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王优秀|A 字母时，操作系统期间发生了什么...，键盘敲入

前言
键盘可以说是我们最常使用的输入硬件设备了 ， 但身为程序员的你 ， 你知道「键盘敲入A字母时 ， 操作系统期间发生了什么吗」？
那要想知道这个发生的过程 ， 我们得先了解了解「操作系统是如何管理多种多样的的输入输出设备」的 ， 等了解完这个后 ， 我们再来看看这个问题 ， 你就会发现问题已经被迎刃而解了 。
王优秀|A 字母时，操作系统期间发生了什么...，键盘敲入
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正文
设备控制器
我们的电脑设备可以接非常多的输入输出设备 ， 比如键盘、鼠标、显示器、网卡、硬盘、打印机、音响等等 ， 每个设备的用法和功能都不同 ， 那操作系统是如何把这些输入输出设备统一管理的呢?
为了屏蔽设备之间的差异 ， 每个设备都有一个叫设备控制器（DeviceControl）的组件 ， 比如硬盘有硬盘控制器、显示器有视频控制器等 。
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因为这些控制器都很清楚的知道对应设备的用法和功能 ， 所以CPU是通过设备控制器来和设备打交道的 。
设备控制器里有芯片 ， 它可执行自己的逻辑 ， 也有自己的寄存器 ， 用来与CPU进行通信 ， 比如：
通过写入这些寄存器 ， 操作系统可以命令设备发送数据、接收数据、开启或关闭 ， 或者执行某些其他操作 。
通过读取这些寄存器 ， 操作系统可以了解设备的状态 ， 是否准备好接收一个新的命令等 。
实际上 ， 控制器是有三类寄存器 ， 它们分别是状态寄存器（StatusRegister）、命令寄存器（CommandRegister）以及数据寄存器（DataRegister） ， 如下图：
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这三个寄存器的作用：
数据寄存器 ， CPU向I/O设备写入需要传输的数据 ， 比如要打印的内容是「Hello」 ， CPU就要先发送一个H字符给到对应的I/O设备 。
命令寄存器 ， CPU发送一个命令 ， 告诉I/O设备 ， 要进行输入/输出操作 ， 于是就会交给I/O设备去工作 ， 任务完成后 ， 会把状态寄存器里面的状态标记为完成 。
状态寄存器 ， 目的是告诉CPU ， 现在已经在工作或工作已经完成 ， 如果已经在工作状态 ， CPU再发送数据或者命令过来 ， 都是没有用的 ， 直到前面的工作已经完成 ， 状态寄存标记成已完成 ， CPU才能发送下一个字符和命令 。
CPU通过读、写设备控制器中的寄存器来控制设备 ， 这可比CPU直接控制输入输出设备 ， 要方便和标准很多 。
另外 ， 输入输出设备可分为两大类：块设备（BlockDevice）和字符设备（CharacterDevice） 。
块设备 ， 把数据存储在固定大小的块中 ， 每个块有自己的地址 ， 硬盘、USB是常见的块设备 。
字符设备 ， 以字符为单位发送或接收一个字符流 ， 字符设备是不可寻址的 ， 也没有任何寻道操作 ， 鼠标是常见的字符设备 。
块设备通常传输的数据量会非常大 ， 于是控制器设立了一个可读写的数据缓冲区 。
CPU写入数据到控制器的缓冲区时 ， 当缓冲区的数据囤够了一部分 ， 才会发给设备 。
CPU从控制器的缓冲区读取数据时 ， 也需要缓冲区囤够了一部分 ， 才拷贝到内存 。
这样做是为了 ， 减少对设备的操作次数 。
那CPU是如何与设备的控制寄存器和数据缓冲区进行通信的？存在两个方法：
端口I/O ， 每个控制寄存器被分配一个I/O端口 ， 可以通过特殊的汇编指令操作这些寄存器 ， 比如in/out类似的指令 。
内存映射I/O ， 将所有控制寄存器映射到内存空间中 ， 这样就可以像读写内存一样读写数据缓冲区 。
I/O控制方式
在前面我知道 ， 每种设备都有一个设备控制器 ， 控制器相当于一个小CPU ， 它可以自己处理一些事情 ， 但有个问题是 ， 当CPU给设备发送了一个指令 ， 让设备控制器去读设备的数据 ， 它读完的时候 ， 要怎么通知CPU呢？


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