既然都說到IO接口了，不知道各位有沒有疑問，cpu是怎樣訪問到IO接口呢？肯定得有個鏈路吧？什么？有隱約聽到有同學開玩笑說：cpu用無線訪問其它設備。哈哈，不知道各位聽說過沒有，無線的終端是有線。無論無線設備再如何強大，最終在網絡的那一頭，必然是物理設備在支撐。所以，不如用個物理鏈路啦，你看主板上密密麻麻的線路就知道為什么有些人稱主板為線路板啦。其實這物理鏈路就是一組電線，這條電線用于傳送信號，故稱為信號線。那些想和其它硬件交流的設備就要想辦法連接到這條線上。由于這條電線是供大家使用的公共線路，屬于所有設備共享，所以形象的稱之為bus，公共汽車。也就是大家所說的總線，總之，總線并不是抽象出來的東西，它就是把大家連接到一起的電線。再形象一點說，總線就像一條高速公路，這公路上有很多出口可以讓汽車進出，汽車在計算機中就相當于各種硬件設備，可以選擇連接上總線，也可以選擇從總線分離。

同一時刻，cpu只能和一個IO接口通訊，當很多的IO接口同時想和cpu對話時，面對眾多接口的愛慕，cpu會選擇和誰單獨一敘呢？這個工作不應該由cpu來做，前面說過啦，cpu太忙了，還是好鋼使在刀刃上吧，既然分層能解決問題，咱們再加一層，這一層的責任是除了仲裁IO接口的競爭，還要連接各種內部總線。由于它的使命，它的名字就叫做輸入輸出控制中心ICH（I/O control hub），也就是南橋芯片。如圖

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說到了南橋，多少還要提一句北橋芯片的作用。圖上標上北橋部分其實是散熱片，在它下面才是北橋。由于南橋和北橋一般是成對出現的，至少在支持intel cpu的主板中是這樣的（話說，AMD為了減少cpu同北橋交換數據的成本，已經把北橋的工作放到了cpu內部，所以支持AMD的板子上未必有北橋芯片）。南橋是用于連接pci、pci-express、AGP等低速設備，北橋是用于連接高速設備，如內存。

好啦說完啦，點到為止，還得要繼續說南橋。cpu通過內部總線連接到南橋芯片中的內部，這個內部總線是專用的，它只通向位于南橋中的cpu接口。說的好炫，其實還是一條電線而已。從名字上可以看出，南橋二字中的橋，其實對應的是hub這個單詞，它們都意為“公共、集合”，所以不難想像，在南橋內部集成了一些IO接口，如并口硬盤PATA（就是我們平時所說的IDE硬盤），串口硬盤SATA，USB、PCI設備，電源管理等接口。由于這些接口對微型計算機來說必不可少，它們就直接扎根在南橋內部啦。

在南橋內部的接口對微型計算機來說是不可少的，除了這些之外，那些可有可用的設備，難道南橋就不管了嗎？必須得管，這畢竟是它的工作。南橋芯片內部總線示意如圖：

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為了支持這些非必要的設備（當然主要是為了方便擴展，不易擴展的產品意味著從出生那天就開始走向滅亡），南橋提供了專門用于擴展的接口，這就是PCI接口。在主板上有很多插槽，它們就是預留的pci接口，pci設備可以即插即用。由于它們延伸到了南橋外面，又像公路一樣，很多pci設備都可以連接上來，所以這條延長的PCI接口便成了PCI總線。結合圖3-11和圖3-12。看到主板上那些并排的插槽時，大家要想到，它們其實都“騎”在一條電線上，這樣理解總線容易些嗎？

看到一個總線又一個總線的，如果感覺煩亂的話，說明總線這個詞意義不明確，也許翻譯成“公共線路”最直接。簡單的東西通過術語搞得好深奧，完全一副不明覺厲的樣子。其實大家想想看，這么多設備要實現相互通訊，不得用電線連接到一起嗎？只不過大多數情況下，連接到這條電線上的設備不止兩個，總的數量較多，所以稱之為“總”線。由于用途不同，這些電線有了各種各樣的名字，如地址總線、數據總線、ISA總線等等。總之，不要被總線這個詞嚇到，它其實就是電線。

