2 应用和硬件无关？
在使用 C 语言等高级语言进行 Windows 应用开发时，程序员很少会直接编写控制硬件的指令。这是因为对硬件的直接控制权，实际上由 Windows 操作系统全权管理。
然而，这并不意味着应用完全无法与硬件打交道。Windows 提供了间接控制硬件的方法，那就是利用操作系统提供的 系统调用 功能。应用通过调用特定的 API，向操作系统发出请求，最终由操作系统代表应用去完成实际的硬件操作。
3 支撑硬件输入输出的 IN 指令和 OUT 指令
Windows 在底层控制硬件时，依赖的是特定的输入输出指令。其中最具代表性的两个指令就是 IN 和 OUT，它们同时也是汇编语言中的助记符。
IN指令：用于从指定端口号的端口读取数据，并将数据存入 CPU 内部的寄存器中。OUT指令：用于将 CPU 寄存器中存储的数据，写入到指定端口号的端口。
计算机主板上提供了各种连接显示器、键盘等外围设备的接口。在这些接口的内部，连接着负责转换计算机与外围设备之间电流特性的集成电路（IC），这些 IC 统称为 I/O 控制器（I/O 是 Input/Output 的缩写）。
显示器、键盘等每个外围设备都有其专用的 I/O 控制器。每个 I/O 控制器内部都有一小块用于临时保存输入输出数据的内存，这块内存就是所谓的“端口”（Port）。
一个实现 I/O 控制器功能的 IC 芯片上往往有多个端口。由于一台计算机连接着众多外围设备，因此也就存在多个 I/O 控制器和更多的端口。一个 I/O 控制器可以只控制一个设备，也可以管理多个设备。为了区分数量庞大的端口，系统为每个端口分配了唯一的 端口号，也称为 I/O 地址。
4 外围设备的中断请求
IRQ（中断请求）是一种用于暂停当前正在运行的程序，并转而执行其他程序的机制。这个过程被称为 中断处理。想象一下，你正在专心处理文档（主程序），此时电话响了（中断请求），你便暂停手头工作去接电话（中断处理程序），接完后再回来继续处理文档。
为了区分不同外围设备发出的中断，系统为每个中断请求分配了一个独立的编号，即 中断编号（或中断向量）。
如果多个外围设备同时发出中断请求，CPU 该如何应对？为了解决这个问题，通常在 I/O 控制器和 CPU 之间会加入一个名为 中断控制器 的 IC 芯片作为缓冲。中断控制器负责接收和管理所有外围设备的中断请求，并按照既定优先级顺序依次通知 CPU。
当中断发生时，CPU 会暂停当前的主程序，转而执行对应的中断处理程序。该程序通常需要先备份当前 CPU 寄存器的状态，然后执行控制外围设备的操作，完成后再恢复寄存器的状态，最终返回到主程序继续执行。
5 DMA 可以实现短时间内传送大量数据
在了解 I/O 和中断处理的同时，还有一个至关重要的机制需要掌握，那就是 DMA（直接内存访问）。
DMA 是指在不经过 CPU 参与的情况下，由外围设备直接与主内存进行数据交换的机制。 磁盘、高速网卡等设备广泛利用了这一机制。通过 DMA，海量数据得以在极短时间内完成传输，极大地解放了 CPU，提升了系统整体效率。相比之下，如果不使用 DMA，所有数据都需要 CPU 作为“中间人”来搬运，速度会慢得多。
6 文字及图片的显示机制
你是否想过，显示器上瞬息万变的图像信息存储在什么地方？答案是：显示器上显示的内容始终存储在某一块特定的内存中，这块内存被称为 VRAM（视频随机存取存储器）。
在现代计算机中，显卡等专用硬件内部通常配备有独立于主内存的 VRAM 和 GPU（图形处理器）。而在早期的 MS-DOS 时代，VRAM 是位于计算机主机主板上的。这种架构演变反映了显示技术复杂度的提升和专业化的发展。
理解从 I/O 端口、中断到 DMA 的整个硬件交互链条，是深入 计算机体系结构 底层原理的关键一步。这些机制共同确保了应用程序能够高效、有序地与复杂的物理硬件世界进行沟通。
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发表于 昨天 17:42
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