操作系统如何管理设备：设备控制器与中断处理

发布时间：2025-07-25 14:20

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那要想知道这个发生的过程，我们得先了解了解「操作系统是如何管理多种多样的的输

入输出设备」的，等了解完这个后，我们再来看看这个问题，你就会发现问题已经被迎

刃而解了。

设备控制器

每个设备的用法和功能都不同，那操作系统是如何把这些输入输出设备统一管理的呢 ?

为了屏蔽设备之间的差异，每个设备都有一个叫设备控制器（ D e v i c e Control ）的

组件，比如硬盘有硬盘控制器、显示器有视频控制器等。

因为这些控制器都很清楚的知道对应设备的用法和功能，所以 C P U 是通过设备控制

器来和设备打交道的。

设备控制器里有芯片，它可执行自己的逻辑，也有自己的寄存器，用来与 C P U 进行

通信，比如：

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、开启或关闭，

或者执行某些其他操作。

通过读取这些寄存器，操作系统可以了解设备的状态，是否准备好接收一个新的命

令等。

实际上，控制器是有三类寄存器，它们分别是状态寄存器（ S t a t u s Re g i s t e r ）、命

令寄存器（ C o m m a n d Re g i s t e r ）以及数据寄存器（ D a t a Re g i s t e r ），如下图：

这三个寄存器的作用：

数据寄存器

， C P U 向 I/ O 设备写入需要传输的数据，比如要打印的内容是

「 H e l l o 」， C P U 就要先发送一个 H 字符给到对应的 I / O 设备。

命令寄存器

， C P U 发送一个命令，告诉 I / O 设备，要进行输入 / 输出操作，于是

就会交给 I / O 设备去工作，任务完成后，会把状态寄存器里面的状态标记为完

成。

状态寄存器

，目的是告诉 CP U ，现在已经在工作或工作已经完成，如果已经在工

作状态， C P U 再发送数据或者命令过来，都是没有用的，直到前面的工作已经完

成，状态寄存标记成已完成， C P U 才能发送下一个字符和命令。

C P U 通过读、写设备控制器中的寄存器来控制设备，这可比 CP U 直接控制输入输出

设备，要方便和标准很多。

另外，输入输出设备可分为两大类：块设备（ B l o c k De v i c e ）和字符设备

（C h a r a c t e r De v i c e ）。

块设备

，把数据存储在固定大小的块中，每个块有自己的地址，硬盘、 U S B 是常

见的块设备。