一、I/O端口

端口（port）是接口電路中能被CPU直接訪問的寄存器的地址。幾乎每一種外設都是通過讀寫設備上的寄存器來進行的。CPU通過這些地址即端口向接口電路中的寄存器發(fā)送命令，讀取狀態(tài)和傳送數(shù)據(jù)。外設寄存器也稱為“I/O端口”，通常包括：控制寄存器、狀態(tài)寄存器和數(shù)據(jù)寄存器三大類，而且一個外設的寄存器通常被連續(xù)地編址。

二、I/O內存

例如，在PC上可以插上一塊圖形卡，有2MB的存儲空間，甚至可能還帶有ROM,其中裝有可執(zhí)行代碼。

三、I/O端口和I/O內存的區(qū)分及聯(lián)系

這兩者如何區(qū)分就涉及到硬件知識，X86體系中，具有兩個地址空間：I/O空間和內存空間，而RISC指令系統(tǒng)的CPU（如ARM、PowerPC等）通常只實現(xiàn)一個物理地址空間，即內存空間。

內存空間：內存地址尋址范圍，32位操作系統(tǒng)內存空間為2的32次冪，即4G。

I/O空間：X86特有的一個空間，與內存空間彼此獨立的地址空間，32位X86有64K的I/O空間。

I/O端口：當寄存器或內存位于I/O空間時，稱為I/O端口。一般寄存器也俗稱I/O端口,或者說I/O ports,這個I/O端口可以被映射在Memory Space,也可以被映射在I/O Space。

I/O內存：當寄存器或內存位于內存空間時，稱為I/O內存。

四、外設I/O端口物理地址的編址方式

 CPU對外設I/O端口物理地址的編址方式有兩種：一種是I/O映射方式（I/O－mapped），另一種是內存映射方式（Memory－mapped）。而具體采用哪一種則取決于CPU的體系結構。

1、統(tǒng)一編址

RISC指令系統(tǒng)的CPU（如，PowerPC、m68k、ARM等）通常只實現(xiàn)一個物理地址空間（RAM）。在這種情況下，外設I/O端口的物理地址就被映射到CPU的單一物理地址空間中，而成為內存的一部分。此時，CPU可以象訪問一個內存單元那樣訪問外設I/O端口，而不需要設立專門的外設I/O指令。

統(tǒng)一編址也稱為“I/O內存”方式，外設寄存器位于“內存空間”（很多外設有自己的內存、緩沖區(qū)，外設的寄存器和內存統(tǒng)稱“I/O空間”）。

2、獨立編址

而另外一些體系結構的CPU（典型地如X86）則為外設專門實現(xiàn)了一個單獨地地址空間，稱為“I/O地址空間”或者“I/O端口空間”。這是一個與CPU地RAM物理地址空間不同的地址空間，所有外設的I/O端口均在這一空間中進行編址。CPU通過設立專門的I/O指令（如X86的IN和OUT指令）來訪問這一空間中的地址單元（也即I/O端口）。與RAM物理地址空間相比，I/O地址空間通常都比較小，如x86 CPU的I/O空間就只有64KB（0－0xffff）。這是“I/O映射方式”的一個主要缺點。

獨立編址也稱為“I/O端口”方式，外設寄存器位于“I/O（地址）空間”。

3、優(yōu)缺點

獨立編址主要優(yōu)點是：

1）I/O端口地址不占用存儲器空間；使用專門的I／O指令對端口進行操作，I/O指令短，執(zhí)行速度快。

2）并且由于專門I/O指令與存儲器訪問指令有明顯的區(qū)別，使程序中I/O操作和存儲器操作層次清晰，程序的可讀性強。

3）同時，由于使用專門的I/O指令訪問端口，并且I/O端口地址和存儲器地址是分開的，故I/O端口地址和存儲器地址可以重疊，而不會相互混淆。 

4）譯碼電路比較簡單(因為I/0端口的地址空間一般較小，所用地址線也就較少)。

其缺點是：只能用專門的I/0指令，訪問端口的方法不如訪問存儲器的方法多。

統(tǒng)一編址優(yōu)點：

1）由于對I/O設備的訪問是使用訪問存儲器的指令，所以指令類型多，功能齊全，這不僅使訪問I/O端口可實現(xiàn)輸入/輸出操作，而且還可對端口內容進行算術邏輯運算，移位等等；

2）另外，能給端口有較大的編址空間，這對大型控制系統(tǒng)和數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)是很有意義的。

這種方式的缺點是端口占用了存儲器的地址空間，使存儲器容量減小，另外指令長度比專門I/O指令要長，因而執(zhí)行速度較慢。

究竟采用哪一種取決于系統(tǒng)的總體設計。在一個系統(tǒng)中也可以同時使用兩種方式，前提是首先要支持I/O獨立編址。Intel的x86微處理器都支持I/O 獨立編址，因為它們的指令系統(tǒng)中都有I/O指令，并設置了可以區(qū)分I/O訪問和存儲器訪問的控制信號引腳。而一些微處理器或單片機，為了減少引腳，從而減 少芯片占用面積，不支持I/O獨立編址，只能采用存儲器統(tǒng)一編址。