设备控制器是处理 CPU 传入和传出信号的系统

首先需要先了解一下设备控制器的概念：

设备控制器是处理 CPU 传入和传出信号的系统。设备通过插头和插座连接到计算机，并且插座连接到设备控制器。设备控制器从连接的设备处接收数据，并将其存储在控制器内部的一些特殊目的寄存器(special purpose registers) 也就是本地缓冲区中。

特殊用途寄存器，顾名思义是为一项任务而设计的寄存器。例如，cs，ds，gs 和其他段寄存器属于特殊目的寄存器，因为它们的存在是为了保存段号。 eax，ecx 等是一般用途的寄存器，因为你可以无限制地使用它们。 例如，你不能移动 ds，但是可以移动 eax，ebx。

·通用目的寄存器比如有：eax、ecx、edx、ebx、esi、edi、ebp、esp

·特殊目的寄存器比如有：cs、ds、ss、es、fs、gs、eip、flag

每个设备控制器都会有一个应用程序与之对应，设备控制器通过应用程序的接口通过中断与操作系统进行通信。设备控制器是硬件，而设备驱动程序是软件。

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I/O 设备通常由机械组件(mechanical component)和电子组件(electronic component)构成。电子组件被称为 设备控制器(device controller)或者 适配器(adapter)。在个人计算机上，它通常采用可插入（PCIe）扩展插槽的主板上的芯片或印刷电路卡的形式。

机械设备就是它自己，它的组成如下：

制器卡上通常会有一个连接器，通向设备本身的电缆可以插入到这个连接器中，很多控制器可以操作 2 个、4 个设置 8 个相同的设备。

I/O控制器是控制计算机输入输出的一个最基本的控制系统，可指挥计算机的各个部件按照指令的功能要求协调工作的部件。它由指令寄存器IR（InstructionRegister）、程序计数器PC（ProgramCounter）和操作控制器OC（OperationController）三个部件组成，对协调整个电脑有序工作极为重要。

下面小编就从功能和控制方式两个方面带大家进一步了解I/O控制器，想学习的客户朋友就一起看下去吧，绝对干货哦！

2、I/O控制器的功能

● 接收设备CPU指令：CPU的读写指令和参数存储在控制寄存器中

● 向CPU报告设备的状态：I/O控制器中会有相应的状态寄存器，用于记录I/O设备的当前状态。（比如1代表设备忙碌，0代表设备就绪）

● 数据交换：数据寄存器，暂存CPU发来的数据和设备发来的数据，之后将数据发给控制寄存器或CPU。

● 地址识别：类似于内存的地址，为了区分设备控制器中的各个寄存器，需要给各个寄存器设置一个特定的地址。I/O控制器通过CPU提供的地址来判断CPU要读写的是哪个寄存器。

这里向大家简单介绍常见的几种I/O控制方式，包括程序直接控制方式、中断驱动方式、DMA（直接存储方式）、通道控制方式。

控制器与设备之间的接口通常是一个低层次的接口。例如，磁盘可能被格式化为 2,000,000 个扇区，每个磁道 512 字节。然而，实际从驱动出来的却是一个串行的比特流，从一个前导符(preamble)开始，然后是一个扇区中的 4096 位，最后是一个校验和 或 ECC（错误码，Error-Correcting Code）。前导符是在对磁盘进行格式化的时候写上去的，它包括柱面数和扇区号，扇区大小以及类似的数据，此外还包含同步信息。

控制器的任务是把串行的位流转换为字节块，并进行必要的错误校正工作。字节块通常会在控制器内部的一个缓冲区按位进行组装，然后再对校验和进行校验并证明字节块没有错误后，再将它复制到内存中。

内存映射 I/O

每个控制器都会有几个寄存器用来和 CPU 进行通信。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、开启或者关闭设备等。通过从这些寄存器中读取信息，操作系统能够知道设备的状态，是否准备接受一个新命令等。

为了控制寄存器，许多设备都会有数据缓冲区(data buffer)，来供系统进行读写。例如，在屏幕上显示一个像素的常规方法是使用一个视频 RAM，这一 RAM 基本上只是一个数据缓冲区，用来供程序和操作系统写入数据。

那么问题来了，CPU 如何与设备寄存器和设备数据缓冲区进行通信呢？存在两个可选的方式。第一种方法是，每个控制寄存器都被分配一个 I/O 端口(I/O port)号，这是一个 8 位或 16 位的整数。所有 I/O 端口的集合形成了受保护的 I/O 端口空间，以便普通用户程序无法访问它（只有操作系统可以访问）。使用特殊的 I/O 指令像是

IN REG,PORT

CPU 可以读取控制寄存器 PORT 的内容并将结果放在 CPU 寄存器 REG 中。类似的，使用

OUT PORT,REG

CPU 可以将 REG 的内容写到控制寄存器中。大多数早期计算机，包括几乎所有大型计算机，如 IBM 360 及其所有后续机型，都是以这种方式工作的。

控制寄存器是一个处理器寄存器而改变或控制的一般行为 CPU 或者其他数字设备。控制寄存器执行的常见任务包括中断控制，切换寻址模式，分页控制和协处理器控制。

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