CPU如何向IO口写入数据？

Question

我很想知道 CPU 如何将数据写入（和读取数据）IO 端口（例如：串行/并行/USB）。

是否有直接向IO口发送数据的指令，例如：

send the number 3 to pin 0 of serial port 1

还是CPU写入指定的内存位置，一旦数据写入该内存位置，数据会自动发送到IO口，例如：

send the number 3 to memory location 0x12345

现在一旦将数字3写入内存位置0x12345，它将自动发送到串行端口 1 的引脚 0。

Answer 1

首先，CPU 术语中的“I/O 端口”与串行端口等不同。它是 CPU 地址空间内的可寻址实体，可以读取和/或写入。I/O 端口通常是字节、字或长字大小的（这意味着您只是不寻址特定位，而是至少将字节写入端口。必须通过读取端口、设置位和回信）。

您的串行端口示例通常会分解为多个 I/O 端口（例如，一个保存最后接收字节的端口、一个写入以发送字节的端口以及一个或多个控制端口来控制硬件，例如设置波特率或其他行为）。

通常，与输入/输出相关的 CPU 设计有两种类型：

1. 内存映射 I/O - 在这里，CPU 寻址 I/O 端口，就像寻址内存一样 - I/O 端口位于 CPU 的“正常”内存地址空间内，CPU 本身没有特定指令用于 I/O，因为它将使用与访问内存完全相同的指令。CPU 控制总线通常没有用于 I/O 端口访问的特定线路。实现内存映射 I/O 的 CPU 的典型示例是 Motorola 68000 或 MOS 6502。
2. 单独的 I/O 地址空间 - 这里 I/O 端口位于 CPU 的“正常”内存地址空间之外。CPU 还具有访问 I/O 端口（如IN或 ）的特定指令OUT。通常，CPU 控制总线也有特定的控制线，向外部硬件发出信号，表明 CPU 要在 I/O 地址空间内寻址，如 IOREQ。实现这种方法的 CPU 的典型例子是 Zilog Z80 或 Intel x86 处理器。请注意，支持单独 I/O 地址空间的 CPU 也完全能够支持内存映射 I/O，因此可以使用混合模式方法。