动器和光盘驱动器等。它们的物理性能不同，各有各的工作特点。
4.输出设备
输出设备是用来输出处理结果的部件。输出设备同样包括两部分：输出接口电路和输出装置。输出装置只有通过输出接口电路才能与CPU交换信息。常见的输出装置有显示器、打印机、绘图仪和磁盘驱动器等。