一、硬连线 I/O（Hardwired I/O）
1. 定义
硬连线 I/O 是指通过专用的电路将 CPU 与 I/O 设备直接连接，使用固定的逻辑控制器件（如门电路、触发器等）进行控制，而不是通过可编程设备（如微程序或软件）。
也可称为：固定逻辑 I/O 控制，或在某些上下文中称为“端口映射 I/O（Port-Mapped I/O）”或“独立 I/O 空间”。
2. 原理
- 每个 I/O 设备分配一个特定的端口地址；
- CPU 使用专用的指令（如 IN、OUT）访问 I/O 端口；
- 通过地址线选择目标设备，通过控制线进行操作（读/写）；
- I/O 设备响应端口地址并完成数据交换。
示意图：
CPU — 地址总线 — 控制信号 — 数据总线 — I/O 接口 — 设备
3. 特点与优缺点
| 优点 | 缺点 |
|---|---|
| 响应速度快（无中间层） | 灵活性差（硬件变更困难） |
| 适用于简单控制逻辑 | 可扩展性差，复杂性高 |
| 不需微程序或驱动支持 | 每新增设备都需修改电路 |
4. 适用场景
- 早期计算机系统
- 嵌入式设备中的专用控制模块
- 实时控制系统（如 PLC）
二、串行 I/O（Serial I/O）
1. 定义
串行 I/O 是一种通信方式，数据**按位（bit）**在一条数据线上顺序传输，广泛用于计算机与外部设备（如键盘、鼠标、传感器、通信模块）之间的数据交换。
2. 原理
- 使用一条线路传送一位数据，传输速率通常用波特率（bps）表示；
- 包括起始位、数据位、奇偶校验位和停止位；
- 常见接口协议包括 UART、RS-232、RS-485、SPI、I2C、USB、CAN 等；
- 通信可以是异步（如 UART）或同步（如 SPI、I2C）。
异步串口帧结构示例（UART）：
起始位 | 数据位 (8bit) | 奇偶校验位 | 停止位
3. 特点与优缺点
| 优点 | 缺点 |
|---|---|
| 线路少，布线简单 | 速度通常较并行通信低 |
| 适合远距离通信 | 实时性略差 |
| 多种协议，应用灵活 | 需要协议支持和驱动 |
4. 适用场景
- 嵌入式系统中的传感器与主控通信（如 I2C、SPI）
- 计算机串口通信（如 RS-232）
- 移动设备、嵌入式系统、车载系统
- 工业自动化中的总线通信（如 CAN）
三、硬连线 I/O vs 串行 I/O 对比总结
| 特性 | 硬连线 I/O | 串行 I/O |
|---|---|---|
| 实现方式 | 使用门电路、锁存器等实现直接控制 | 使用串行协议在单线传输数据 |
| 控制方式 | 固定逻辑控制 | 可编程协议控制 |
| 灵活性 | 差 | 高 |
| 数据传输 | 并行或单次固定交换 | 每次逐位传输 |
| 接线复杂度 | 高 | 低 |
| 扩展性 | 差 | 强 |
| 使用场景 | 专用系统、低成本控制器 | 嵌入式系统、传感器网络、通信 |
原创文章，作者：梦南圆，如若转载，请注明出处：https://mnyuan.cn/archives/18158
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