输入输出端口

简介

在计算机中，输入输出端口（Input/Output Port）是用于外部设备与计算机进行通信的接口。这些端口与计算机的处理器相连，可以在计算机和外部设备之间传输数据。

硬件端口

计算机的硬件端口是指物理接口，通常在计算机主板上，用于与外部设备进行通信。硬件端口通常包括以下几种类型：

• 串行端口：用于传输一个比特位的数据，例如 RS-232。
• 并行端口：可以同时传输多个比特位的数据，例如 IEEE 1284。
• USB 端口：用于接连各种 USB 外设，例如键盘、鼠标、打印机、扫描仪等等。
• 以太网端口：用于网络连接，例如 RJ45。
• 音频接口：用于连接音频设备，例如耳机、扬声器等。

软件端口

在计算机中，软件端口是指通过软件提供的 API （Application Programming Interface，应用程序编程接口）接口访问外部设备的接口。软件端口通常分为以下两类：

1. 文件型端口

文件型端口会将一个设备模拟为一个文件，程序员可以像读取、写入文件一样读取、写入数据到这个“文件”。例如在 Unix 系统下，一个串口设备可以被模拟为一个文件，程序员可以通过打开 Serial Port 设备对应的文件，使用 read 和 write 系统调用读取或写入数据。

2. 底层端口

底层端口则是直接操作硬件端口。底层端口的应用场景较为特殊，例如在需要直接操作某个设备驱动程序的情况下。

代码片段

1. 读写文件型端口（Python）

import serial

# 打开串口
ser = serial.Serial('/dev/ttyUSB0', 9600)

# 发送数据
ser.write(b'hello!')

# 接收数据
resp = ser.read(10)
print(resp)

这里以 Python 的 PySerial 库为例，通过打开串口设备对应的文件，就可以像读写文件一样读写串口设备。

2. 读写底层端口（C++）

#include <Windows.h>
#include <iostream>

int main()
{
    // 打开端口
    HANDLE hCom = ::CreateFile(TEXT("COM1"), GENERIC_READ | GENERIC_WRITE, 0, NULL,
        OPEN_EXISTING, FILE_ATTRIBUTE_NORMAL, NULL);
    if (hCom == INVALID_HANDLE_VALUE) {
        std::cout << "Failed to open serial port!" << std::endl;
        return -1;
    }

    // 配置端口参数，波特率=9600
    DCB dcb{};
    ::GetCommState(hCom, &dcb);
    dcb.BaudRate = 9600;
    ::SetCommState(hCom, &dcb);

    // 发送数据
    char data[] = "Hello!";
    DWORD bytesWritten = 0;
    ::WriteFile(hCom, data, strlen(data), &bytesWritten, NULL);

    // 接收数据
    char buf[100];
    DWORD bytesRead = 0;
    ::ReadFile(hCom, buf, sizeof(buf), &bytesRead, NULL);
    std::cout << buf;

    // 关闭端口
    ::CloseHandle(hCom);

    return 0;
}

这里以 Windows 操作系统为例，利用 Windows API 直接操作端口，读写数据。