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

Устройства ввода — периферийное оборудование для занесения (ввода) данных или сигналов в компьютер либо другое электронное устройство во время его работы. Устройства ввода и вывода составляют аппаратный интерфейс между компьютером и сканером или 6DOF-контроллером.

Устройства ввода подразделяются на следующие категории:

    аудио, видео и механические устройства;
    непрерывные устройства ввода (к примеру, мышь, позиция которой изменяется достаточно быстро и постоянно, что может рассматриваться как непрерывный ввод);
    устройства для пространственного использования, такие как двухмерная мышь или трехмерный навигатор (особенно для CAD-приложений).

Также многие компьютерные указывающие устройства ввода классифицируются по способу управления курсором:

    прямой ввод, когда управление осуществляется непосредственно в месте видимости курсора. Например, сенсорные панели и экраны;
    непрямые указывающие устройства, к примеру, трекболы или мыши.


Разновидности устройств ввода


Основным, и обычно необходимым, устройством ввода текстовых символов и последовательностей (команд) в компьютер остаётся клавиатура.
Устройства ввода графической информации

    Сканер
    Видео- и Веб-камера
    Цифровой фотоаппарат
    Плата видеозахвата

Устройства ввода звуковой информации

    Микрофон
    Цифровой диктофон

Устройства ввода текстовой информации

    Клавиатура

Указательные (координатные) устройства

    Мышь
    Тачскрин
    Джойстик

Игровые устройства ввода

    Джойстик
    Педаль
    Геймпад
    Руль
    Танцевальная платформа

Устро́йства вы́вода — периферийные устройства, преобразующие результаты обработки цифровых машинных кодов в форму, удобную для восприятия человеком или пригодную для воздействия на исполнительные органы объекта управления.

Устройства для вывода визуальной информации

    Монитор (дисплей)
    Проектор
    Принтер
    Графопостроитель

Устройства для вывода звуковой информации

    Встроенный динамик
    Колонки
    Наушники

Устройства для вывода прочей информации

    Игровой джойстик (при столкновении с препятствием вибрирует)
    Видеокарта

Устройства ввода/вывода

    Магнитный барабан
    Стример
    Дисковод
    Жёсткий диск
    Различные порты
    Различные сетевые интерфейсы


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.

Ввод-вывод через память никак не связан с прямым доступом к памяти; ПДП — отдельное схемное решение, связывающее шину ввода-вывода с контроллером памяти и разгружающее процессор на крупных операциях ввода-вывода.
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.