每个连接到I/O总线上的设备都有自己的I/O地址集，即所谓的I/O端口（I/O port）。在IBM PC体系结构中，I/O地址空间一共提供了65,536个8位的I/O端口。可以把两个连续的8位端口看成一个16位端口，但是这必须是从偶数地址开始。同理，也可以把两个连续的16位端口看成一个32位端口，但是这必须是从4的整数倍地址开始。有四条专用的汇编语言指令可以允许CPU对I/O端口进行读写：它们分别是in、ins、out和outs。在执行其中的一条指令时，CPU使用地址总线选择所请求的I/O端口，使用数据总线在CPU寄存器和端口之间传送数据。
I/O端口还可以被映射到物理地址空间：因此，处理器和I/O设备之间的通信就可以直接使用对内存进行操作的汇编语言指令（例如，mov、and、or等等）。现代的硬件设备更倾向于映射I/O，因为这样处理的速度较快，并可以和DMA结合起来使用。也就解释了为什么32位系统名义上支持4G内存，实际上你装上4G内存条在机器上是不行了。因为访问不到4G，还需要为显卡，声卡等设备提供物理地址的映射。
系统设计者的主要目的是提供对I/O编程的统一方法，但又不牺牲性能。为了达到这个目的，每个设备的I/O 端口都被组织成一组专用寄存器。CPU把要发给设备的命令写入控制寄存器（control register），并从状态寄存器（status register）中读出表示设备内部状态的值。CPU还可以通过读取输入寄存器（input register）的内容从设备取得数据，也可以通过向输出寄存器（output register）中写入字节而把数据输出到设备。
