IO端口和IO Space的关系

Question

有谁能帮忙具体解释下IO端口和IO Space的关系？访问CMOS的端口是70/71，它的IO Space空间是多少？为什么读cmos时要outputb(70,index),inputb(71),而不是直接将in al,address

Answer 1

你试过用in,out汇编指令操作吗?结果如何呢?

Answer 2

原帖由 dimple_yi 于 2008-10-23 20:30 发表
有谁能帮忙具体解释下IO端口和IO Space的关系？访问CMOS的端口是70/71，它的IO Space空间是多少？为什么读cmos时要outputb(70,index),inputb(71),而不是直接将in al,address

IO 端口和 IO Space 的关系，其实就和 “虚拟地址和地址空间” 的关系一样。
例：虚拟地址　00401000 在 虚拟地址空间：0~FFFFFFFF 中。

IO 端口是个物理地址，IO Space 是个物理地址空间。

深入一点来说：
IO 地址空间范围：0000 ~ FFFF　共16位的空间里，分两种类型映射：固定映射和可变映射。
固定映射，比如 70/71　这些地址是固定的。　可变映射通过对芯片组控制（如南桥）将设备映射在可变地址空间。

更进一步来说：
IO 地址既可映射到 IO Space，有些设备IO地址也可映射到 Memory space 中去。同样对（北桥，南桥）进行设置

象 in al,71h  这条指令地址送往 south bridge（南桥）解析，典型就是 cmos 的地址。

Answer 3

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2008-10-24 13:33 上传

先有个概念，I/O端口是CPU对外部设备的抽象。
对一个CPU来说，所有它所管理(或访问)的资源无非包括：
1.寄存器组。粗糙的划分通常包括通用寄存器组(x86中就是你用的ex,bx等寄存器)，特殊寄存器组(如标志寄存器，timer,interrupt等，当然这些设备你可以看作外部设备)
2.存储器。粗糙的划分通常包括程序存储器，数据存储器。
3.外部设备。比如打印机，PCI桥，USB等等。另外上面timer,interrupt等等有时也按外部设备处理。

把这些资源统统放在一个大的集合中，就构成了CPU所管理的资源集。CPu管理这些资源时需要为这个集合中每个元素分配一个标志来区分。这个标志就是地址。

编码地址由下面几个要素组成：

地址 = {资源类别，资源大小}；

对CPU指令来说，
通常资源类别编码在指令码中(如i/o与存储器分开编码)，也有编码在地址码中(如i/o与存储器统一编码/)，，还有直接硬件区分(如哈佛结构的程序存储器与数据存储器分开)。比如x86的in，inp，outp指令，实际上指令码本身就编码有资源类别信息。
资源大小编码在地址码中。

有了这些知识，就好理解I/O端口与I/O空间了。
按照上面的模型，那么CPU所有资源都可以地址{资源类别，资源大小}来找到。这里I/O端口就对用的实际的物理设备，而I/O空间地址就是该物理设备对应的标志码及设备地址。可以这样说，I/O空间代表所有I/O设备集合，而I/O端口是该集合中的一个元素。
(当然有时直接称I/O端口就是外部设备地址)

以搂主的例子说明
outputb(70,index)指令
与
in al,address
这里本身outputb与in指令的指令码就编码了不同的资源类别。你要他们访问同一资源，怎么可能。当然不排除有地址重叠。就看你内部怎么地址分配的

[ 本帖最后由 fineamy 于 2008-10-24 13:46 编辑 ]

Answer 4

感谢大家的回答，有了部分概念了。我一直在这个问题上迷糊，因为我们我觉得对外设访问只要in,out指令就可以了，既然外设编址也和内存一样，16位地址线形成的io地址空间访问，只要用in al,dx(地址)就好了，可是像cmos只有两个端口，那就只有两个地址形成的寄存器，为什么我们可以访问128位字节，而且是叫送地址，读数据。128字节这样说来就不是io space里面的内容了？像pci设备也一样

Answer 5

PC机里CMOS的访问方式，与3、4楼说的不是一回事。
存放SETUP信息的是一个CMOS存储芯片，早期好像只有32个字节，后来逐渐增大，64、128、256、512等。它借用CPU的两个I/O端口进行访问。你在70口写入地址，就是从71口读出该地址处的内容，或将新的内容写入该单元。

至于一般计算机原理里的IO端口和IO Space，后者是指该CPU所有I/O地址的集合，前者或指CPU的I/O脚集合，或指某I/O外围电路的一路I/O。

Answer 6

感谢大家的回答，有了部分概念了。我一直在这个问题上迷糊，因为我们我觉得对外设访问只要in,out指令就可以了，既然外设编址也和内存一样，16位地址线形成的io地址空间访问，只要用in al,dx(地址)就好了，可是像cmos只有两个端口，那就只有两个地址形成的寄存器，为什么我们可以访问128位字节，而且是叫送地址，读数据。128字节这样说来就不是io space里面的内容了？像pci设备也一样

对于CMOS，PCI,USB，硬盘，软盘，光驱，网卡，显卡等等诸如此类设备，设备内部本身就有比较大的需要访问的空间。但是从CPU看来，只有几个访问窗口来访问这些设备。这些窗口地址就是前面提到的那些设备识别地址了（代表了该外部设备）。至于设备内部的地址，对CPU来说，它并不关心，也跟它没关系！

以这里CMOS来说，内部访问的128字节是CMOS芯片自己管理的，跟CPU没关系。CPU管理CMOS靠它提供的访问窗口！
这个访问窗口在实现技术上就是间接寻址技术。

那么为什么要这么做呢，原因是CPU的访问空间有限，比如这里的I/O SPACE,仅仅只要16位，如果每个外部设备都把自己内部的空间开放给CPU,那么显然是不够的，而且也没必要。看看一个PCI设备就要占多少？？？硬盘空间多少？？
随着外部设备的增多，CPU的I/O空间就越紧俏。这时用间接寻址来扩展其I/O空间。

[ 本帖最后由 fineamy 于 2008-10-24 21:23 编辑 ]

Answer 7

嗯，我对fineamy这个回答非常满意，让我的迷雾解开了，原来是间接寻址的问题。非常感谢！