13、计算机硬件与机器代码知识详解

计算机硬件与机器代码知识详解

1. 输入/输出设备

即使计算机配备了二级存储设备，仅由处理器、内存和存储组成的计算机仍无法与外界交互，这时输入/输出（I/O）设备就发挥作用了。I/O 设备能让计算机从外界接收输入（如键盘、鼠标）、向外界发送数据（如显示器、打印机），或兼具两者功能（如触摸屏）。人类与计算机的交互、计算机与计算机之间的交互（常通过计算机网络，如互联网）都需要通过 I/O 设备实现。实际上，二级存储设备也是一种 I/O 设备，从 CPU 的角度看，对存储设备的读写操作就是 I/O 操作，读取为输入，写入为输出。常见的输入输出设备如下表所示：
| 输入设备 | 输出设备 |
| ---- | ---- |
| 鼠标、键盘、麦克风、摄像头、触摸屏、网络适配器、存储设备 | 显示器、扬声器、振动电机、打印机、触摸屏、网络适配器、存储设备 |

CPU 与 I/O 设备通信时，需要一种标准方式。这涉及到物理地址空间，即计算机可用的硬件内存地址范围。例如，32 位物理地址空间的计算机，地址范围从 0x00000000 到 0xFFFFFFFF，约 40 亿个地址，代表 4GB 地址空间。若该计算机有 3GB 的 RAM，那么 75% 的物理内存地址分配给了 RAM。

物理地址空间中的地址不仅可以指向内存字节，还可以指向 I/O 设备。当物理地址空间映射到 I/O 设备时，CPU 通过读写其分配的内存地址与设备通信，这称为内存映射 I/O（MMIO）。不过，一些 CPU 家族（如 x86）有专门用于访问 I/O 设备的指令，设备被分配 I/O 端口，通过独立的端口地址空间访问 I/O 设备称为端口映射 I/O（PMIO）。如今的 x86 CPU 同时支