IO接口

I/O 接口是 CPU 与外部设备之间的桥梁，负责数据格式转换、速度匹配、信号转换等功能。接口设计直接影响 I/O 系统的性能与可靠性。

• 数据缓冲：用数据缓冲寄存器解决 CPU 与外设速度不匹配
• 信号格式转换：串/并转换、电平转换（TTL/RS-232）、数/模转换
• 设备寻址：接口含设备选择逻辑，CPU 通过地址选特定设备
• 时序控制：提供握手协调（Ready/Busy）、超时控制
• 中断控制：向 CPU 发中断请求、提供类型号、支持优先级
• 命令译码：译码 CPU 控制命令，产生设备控制信号

接口中的寄存器

数据寄存器：存放输入/输出数据，可读可写，宽度通常等于数据总线宽度。

状态寄存器（典型位）：D0=Ready、D1=Busy、D2=Error、D3=IRQ Enable、D4=Done。CPU 读取了解设备状态（通常只读）。

控制寄存器：CPU 写入控制命令（D0=Start、D1=Stop、D2=IRQ Enable、D3=Direction 等）。

独立编址（I/O 映射）

I/O 端口有独立地址空间，与内存分离
内存 0x0000~0xFFFF；I/O 0x00~0xFF（256 端口）
专用指令：IN AL, port   ; OUT port, AL
应用：x86

统一编址（内存映射）

I/O 端口映射到内存地址空间，用访存指令访问
例：0x0000-0x7FFF 内存；0x8000-0x8FFF I/O
MOV R1, [0x8000]  ; 读 I/O 端口
应用：MIPS、ARM、RISC-V

按数据传输方式

• 并行接口：多位同时传输，速度快、线多距离受限（如打印机并口 LPT）
• 串行接口：逐位传输，线少距离远（如 RS-232、USB）

按功能复杂度

• 简单接口：固定功能（如 74LS373 锁存器）
• 可编程接口：功能可程序设定（如 8255、8250）
• 智能接口：带处理器（如 SCSI、RAID 控制器）