I/O端口编址方式：统一编址和独立编址

---

微机原理与接口技术复习

---

PS:微处理器系统采用存储映像方式编址时 存储单元 与 I/O端口 是通过 不同的地址编码 来区分的！

编址方法

8086CPU和外部设备之间是通过I/O接口进行联系的，从而达到相互间传输信息的目的。每个I/O芯片上都有一个端口或几个端口，一个端口往往对应于芯片上的一个寄存器或一组寄存器。微机系统要为每个端口分配一个地址，这个地址成为端口号。各个端口号和存储器单元地址一样，具有唯一性。外设都是通过读写设备上的寄存器来进行的，外设寄存器也称为“I/O端口”，而I/O端口有两种编址方式：独立编址和统一编址。

（1）统一编址

基本概念：

外设结构中的I/O寄存器（即I/O端口）与主存单元一样看待，每个端口占用一个存储单元的地址，将主存的一部分划出来用作I/O地址空间，如，在PDP-11中，把最高的4K主存作为I/O设备寄存器地址。端口占用了存储器的地址空间，使存储容量减小。

此统一编址也称为“I/O内存”方式，外设寄存器位于“内存空间”（很多外设有自己的内存、缓冲区、外设的寄存器和内存统称“I/O空间”）。

优点：

可以利用存储器的寻址方式来寻址I/O端口。

缺点：

I/O端口占用了存储空间，而且进行I/O操作时，因地址编码较长，将导致速度较慢。

举例：

Samsung的S3C2440，是32位ARM处理器，它的4GB地址空间被外设、RAM等瓜分：

      0x8000 1000 LED 8*8点阵的地址
　　　 0x4800 0000 ~ 0x6000 0000 SFR（特殊暂存器）地址空间
　　　 0x3800 1002 键盘地址
　　　 0x3000 0000 ~ 0x3400 0000 SDRAM空间 
　　　 0x2000 0020 ~ 0x2000 002e IDE
　　　 0x1900 0300 CS8900

（2）独立编址

基本概念：

独立编址又称为单独编址，I/O地址与存储地址分开独立编址，I/O端口地址不占用存储空间的地址范文，这样，在系统中就存在了另一种与存储地址无关的I/O地址，CPU也必须具有专用于输入输出操作的指令（IN、OUT等）和控制逻辑。独立编址下，地址总线上过来一个地址，设备不知道是给I/O端口的、还是给寄存器的，于是处理器通过MEMR/MEMW和IOR/IOW两组控制信号来实现对I/O端口和存储器的不同寻址。如，intel 80x86就采用单独变回，CPU内存和I/O是一起编址的，就是说内存一部分的地址和I/O地址是重叠。

独立编址也称为“I/O端口”方式，外设寄存器位于“I/O（地址）空间”。

对于x86架构来说，通过IN/OUT指令。PC架构一共有65536个8bit的I/O端口，组成64K个I/O端口，编号从0~0xFFF，有16位，80x86用低16位地址线A0~A15来寻址。连续两个8bit的端口可以组成一个16bit的端口，连续4个组成一个32bit的端口。I/O地址空间和CPU的物理地址空间是两个不同的概念，例如I/O地址空间为64K，一个32bit的CPU物理地址空间是4G。

优点：

不占用内存空间；使用I/O指令，程序清晰，很容易看出是I/O操作还是存储器操作；译码电路比较简单（因为I/O端口的地址空间一般比较小，所用地址线也比较少）。

缺点：

只能用专门的I/O指令，访问端口的方法不如访问存储器的方法多。

举例：

在Intel 8086+Redhat9.0下用“more /proc/ioports”可以看到：

        0000-001f : dma1
　　　　 0020-003f : pic1
　　　　 0040-005f : timer
　　　　 0060-006f : keyboard
　　　　 0070-007f : rtc
　　　　 0080-008f : dma page reg
　　　　 00a0-00bf : pic2
　　　　 00c0-00df : dma2
　　　　 00f0-00ff : fpu
　　　　 0170-0177 : ide1
　　　　 ……

不过Intel x86平台普通使用了名为内存映射（MMIO）的技术，该技术是PCI规范的一部分，IO设备端口被映射到内存空间，映射后，CPU访问I/O端口就如同访问内存一样。看Intel TA 719文档给出的x86/x64系统典型内存地址分配表：

系统资源 占用

---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

       BIOS 1M
　　　　本地APIC 4K
　　　　芯片组保留 2M
　　　　IO APIC 4K
　　　　PCI设备 256M
　　　　PCI Express设备 256M
　　　　PCI设备（可选） 256M
　　　　显示帧缓存 16M
　　　　TSEG 1M

对于某一既定的系统，它要么是独立编址、要么是统一编址，具体采用哪一种则取决于CPU的体系结构。