计算机硬件驱动程序的工作原理探究,计算机驱动程序是如何工作的

所谓计算机体系结构(computer architecture)是指从软件和硬件工程师的角度抽象出计算机组成的结构，即概念结构。通过这种结构，有助于理解真实计算机的组成和工作原理，从而开发软件和硬件技术。目前，计算机基本上是基于冯·诺依曼的结构。

1.1 .冯·诺依曼的计算机结构

图1基于冯·诺依曼体系结构的计算机组成

图2主机和外设之间常用的几种连接模式

从图1中可以看出，冯·诺依曼体系结构指出了计算机的基本硬件组成和程序工作流程。其中，通用计算机(或电子信息产品)硬件可视为由控制器、运算单元、存储器、输入设备和输出设备组成，内部指令(即程序)和数据以二进制表示。它包含两个重要的程序，即存储程序和控制程序。存储程序根据二进制代码将计划输入计算系统的数据或程序存储在存储器中。控制程序是控制计算机按照指定的程序逐一执行，实现计算机的自动数据处理任务。

1.2 .计算机和外围设备之间的连接

主要从典型的冯·诺依曼架构出发，对计算机内部硬件和软件流程的组成进行了描述。要描述计算机的硬件驱动程序，首先需要理解计算机和外围设备之间的连接模式，如图2所示。

可以看出，计算机的外围设备都是通过接口连接的，但是有许多种接口连接。在图2的图示中，(a)辐射连接，即通过输入/输出接口的直接连接；(二)总线型连接，即通过总线扩展的接口连接，(三)通道型连接，即通过多个通道的接口连接，然后通过总线扩展与外部设备的通道连接。

目前，微软开发的视窗系列操作系统不允许应用程序直接访问硬件设备。因此，为了实现对硬件设备的访问和控制，或者硬件实现相应的功能，必须使用操作系统接受的驱动程序来实现对硬件设备的访问和控制。可以看出，驱动程序非常关键，是操作系统和硬件之间的桥梁枢纽，通常被视为操作系统的一个组成部分。

2.1 .驾驶员的基本结构

驱动程序本质上是软件代码，其主要功能是完成计算机系统和硬件设备之间的数据传输功能。只有在司机的帮助下，两者才能沟通并完成特定的功能。如果硬件设备没有驱动程序，只有操作系统不能发挥特殊作用，也就是说，驱动程序是操作系统和硬件之间实现双向通信的媒介，即把硬件设备本身的功能传递给操作系统，同时把操作系统的标准指令传递给硬件设备，从而实现两者之间的无缝连接。其基本结构如图3所示。

图3硬件设备驱动程序架构

2.2 .驾驶员的工作过程

图3示出了硬件设备驱动程序架构，有时称为硬件接口，这是操作系统访问和控制硬件设备的唯一方式。只有当接口驱动程序正常工作时，相应的硬件设备才能发挥特定的功能。否则，硬件设备无法正常工作，这在计算机外围设备的日常使用中经常会导致类似的问题。

从软件的角度来看，驱动程序是一段代码，它主要包含相应的硬件设备信息，并且如图3所示建立了访问接口。这段程序代码一般直接添加到操作系统中，使得操作系统可以通过系统功能直接调用驱动程序功能发送数据，同时操作系统为驱动程序设置中断程序，以接收硬件设备上传的数据，从而完成这种双向数据通信功能。图3中的功能转换单元实际上将操作系统的功能转换成硬件设备的功能，发挥中间转义功能。一般来说，硬件设备的驱动程序是硬件制造商结合特定操作系统编写的配置文件，这意味着不同操作系统的驱动程序是不同的。这可以从图3的体系结构中清楚地看出。同时，由于操作系统的升级，硬件设备需要与系统保持良好的兼容性。此时，硬件设备制造商将不断升级驱动程序，以确保其硬件设备的最佳性能。例如，一些显卡芯片驱动程序经常提醒需要升级。

从硬件的角度来看，驱动程序也是硬件设备的一部分。通常，在安装计算机外部设备时，必须安装相应的驱动程序，否则硬件无法识别和工作。驱动程序的中间介质的通信功能本质上是将硬件设备的信息和功能上传到操作系统，同时将操作系统的指令传送到硬件设备，以通知特定功能的完成，例如打印机的使用。

2.3 .驱动程序的使用

我已经亲自安装了视窗操作系统，当系统安装后，电脑核心组件的驱动程序，如主板驱动程序、芯片组驱动程序、视频卡声卡驱动程序、触摸板驱动程序、有线和无线网卡驱动程序等。，通常会立即安装。同样，如果需要额外的计算机外围设备，如普通办公用打印机、娱乐游戏用方向盘和手柄等。，需要立即安装特定的驱动程序。下面是获取硬件设备驱动程序的方法和途径的介绍，这将为驱动程序的应用开辟一个新的视角。

正常情况下，首先需要确认计算机系统拥有的硬件设备及其型号，然后找到硬件设备的驱动程序。一般来说，硬件设备驱动程序将按以下顺序获得:(1)如果硬件设备有自己的驱动器光盘，最好是磁带驱动器；(2)如果没有伴随的驱动程序，需要主动将相应硬件设备的相应型号的驱动程序下载到供应商指定的网站；(3)如果(1)和(2)不可用，驱动程序将从一般公共网站下载。(4)此外，还可以使用第三方软件(如驱动程序向导)来自动扫描和检测硬件设备，以获得相应的型号，并下载和安装匹配的驱动程序。尽管所有方法的最终目标都是相同的，但为了实现硬件设备的功能驱动，通常建议使用官方网站附带或提供的驱动程序，以便更好地与系统兼容。

计算机是由硬件和软件组成的复合体。硬件是载体，软件是核心。只有硬件的计算机无法完成既定任务。两者相辅相成，不可或缺。作为计算系统中常用的外部设备，当硬件设备需要在计算机的帮助下完成特定任务时，必须与计算机建立功能连接。目前，连接模式可以是有线连接或无线连接，但是与计算机系统的功能连接必须在相应驱动程序的帮助下实现。不同的硬件设备必须有不同的驱动程序，同一类型的硬件设备可能有不同的相应驱动程序。因此，在实际应用过程中，首先需要确认相应的硬件和型号，然后确认计算机操作系统并安装匹配的驱动程序，以确保硬件设备的正常功能。

同时，硬件设备驱动程序通常可以被视为操作系统的一部分。这主要是因为驱动程序直接与系统一起发送和接收数据，所以随着计算机系统的升级，如当前的视窗10系统已经集成了通用的计算机硬件设备驱动程序，这给计算机的安装和使用带来了极大的便利。