2023考研408计算机知识点:I/O端口及其编址

一、I/O接口

外设通过I/O接口连接到主机上。外设的I/O接口(又称设备控制器、I/O控制器或I/O控制接口)有键盘接口、打印机适配器、显示控制器(简称显卡)、网络控制器(简称网卡)、磁盘控制器、USB控制器、声卡、视频卡等。

I/O接口在外设侧和主机侧各有一个接口，主机侧的接口称为内部接口，数据的传输方式只能是并行传输。外设侧的接口称为外部接口，数据传输可能是串行方式。

I/O接口在主机侧通过I/O总线与内存、CPU相连。通过其中的数据线，在数据缓冲寄存器与内存或CPU的寄存器之间进行数据传送。同时接口和设备的状态信息被记录在状态寄存器中，通过数据线将状态信息送到CPU，以供查用。CPU对外设的控制命令也是通过数据线传送，一般将其送到I/O接口的控制寄存器。从功能上来说，状态寄存器和控制寄存器在传送方向上是相反的，而且CPU对它们在访问时间上一般是错开的，因此有的I/O接口中将它们合二为一。

二、I/O端口及其编址

(一)I/O端口概念

将I/O接口中CPU能够访问的各类寄存器称为I/O端口，数据缓冲寄存器就是数据端口，控制/状态寄存器就是控制/状态端口。I/O端口必须编址后，CPU才能访问。

(二)I/O端口编址方式

1. 统一编址方式(存储器映射方式)

I/O地址空间与主存空间统一编址，即将主存地址空间分出一部分地址给I/O端口进行编号。该编址方式下，根据地址范围就可区分访问的是I/O端口还是主存单元，因而无须设置专门的I/O指令，只要用一般访存指令就可存取I/O端口。

优点：利用访存指令进行I/O操作;便于扩大系统吞吐率;外设或I/O寄存器数目几乎不受限制，而只受总存储容量的限制。

缺点：I/O空间占用了一部分主存空间地址，使主存空间减少;由于识别I/O端口时全 部地址线都需参与地址译码，使译码电路复杂并需花很长时间，使得外设寻址时间长。

2. 独立编址方式(特殊I/O指令方式)

对所有的I/O端口单独进行编号，使它们成为一个独立的I/O地址空间，因而需专门I/O指令。

优点：I/O端口地址不占用存储器地址空间，故主存空间不受I/O地址的影响;I/O地址线较少，I/O端口译码简单，寻址速度快。

缺点：专用I/O指令类型少，只提供简单的传输操作，故程序设计灵活性差。

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