以上都是接口的硬件部分，咱們最終是要通過軟件方式使用這些硬件，下面看看咱們為了驅動這些硬件要做什么。

IO接口在誕生之初，就被設計成要通過寄存器的方式同cpu通訊，其內部有專用于數據交互的寄存器，只不過這里所說的這些寄存器是位于IO接口中，為了區別于cpu內部的寄存器，IO接口中的寄存器就稱為端口（這可不是網絡應用程序所開的那種端口，如網絡服務器會啟動80端口，這是兩碼事）。

IO接口是連接cpu和硬件的橋梁，一端是cpu，另一端是硬件。端口是IO接口開放給cpu的接口，一般的IO接口都有一組端口，每個端口都有自己的用途，甚至有時，一個端口在不同情況下有不同的用途。可見IO接口另一端的硬件，相對來說還是很復雜的，所以，當看到某個IO接口上那么多端口的介紹而煩亂時，停止抱怨，IO接口已經為咱們極大的簡化了操作。

端口也是寄存器，寄存器就有數據寬度，有8位、16、32位，各個設備是不一樣的，看廠商自己安排了。

如何訪問到端口呢，外設中的rom既然可以通過內存映射來訪問，端口也可以，確實有些微機系統中是這樣做的，把一些內存地址做為端口的映射，訪問這些內存地址就相當于訪問了這些端口。還有一些微機系統把端口獨立編址，把所有端口從0開始編號，位于一個IO接口上的所有端口號都是連續的。以后講解硬盤的時候大家就會看到了。

IA32體系系統中，因為用于存儲端口號的寄存器是16位的，所以最大有65536個端口，即0~65535。

要是通過內存映射，端口就可以用mov指令來操作。但由于用的是獨立編址，所以就不能把它當作內存來操作，因些cpu提供了專門的指令來干這事，in和out。

Intel匯編語言的形式是：操作碼 目的操作數，源操作數。Intel采用這種格式的原因可能是覺得這樣表達“目的操作數”=“源操作數”更形象，如同a=6這種形式。

in指令用于從端口中讀取數據，其一般形式是:

1.in al, dx

2.in ax, dx

其中al和ax用來存儲從端口獲取的數據，dx是指端口號。

這是固定用法，只要用in指令，源操作數（端口號）必須是dx，而目的操作數是用al還是ax，取決于dx端口指代的寄存器是8位寬度還是16位寬度。

out指令用于往端口中寫數據，其一般形式是：

out dx, al

out dx,ax

out 立即數, al

out立即數,ax

注意啦，這和in指令相反，in指令的源操作數是端口號，而out指令中的目的操作數是端口號。

如果上面看著有點凌亂，給大家總結一下in和out指令共性：

在以上兩個指令中，dx只做端口號之用，無論其是源操作數或目的操作數。

in指令是從端口讀數據，可以認為端口是數據源，所以端口出現在“源操作數”的位置。讀出來的數據要有個“目的地”來存放，所以in指令中存放數據的地方出現在“目的操作數”位置。

out指令是把數據寫入端口指向的寄存器，在這里，端口是數據的“目的地”，所以端口出現在目的操作數的位置。待寫入的數據總該有個“來源”，所以out指令中的“源操作數”是數據來源。

在以上的兩個指令中，端口號和數據的位置，是取決于它們各自的角色是源操作數還是目的操作數。

在以上兩個指令的兩個操作數中，無論是對于源操作數還是目的操作數。除端口號外，那個做為數據的操作數（in指令中做為數據目的地，out指令中做為數據源），一律用al寄存器存儲8位寬度的數據，用ax寄存器存儲16位寬度的數據，至于用al還是ax存數據，是要看端口指向的寄存器寬度是多少，它要和端口寄存器的位寬保持一致，不能丟失數據精度。

in指令中，端口號只能用dx寄存器。

out指令中，可以選用dx寄存器或立即數充當端口號。

真心希望大家看完后不會更亂了^_^。

好啦，有了這些硬件相關的知識，對以后我們操作其它硬件來說足夠了，我們不需要學習的多全，夠用就好。還是那句話，以后用到哪再學不遲，大家辛苦了。

【再續】

總結

以上是生活随笔為你收集整理的一步步编写操作系统 15 CPU与外设通信——IO接口，下的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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