I/OポートとはInput/Output Portの略で、コンピュータが、外部のシステムとデータのやり取りをする時に使うハードウエア（回路）の一種。ポート(port)とは、日本語で言う「港」のことで、データのやり取りを行う「港」という意味になる。入出力とも言う。（要するにデータの出入り口と考えれば良い） 以下に、CPUとI/Oポートの関係を以下の図に示す。
※注CPUから見て、データを取り込む場合が「入力」、データを出す場合が「出力」となる。
I/OポートとCPUは、バスコントローラを経由してバス（緑の線）を介して接続されている。バスに接続されている複数のハードウエアは、メモリと同じように、アドレスを使ってアクセスする。つまり、あるアドレスはメモリ（RAMやROM）であり、また、あるアドレスはI/Oだったり、タイマーだったりする。
実習で用いるマイコンボードでは、ポートAに押しボタンスイッチ（PA3～PA0）、ポートBにLED(PB3～PB0）が接続されている。（下図参照）
●レジスタとアドレス
単純にデータを記憶するだけでなく、特定の機能を持った記憶領域（素子）の事をレジスタと呼ぶ。例えばこの後で説明する様なDDR(Data Direction Register)やDR(Data Register)など、そのアドレスにアクセスすることで、様々な機能を実現している記憶領域が該当する。
実習で使用しているマイコンボードでは、ポートAにスイッチ（PA0～PA3）、ポートBにLED（PB0～PB3）が接続されているが、これらの操作に必要なレジスタはPA_DDRとPA_DR、およびPB_DDRとPB_DRの各レジスタとなる。それぞれのレジスタの配置は、以下の図を参照。
※マイコンの様々な機能を使用するためのレジスタ類は、内部I/Oレジスタとして0xFFF1C～0xFFFFFの間に配置されている。
●I/Oポートの構造、データの方向
(1)データの方向
I/Oポートは、データの入力、出力を行うため、データの流れに方向がある。
・入力では、 CPU ←
I/O ← 外部のハードウエア（例えばスイッチなど）
※センサやスイッチなど、外部の状態を読み取るために使用する。センサやスイッチは、使用によって状態が
変化する。（例えばスイッチONとかOFFとか） 状態が変化するという事は、状態＝データなので、データ
を作り出していると言える。作り出されたデータをマイコン側で取り込んでやる必要があるので、入力とす
る。
・出力では、 CPU → I/Oポート → 外部のハードウエア（例えばLEDなど）
※外部のLEDやモータなどの装置を制御したい場合に使用する。LEDやモータは、外部からの指示（データ）
によって動作を変化させる。（例えばLEDの点灯／消灯とか） なので、外部（マイコン）からデータ与え
てやる必要がある、よって、出力とする。
のようにデータが流れる。
I/Oポートでの入出力の方向については、以下の様になっている。データの方向を決めるのは、DDR（Data Direction Register）に対して、値を書き込むことで設定する。bitに1を設定すると出力、0を設定すると入力になる。デフォルト（リセット直後や、電源投入直後）は、全て入力になっている。
一般にマイコン（マイクロコントローラ）のI/Oポートは、入出力を切り替えて使うようになっている。（そうでないものもあるが...）入力専用ピンや出力専用ピンを設けてしまうと、設計に融通が利かなくなる事が多い。（また、ICパッケージのピン数が増える） 場合によっては同一のピンである時は入力、ある時は出力と切り替えて処理を行う必要がある。このような場面にも対応できるように、DDRレジスタを使って、方向をプログラミングしてやる。
※注意 上記の図は、説明のためのもので、実習に使用しているマイコンボードとは接続が異なる。
I/Oポートの入出力は、ICのピン（写真）として、外部と接続される。
さらに、ICのピンに接続された配線パターン（基板上の導線）を通じてLEDやスイッチなどの外部のハードウエアと接続されている。
(2)入力の場合の動作
外部のスイッチやセンサなどの状態を読み取るには、I/Oポートを入力にする必要がある。（入力電圧とデジタル値の関係は、こちら）
VPA0はスイッチPA0がOFFであることから5Vとなるため、PA_DRのbit0は1になる。また、VPA1は、スイッチPA1がONであるため、0Vとなる。したがって、PA_DRのbit1は0となる。
(3)出力の場合の動作
例えば、LEDを点灯、消灯させる動作について考えてみる。LEDの点灯／消灯を制御するということは、データをI/Oポートに出力することで可能となる。実習で使用しているボードでは、LEDはポートBに接続されている。下の図では、ポートBとLEDの接続を模式的に表したもの。
LEDの点滅を制御するには、DRレジスタ（Data Registor)に値を書き込んでやるとできる。DRレジスタに値を書き込むと、（例えば0xFEを書き込む）最下位のビットだけが0になる。
※I/Oポートの詳細な構造についてはこちら。
●LEDとI/Oポートの関係について
I/OポートPBにデータを書き込むことでLEDを点灯／消灯させる事が出来る。PBの各ビットとLEDの対応関係は、下図のとおり。
●スイッチとI/Oポートの関係について
マイコンボードのスイッチを押すことで、マイコンにデータを渡す事が出来る。スイッチの状態を読み取るにはI/Oにアクセスする必要がある。
マイコンボード上の4つのスイッチは、I/Oポート PAに接続されている。スイッチとPAの関係は、以下のとおり。
●プログラミングの実際
I/Oポートを使ってCPUと外部の様々な機器（例えばスイッチ、LED、その他）との間でデータをやり取りするには、以下のような手順でプログラミングを行う。
(1)各I/Oポートの、データの入力／出力を切り替え
・I/Oポートを出力に設定すると、LEDの点灯／消灯などが制御できる。また、入力に設定すると、スイッチの状態を読み取ることができる。
・入力と出力の切り替えは、ビット毎にDDRレジスタを設定することで可能。
(2)DRレジスタにデータを書き込み（もしくは読み込み）
・DRレジスタにデータを書き込む（出力）
・DRレジスタのデータを読み込む（入力）
【 PortBに出力にしてLEDを点滅する例】
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#include "monitor.h" |
【PortAを入力にして、スイッチの状態（ON/OFF）を読み込む例】
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#include "monitor.h" |
違う書き方として、ビットフィールドを使う方法もある。
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#include "monitor.h" |
