Linux外部設備的硬件接口

計算機的外部設各通常由電氣部分和機械部分兩部分組成。電氣部分是用來控制機械部分的，因此電氣部分也叫做外部設各的控制器。

控制器通過計算機系統總線掛接到系統上。或者說，計算機系統就是通過控制器來控制和操作外部設備的。典型的方式是，把外部設各中的各個控制器看做是一組互不沖突的寄存器組，并賦予它們相應的地址，從而使處理器可以像訪問存儲器一樣來訪問控制器，并通過控制器來訪問外部設各。

外部設各通常包含4組寄存器，即狀態寄存器、控制寄存器、數據輸入寄存器和數據輸出寄存器。這些寄存器有各自的地址，這個地址叫做端口。這些寄存器的作用分別為：

·狀態寄存器用來向處理器提供外部設備的工作狀態。例如，設各的當前操作是否執行完畢，數據是否可被讀出或寫入以及錯誤提示等。

·控制寄存器是被用來管理外部設備工作模式的。也就是說，在設備初始化或運行時， 處理器可通過向控制寄存器寫入命令來啟動或改變設各工作模式。

·數據輸入寄存器和數據輸出寄存器是用來與處理器傳遞數據的。

外部設各與處理器關系示意圖如圖所示。

圖 外部設備與處理器關系示意圖

為了識別外部設各的這些寄存器，系統給這些寄存器都賦予了地址，于是外部設各寄存器占用的地址空間叫做I/O空間。對于I/O空間的處理，目前有兩種方式：一種是與存儲器統一編址，即在整個內存空間中劃出一個范圍作為I/O空間，這種方式的特點是處理器沒有獨立的I/O指令，而是把外部設各的寄存器作為存儲單元來對待的;另一種方式是處理器具有單獨的I/O指令，所以在這種方式中I/O地址空間是獨立編址的。不管是統一編址還是獨立編址，從邏輯上來看，外設的各寄存器就相當于一種存儲裝置，它可向處理器提供數據，也可接收處理器的數據，即處理器可對它們進行讀/寫操作。