外围设备需要通过接口与CPU相连的原因主要有以下几点：

设备选择和地址识别

一台机器通常配有多台外设，它们各自有其设备号（地址）。通过接口可实现对设备的选择和访问。

速度匹配

I/O设备种类繁多，速度不一，与CPU速度相差可能很大。通过接口可以实现数据缓冲，达到速度匹配，确保数据在两者之间顺畅传输。

数据格式转换

I/O设备可能串行传送数据，而CPU一般并行传送。通过接口可以实现数据串并格式转换，使得CPU能够理解和处理来自不同设备的数据。

电平转换

I/O设备的入/出电平可能与CPU的入/出电平不同。通过接口可以实现电平转换，确保数据在传输过程中不会因电平不兼容而丢失或损坏。

控制信号传输

CPU启动I/O设备工作，要向外设发各种控制信号。通过接口可传送这些控制命令，确保外设按照CPU的指令进行操作。

状态监控和信息保存

I/O设备需将其工作状况（如“忙”、“就绪”、“错误”、“中断请求”等）及时报告CPU。通过接口可监视设备的工作状态，并保存状态信息，供CPU查询和处理。

物理连接和通信协议

接口不仅提供了物理连接，还定义了数据传输的规则和协议。这使得外设和CPU能够按照共同的标准进行通信，确保数据的正确传输和设备的有效协作。

综上所述，外围设备通过接口与CPU相连是为了实现设备选择、速度匹配、数据格式转换、电平转换、控制信号传输、状态监控和信息保存，以及物理连接和通信协议的统一。这些功能使得CPU能够高效、准确地与外围设备进行数据交换和控制，从而完成各种复杂的计算任务。