计算机外设与CPU通信

不同的IO设备的连线数量、传输的信号不一样，而且各自的插头和插孔也千差万别，这该如何让处理器跟它们打交道？

I/O接口可以是一个电路板，也可能是一块小芯片，这取决于它有多复杂。无论如何，它是一个典型的变换器，或者说是一个翻译器，在一边，它按处理器的信号规程工作，负责把处理器的信号转换成外围设备能接受的另一种信号；在另一边，它也做同样的工作，把外围设备的信号变换成处理器可以接受的形式。

IO接口不可能直接与CPU相连，需要先接在总线上。为了避免IO接口与CPU通信时发生冲突，需要一个输入输出控制设备集中器（ICH）芯片，该芯片的作用是连接不同的总线，并协调各个I/O接口对处理器的访问。在个人计算机上，这块芯片就是所谓的南桥。

IO端口和端口访问

实际上，CPU与外围设备的通信是通过IO端口进行的。IO端口本质上是寄存器，位于IO接口上。一个IO接口上可能有多个IO端口用于实现不同的功能。IO端口的宽度取决于硬件设计值。

在Intel处理器中，IO端口有两种不同的访问方式：

映射到地址空间中
采用独立编址

第一中便是把IO端口映射到某一段特定的物理RAM中，如果访问那些特定的地址，实际上就是访问IO端口。

第二种IO端口不与主存发生关系，在这种计算机中，处理器的地址线既连接内存，也连接每个I/O接口。但是，处理器还有一个特殊的引脚M/IO#，在这里，"#"表示低电平有效。也就是说，当处理器访问内存时，它会让M/IO#引脚呈高电平，这里，和内存相关的电路就会打开；相反，如果处理器访问I/O端口，那么M/IO#引脚呈低电平，内存电路被禁止。与此同时，处理器发出的地址和M/IO#信号一起用于打个某个I/O接口，如果该I/O接口分配的端口号与处理器地址相吻合的话。这里着重讲一下第二种实现。

in和out指令

in指令用于从特定端口中读取数据，指令格式为：

in ax, dx
in al, dl

只能使用ax或dx寄存器，其中dx是IO端口号。in al，dx的机器指令码是0xEC，in ax，dx的机器指令码是0xED，都是一字节的。之所以如此简短，是因为in指令不允许使用别的通用寄存器，也不允许使用内存地址作为操作数。

也许是为了方便，in指令还有2字节的形式。此时，前一字节是操作码0xE4或者0xE5，分别用于指示8位或者16位端口访问；后一字节是立即数，指示端口号。如in ax, 0xf0