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I/O 端口和物理端口之间有区别吗？

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I/O 端口和物理端口之间有区别吗？

据我所知，适用以下定义：

  • I/O 端口是内存地址用作与外部设备（例如打印机）通信的接口。
  • 物理端口（即连接器）是插入设备的物理接口。

从这个定义可以看出，它们是两个不同的东西。但是，这个（我的定义）正确吗？或者这实际上是一回事，物理端口有一个内存地址？

我从一本关于计算机架构的书上解释了前一个定义，但现在我读得越来越多，我渐渐感到困惑。我想我的定义可能是错误的，我误解了这本书。

如果答案能够简要解释一下 I/O 端口是如何使用的，我将不胜感激...我只是不明白。

答案1

I/O端口和物理端口有区别吗？

适用以下定义：

  • I/O 端口是用作与外部设备（例如打印机）通信的接口的内存地址。
  • 物理端口（连接器）是插入设备的物理接口。

您的定义基本上是正确的。

I/O 端口使用软件（设备）驱动程序使用物理设备（插入物理端口的设备）。

看输入/输出系统以获得更详细的概述。

答案2

“I/O 端口”实际上更多地属于软件领域，这源于 Intel x86 硬件的传统设计，其中内存和 I/O 端口之间存在实际差异。您可以将两个设备都放在地址总线上，当您想要与内存通信时，您会发出一个信号，该信号“关闭”I/O 端口并“打开”内存，如果您想与 I/O 通信，则反之亦然。内存和 I/O 有不同的寻址方案，因此软件也必须跟踪这一点。

内存和 I/O 需要共享数据总线的原因在于 16 位 CPU 上可用的地址空间有限（64k）。随着 CPU 的发展，数据总线增长到 32 位（4 GB）和 64 位（18 千万亿！），共享开销已不必要。

现在使用的 32 位和 64 位处理器都直接对内存和 I/O 进行寻址，将 I/O 设备映射到不同的地址区域。这种方法称为内存映射 I/O。

对于物理端口，I/O 端口和内存映射 I/O 都连接到硬件，该硬件进一步缓冲和格式化（即 RS-232）信号，然后将其发送至计算机背面的连接器。

答案3

I/O 空间/端口是 x86 特有的遗留产物。在过去，有多个不同的地址空间（您可能已经看到最近的趋势是共享内存地址空间以更好地共享 CPU/GPU 资源，例如在 PlayStation 4 和 Xbox One 中）用于寻址内存和寻址“I/O 外围设备”。

I/O 空间用于与“真实”硬件外围设备通信，例如串行端口或并行端口。通常，在 I/O 空间地址 0x3F8 处，系统上的第一个串行端口位于此处。要与此设备通信，您无需使用常规内存访问指令，而是发出 I/O 访问指令；例如，在 Linux 上，您将使用 outb()、outl() 或 outw()，具体取决于您打算使用的宽度。同样，这是一个完全不同的内存空间比系统内存映射。

随着 PC 和 x86 的成熟（即我们现在可以本地寻址 32 位及以上的内存），内存映射I/O 变得越来越普遍。现在，系统内存映射中的任意内存位置（例如从 0 到 0xFFFFFFFF）都可以动态映射到特定设备。PCI 设备将具有需要一定量内存或 I/O 空间的 BAR（基址寄存器）。因此，对内存地址 0x80000000 的简单读取/写入实际上可能映射到物理 PCI 设备，当您将“1”写入该位置时，该设备会翻转 LED。这是一个过于简单的说法，忽略了虚拟内存/每个进程地址空间的存在，甚至忽略了用户空间地址和内核空间地址。

因此总结在我看来，作为一名电气/计算机工程师，“IO 端口”是指 x86 架构中的一个位置输入输出内存映射到特定设备的空间。物理端口是计算设备上一些真实的、有形的连接器，可以是 USB、串行等。

举个有趣的例子，如果您还记得玩过《星球大战：黑暗力量》等老 DOS 游戏，您会记得设置 SoundBlaster Pro。您将设置诸如端口 220、IRQ 5、DMA 1 之类的参数。这告诉游戏您的声卡位于 0x220 的 I/O 空间中，使用 IRQ 通道 5（请记住，此时您没有高端 APIC，您可能有一个或两个 Intel 8259）和 DMA 通道 1。

答案4

我不同意你的说法。港口与物理接口相关联，例如 USB 端口、db-25 (SR-232) 连接器等。正如预期的那样，术语I/O 端口也经常被解释为“物理”输入/输出引脚。

然而，这些I/O 端口或一组引脚，有相关的输入/输出寄存器，因此可以粗略地认为I/O 端口确实是一个内存地址。

下图中可以看到4 个 I/O 端口，您可以连接电缆。每个端口都有关联的输入/输出寄存器例如，引脚PB0逻辑电平（图中第一个引脚）将取决于寄存器（DDRB、PINB和PORTB）所选逻辑电平在该引脚的组合方式。输入/输出寄存器，例如DDRB，有一个相关的内存地址您可以通过代码访问它并更改其逻辑值。

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