王优秀|A 字母时，操作系统期间发生了什么...，键盘敲入前言键盘可以说是我们最常使用的输入硬

前言
键盘可以说是我们最常使用的输入硬件设备了，但身为程序员的你，你知道「键盘敲入A字母时，操作系统期间发生了什么吗」？
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。

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正文
设备控制器
我们的电脑设备可以接非常多的输入输出设备，比如键盘、鼠标、显示器、网卡、硬盘、打印机、音响等等，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（DeviceControl）的组件，比如硬盘有硬盘控制器、显示器有视频控制器等。

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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CPU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CPU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（StatusRegister）、命令寄存器（CommandRegister）以及数据寄存器（DataRegister），如下图：

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这三个寄存器的作用：
数据寄存器， CPU向I/O设备写入需要传输的数据，比如要打印的内容是「Hello」， CPU就要先发送一个H字符给到对应的I/O设备。
命令寄存器， CPU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CPU ，现在已经在工作或工作已经完成，如果已经在工作状态， CPU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， CPU才能发送下一个字符和命令。
CPU通过读、写设备控制器中的寄存器来控制设备，这可比CPU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（BlockDevice）和字符设备（CharacterDevice）。
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、USB是常见的块设备。
字符设备，以字符为单位发送或接收一个字符流，字符设备是不可寻址的，也没有任何寻道操作，鼠标是常见的字符设备。
块设备通常传输的数据量会非常大，于是控制器设立了一个可读写的数据缓冲区。
CPU写入数据到控制器的缓冲区时，当缓冲区的数据囤够了一部分，才会发给设备。
CPU从控制器的缓冲区读取数据时，也需要缓冲区囤够了一部分，才拷贝到内存。
这样做是为了，减少对设备的操作次数。
那CPU是如何与设备的控制寄存器和数据缓冲区进行通信的？存在两个方法：
端口I/O ，每个控制寄存器被分配一个I/O端口，可以通过特殊的汇编指令操作这些寄存器，比如in/out类似的指令。
内存映射I/O ，将所有控制寄存器映射到内存空间中，这样就可以像读写内存一样读写数据缓冲区。
I/O控制方式
在前面我知道，每种设备都有一个设备控制器，控制器相当于一个小CPU ，它可以自己处理一些事情，但有个问题是，当CPU给设备发送了一个指令，让设备控制器去读设备的数据，它读完的时候，要怎么通知CPU呢？