计算机基础-输入输出端口

在计算机的基础知识中，输入输出端口（Input/Output ports，简称I/O ports）是一块与CPU、内存等交互的重要部分。本文将介绍I/O ports的基本概念、分类、寻址方式和编程应用技巧。

概念

I/O ports是计算机与外部设备（如鼠标、键盘、显示器、打印机等）进行信息交互的接口，负责数据的输入和输出。计算机通过输入设备将人类的指令转换成电子信号，经过CPU的处理后通过输出设备将结果输出给人类。

分类

I/O ports按照功能可分为两类：输入端口（Input port）和输出端口（Output port）。对于输入端口，计算机通过它们从外部设备中获取信息，而对于输出端口，计算机则将数据发送至外部设备。

寻址方式

I/O ports的寻址方式取决于CPU的架构。在x86架构中，CPU通过端口地址（Port Address）与I/O ports进行交互。每个I/O port都有一个唯一的端口地址，CPU通过向该地址写入或读取字节或字来与该I/O port进行通讯。

在x86架构中使用的指令是in和out。其中in指令用于将数据从I/O port读取到CPU寄存器，out指令则用于将CPU寄存器的数据写入到I/O port。

以下是通过C语言实现的in和out代码示例：

// 从I/O port读取数据到寄存器
unsigned char inb(unsigned short port)
{
	unsigned char ret;
	__asm__ __volatile__ ("inb %1, %0" : "=a"(ret) : "Nd"(port));
	return ret;
}

// 将寄存器的数据写入I/O port
void outb(unsigned short port, unsigned char data)
{
	__asm__ __volatile__ ("outb %1, %0" : : "Nd"(port), "a"(data));
}

编程应用技巧

访问I/O ports必须有特权，需要在操作系统内核态中进行。在用户态中进行I/O ports访问，会导致错误或异常情况的出现。

在Linux操作系统中，可以通过内核模块（Kernel Module）或Linux设备驱动（Device Driver）进行I/O ports访问。

以下是通过Linux内核模块实现的in和out代码示例：

// 从I/O port读取数据到寄存器
static inline unsigned char inb(unsigned short port)
{
	unsigned char ret;
	asm volatile ("inb %1, %0" : "=a"(ret) : "Nd"(port));
	return ret;
}

// 将寄存器的数据写入I/O port
static inline void outb(unsigned short port, unsigned char data)
{
	asm volatile ("outb %1, %0" : : "dN"(port), "a"(data));
}

通过以上简单介绍，我们对计算机基础中的I/O ports有了更加深入的了解，相信对于程序员在实际程序中的开发具有积极的意义。