IO子系统的层次结构

在计算机系统，无论软硬，经常用到的结构是层次结构。

同样，IO也不例外。将IO需要完成的功能组织成一系列的层次结构，每一层利用下一层提供的服务。每层完成的是一个子功能，并向上层提供服务接口。这些特征基本上都是层次系统通用的特性，不必多说。

IO系统分类的层次通常是5层。列举如下：

• 用户层IO软件
• 设备独立性软件
• 设备驱动程序
• 中断处理程序
• 硬件

首尾两个不用解释都能明白，最抽象的当然是用户看到的那些IO软件，最具体的是底层提供功能的硬件，那么中间的三层作何解释，功能是什么，就需要仔细思考记忆了。

• 设备独立性软件： 用于实现用户程序与设备驱动器的统一接口、设备命令、设备保护，以及设备分配与释放等，同时也为设备管理和数据传送提供必要的存储空间。

上面是十分拗口的定义，也极易出现理解偏差。而实际上是很具体的东西。所谓设备独立性，就是能够让上层，即用户层的操作能够统一定义，不用再管插入的是什么设备，什么型号，个体特征等等，只需要能够将设备归类，对一类设备进行操作。在用户层，只需要知道我调用一个库函数等就能够使用这个设备了。设备独立性软件就是弥合各种设备的差别，从而为用户层提供一个统一漂亮的接口。另一方面，这一层要面向设备，为了能够满足向上提供服务的要求，需要的准备材料有设备命令，设备保护措施，对设备进行分配与释放的方法等，而引入存储作为缓存自然也是必要的举措。
再细化一点说来，在这一层，引入了逻辑设备和物理设备两种概念。用户层看的是设备的逻辑名字，就像文件系统中看的也是逻辑文件。系统执行时，要操作的是物理设备，二者必然有个映射关系。

• 设备驱动程序：硬件相关，具体实现OS对设备发出的操作指令，驱动IO设备工作。每一类设备有一个设备驱动程序。比如我们插入U盘时，系统会弹出安装驱动，安装完成后，这个驱动程序不会消失，而是运行在后台进程。无论你用的是正版金士顿还是盗版，用的是东芝还是闪迪，驱动程序都是一类，系统中驱动U盘的都是相同的驱动程序。

• 中断服务程序：具体任务不必多说，只谈为什么放在距离硬件最近的地方，驱动表示不服。

• 中断处理主要进行的是上下文任务的切换，测试中断信号，读取设备状态，修改进程状态。驱动程序是以进程的形式工作的，敢不经过中断直接进行进程的响应？不行的。因此，中断服务程序才是软件层里最diao的。

• 硬件：这里的硬件也需要单独说明，是因为这里是指代IO设备，有不同之处。分为两个部分：机械部件和电子部件。

硬件部分的特别说明：

• 机械部件
• 电子部件

机械部件：设备本身。
电子部件：设备控制器，也称适配器。通常是印刷电路板，通过插入主板进行工作。其中包含有寄存器，通过寄存器与CPU通信。这些寄存器要是收编到内存地址空间，就是内存映像IO，统一编址。也有的是IO专用地址，称之为独立编址。

不知道有没有发现，设备控制器是一种抽象的概念，具体的实施中，有：

• 程序直接控制
• 中断驱动方式
• DMA
• 通道

带着对这四种方式的运作过程再来理解设备控制器就要简单多了。

最后

以上就是发嗲山水为你收集整理的IO子系统的层次结构的全部内容，希望文章能够帮你解决IO子系统的层次结构所遇到的程序开发问题。

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