1. 我们的键盘、鼠标、显示器、音响、耳机、触摸板等都是IO设备。那么操作系统是如何让显示器能显示画面。能够接收键盘的输入和鼠标输入的呢？下面我们就一步步的去看一下。

设备控制器

注：这里设备控制器到底是计算机硬件还是设备上的硬件我也没搞清楚
设备控制器是在硬件上的，再直白一点说。我们键盘有一键盘控制器，鼠标有一个鼠标控制器。每个键盘都有。每个鼠标都有。是硬件自带的一个东西。
CPU通过某些方式和设备上的设备控制器交流。显示器设备控制器可以告诉显示器展示哪些东西。音响设备控制器控制音响播放哪些声音。键盘设备控制器接收键盘输入并告诉CPU用户输入哪些字符。

设备控制器的结构

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设备控制器主要由芯片+各种寄存器组成。

  1. 芯片：负责执行逻辑
  2. 寄存器：
    1. 命令寄存器：存储CPU下达给设备的命令
    2. 状态寄存器：存储CPU本次下达命令的完成状态
    3. 数据寄存器：CPU发送给设备或设备发送给CPU的数据存储位置

  3. 数据缓冲区：块设备需要大量数据传输，所以有数据缓冲区

    CPU和访问寄存器的方式

    CPU是如何访问设备控制器的寄存器和数据缓冲区

  4. 端口IO：每个寄存器分配端口，CPU通过特殊的指令操作

  5. 内存映射IO：将内存的某些位置映射为寄存器。读内存的那块地址内容，就是读取寄存器中的内容

IO控制方式

有了设备控制器，CPU当想要与某个设备沟通时只要找相应的设备控制器即可。现在考虑一个问题，CPU要和设备控制器不断交互。那么交互方式应该是怎么样的。比如键盘输入了一段文字，键盘设备控制器如何告诉CPU，已经输入完成了呢？
自然的：

  1. CPU轮询：CPU一会儿问一下，一会儿再问一下
  2. 中断（通知）：由设备控制器通知CPU，于是就产生了中断的方式（软中断、硬件中断）
  3. 部分设备（硬盘）：DMA方式

    DMA的工作方式

    我们先想一下不使用DMA方式的读取文件的工作流程
  1. CPU发送读取XX文件的命令到磁盘设备控制器
  2. 磁盘设备控制器咔咔咔驱动磁盘寻道读取数据，到磁盘设备控制器的数据缓冲区中
  3. 磁盘设备控制器读完了，产生中断，告诉CPU可以取数据了。
  4. CPU忙着放下手中的线程，去告诉磁盘设备控制器（也可能是内存设备控制器），你再把数据给我加载到内存中
  5. （磁盘/内存）设备控制器咔咔咔将磁盘设备控制器的数据缓冲区读数据到内存中
  6. 最后再来个中断告诉CPU读完了

引入DMA后的流程
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  1. CPU发送读取XX文件命令到DMA中
  2. DMA控制磁盘设备控制器工作，让磁盘控制器将数据先读出来，再放到内存
  3. 磁盘设备控制器完成工作后，告诉DMA
  4. DMA告诉CPU，文件已经加载到内存中了。去使用吧

    设备驱动程序

    我们再买鼠标和键盘时，特别一些好的键盘和鼠标时，他们都有自己的设备驱动程序的。唉，等我突然有钱了我一定把我这款50块的键盘换掉。
    首先设备驱动程序就是一段功能代码，这段代码的作用是，操作设备控制器。
    设备驱动程序为操作系统提供可以调用的API，操作系统调用API后，具体代码实现在设备驱动程序里。
    比如读取文件，操作系统调用磁盘设备驱动程序 的读取文件API，具体怎么操作磁盘设备控制器。操作系统不关心。
    既然这样，各种设备驱动程序一定会有一套统一的API，这样操作系统只要切换实现即可，无需关心具体实现。各种设备驱动程序，只需要照着操作系统的API实现即可。因此我们可以看到同一款鼠标的设备驱动程序会有Windows和Mac之分，因为每个操作系统的API接口定义可能不同呀。
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中断处理

设备控制器会发送中断给CPU，CPU会根据中断类型做不同处理，那么处理逻辑代码在哪里？其实就在设备驱动程序里。
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通用块层

我们设备可以分为两大类：

  1. 字符设备：键盘，鼠标
  2. 块设备：磁盘、U盘….

我们每个设备都有自己的一个设备驱动程序的话，那么设备驱动程序就太多了。那么我们对于块设备还有更高一层的抽象，就是通用块层。
文件系统只需要使用通用块的API，具体是什么块设备，磁盘也好、U盘也罢。就不再关心了。

IO系统的分层

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