I/O硬件原理

从程序员的角度简单介绍I/O的硬件组成和原理。

操作系统的主要功能之一是控制所有的输入输出，必须向设备发出指令，捕获中断并进行错误处理，还要提供一个设备与系统其余部分简单的接口。

I/O设备

I/O设备在速度上覆盖了巨大的范围，这给数据传输的性能保持上造成了巨大压力。

按交互对象分类

• 人机交互设备：视频显示设备、键盘、鼠标、打印机
• 与计算机或其他电子设备交互的设备：磁盘、磁带、传感器、控制器
• 计算机间的通信设备：网卡、调制解调器

按交互方向分类

• 输入（可读）：键盘、扫描仪
• 输出（可写）：显示设备、打印机
• 输入/输出（可读写）：磁盘、网卡

按外设特性分类

• 使用特征：存储、输入/输出、终端
• 数据传输率：低速(如键盘)、中速(如打印机)、高速(如网卡、磁盘)
• 信息组织特征：单个字符或数据块
  
  • 字符设备(如打印机、管道)
  • 无法编址，也不存在寻址操作
  • 块设备(如磁盘)
  • 能够独立的读写单个数据块

设备控制器

I/O设备通常包含一个机械部件和一个电子部件。为了达到设计的模块性和通用性，一般将其分开。电子部分称为设备控制器（device controller）或适配器（adapter）。

操作系统主要和控制器打交道，而不是设备本身。

任务

控制器负责将驱动器读出来的比特流转换成字节块