Порт ввода-вывода

Не следует путать с Аппаратный порт.

Эта статья содержит незавершённый перевод с иностранного языка. Вы можете помочь проекту, переведя её до конца. Если вы знаете, на каком языке написан фрагмент, укажите его в этом шаблоне.

Ввод-вывод через порты (англ. I/O ports) — схемотехническое решение, организующее взаимодействие процессора и устройств ввода-вывода. Противоположность вводу-выводу через память.

Во многих моделях процессоров ввод-вывод организуется теми же функциями, что и чтение-запись в память — так называемый «ввод-вывод через память». Соответственно, схемотехнически устройства ввода-вывода располагаются на шине памяти, и часть адресов памяти направляются на ввод-вывод. В процессорах Intel, микроконтроллерах AVR и некоторых других существуют отдельные команды для ввода-вывода — IN и OUT — и, соответственно, отдельное адресное пространство: в процессорах Intel — от 0000₁₆ до FFFF₁₆.

Порты ввода/вывода создаются в системном оборудовании, которое циклически декодирует управляющие, адресные и контакты данных процессора. Затем порты настраиваются для обеспечения связи с периферийными устройствами ввода-вывода.

Одни порты используются для передачи данных (например, приём данных от клавиатуры или чтение времени системных часов), другие — для управления периферийными устройствами (команда чтения данных с диска). Исходя из этого порт ввода/вывода может быть портом только для ввода, только вывода, а также двунаправленным портом.

Порты или память?

Преимущества портов:

• Возможна совсем другая схемотехническая организация ввода-вывода.
• Человек, читающий ассемблерный листинг, сразу же видит, что это работа не с памятью, а с внешним устройством.
• Всё адресное пространство машины можно пустить на ОЗУ, без всяких «дыр» наподобие UMB.
• Для машин низкой разрядности, у которых адрес в памяти задаётся регистровой парой, а на порт хватает и одного регистра, ускоряется работа с внешними устройствами.

Преимущества памяти:

• Упрощение конструкции процессора.
• Более широкий набор возможных инструкций: все инструкции, способные записать данные в память, в том числе автоинкрементные и SIMD, могут заниматься вводом-выводом.
• Удобнее работа с функциями, оперирующими большими объёмами данных (например, чтение-запись на диск, в видеоадаптер).

Порты в архитектуре IA-32

Процессор позволяет осуществлять ввод-вывод как через память, так и через порты. Доступ к портам осуществляется особыми командами IN, INS, INSB, INSW, INSD, OUT, OUTS, OUTSB, OUTSW и OUTSD; доступ к памяти — обычными функциями работы с памятью (MOV, ADD, LODSB и прочими). Два последовательных порта могут объединяться в один двухбайтовый порт, четыре — в один четырёхбайтовый. Как и с памятью, для максимальной производительности номера портов должны быть выровнены соответственно по 2- и 4-байтовой границе. Если требуется записывать данные в два соседних порта в определённом порядке, этого нельзя делать многобайтовыми командами (на выровненных портах ввод-вывод происходит параллельно, на невыровненных — порядок вызова не определён).

Процессор умеет проецировать порты в память; при этом процессор гарантирует, что операция ввода-вывода через порт завершится до того, как начнёт выполняться следующая команда. С вводом-выводом через память такой гарантии нет. Впрочем, процессор не проверяет ошибок чётности на портах, поэтому в системах высокой надёжности программист должен быть готов к ошибкам чётности.

Физически адрес порта подаётся через ту же адресную шину, что и адрес памяти. В процессорах Intel архитектуры x86 (до Pentium) была линия MI/O# (1 — память, 0 — порт); в более поздних эту функцию выполняют линии запроса команды.

В этой статье не хватает ссылок на источники информации. Информация должна быть проверяема, иначе она может быть поставлена под сомнение и удалена. Вы можете отредактировать эту статью, добавив ссылки на авторитетные источники. Эта отметка установлена 22 октября 2012.