40、计算机I/O与中断机制深度解析

计算机I/O与中断机制深度解析

1. I/O相关操作与概念

在计算机系统中，I/O操作有着多种实现方式和特点。首先，有一个实践任务是将原有的UART I/O函数从内存映射I/O重写为端口映射I/O，并进行汇编。同时，修改UART_echo.c文件以使用新的端口映射I/O函数，大多数PC的基端口号为0x3f8 。完成这些修改后，编译UART_echo.c并链接生成的两个目标文件以检查正确性。

下面是一些与I/O相关的重要概念：
- 内存时序 ：内存访问与CPU的时序同步。
- I/O时序 ：I/O设备比CPU慢得多，且特性差异大，因此需要对其访问进行编程控制。
- 总线时序 ：总线通常采用分层结构，以更好地匹配各种I/O设备的时序差异。
- 端口映射I/O ：I/O端口有自己的地址空间。
- 内存映射I/O ：I/O端口被分配到主内存地址空间的一部分。
- 轮询I/O ：程序在循环中等待，直到I/O设备准备好传输数据。
- 中断驱动I/O ：I/O设备准备好传输数据时会中断CPU。
- 直接内存访问 ：I/O设备可以在不使用CPU的情况下与主内存传输数据。

2. 操作系统对硬件的管理与特权级别

像Linux这样的操作系统允许多个应用程序同时执行，它以交错的方式管理硬件，在任何给定时