Tóm lược lịch sử các bộ điều khiển thiết bị

Tóm lược lịch sử các bộ điều khiển thiết bị

Tóm lược lịch sử các bộ điều
khiển thiết bị
Bởi:
Khoa CNTT ĐHSP KT Hưng Yên
Những thế hệ PC đầu tiên chạy trên một chip xử lý Intel ở đó đã cung cấp khả năng
định vị cho 640KB của bộ nhớ “thực tế”—gọi như vậy bởi vì bộ nhớ là thật sự ở đó
trong mẫu của những chip nhớ mà bộ xử lý trực tiếp hướng vào bởi những phương tiện
của một địa chỉ vật lý 20 bit. Chính bộ xử lý đề nghị cho cái đúng kiểu của quá trình
hoạt động, cái gọi là kiểu thực tế, ở chỗ nào bộ xử lý đã kết hợp thông tin từ hai thanh
nghi 16-bit để hình thành một địa chỉ bộ nhớ 20-bit cho mỗi chỉ dẫn bộ nhớ đã nhắc đến
đó. Kiến trúc máy tính bao gồm khái niệm của những khe mở rộng mà một vùng có thể
những người dùng bất chấp với những card mua riêng rẽ từ bản thân máy tính. Những
card tự chúng thường xuyên đến với những chỉ thị về làm sao để đặt những công tắc
DIP (trễ, các jumper giữa các pin) ở thứ tự tạo ra những thay đổi không đáng kể ở cấu
hình Vào/ra. Bạn phải giữ một sơ đồ của tất cả sự Vào/ra và những sự ấn định ngắt cho
PC của bạn ở thứ tự cho sự phù hợp này. MS-DOS hợp nhất một lược đồ cơ sở trên file
CONFIG.SYS nhờ đó hệ điều hành hệ thống có thể nạp vào những bộ điều khiển thiết
bị kiểu chế độ thực cho thiết bị nguyên bản và cho các card thêm vào. Chắc chắn, đây
là những trình điều khiển theo hình thức lập trình ở ngôn ngữ assembly và tin vào một
phạm vi lớn hơn hoặc kém hơn trên chỉ thị INT để gọi tới BIOS và tới những phục vụ hệ
thống bên trong bản thân MS-DOS. Những người dùng kết thúc bắt buộc học làm sao để
cầu khẩn những ứng dụng qua các lệnh. Các phần mềm ứng dụng cần thiết đã học làm
sao để lập trình hiển thị video, bàn phím, và con chuột ngay lập tức bởi vì không một
MS-DOS nào mà BIOS hệ thống đã làm đầy đủ như vậy.
Sau này, IBM được giới thiệu dòng AT của những máy tính cá nhân đặt cơ sở trên hệ vi
xử lý Intel 80286. Bộ xử lý 286 thêm một kiểu bảo vệ của thao tác ở chỗ những chương
trình có thể hướng vào lên trên tới 16 MB của bộ nhớ mở rộng và bộ nhớ chính sử dụng
địa chỉ đoạn 24-bit (theo danh nghĩa gián tiếp qua một bộ chọn lọc đoạn ở một thanh ghi
đoạn 16-bit) và một địa chỉ offset 16-bit. Bản thân MS-DOS vẫn là một Hệ điều hành

hệ thống chế độ thực, như vậy vài nhà cung cấp phần mềm xây dựng các sản phẩm mở
rộng DOS tới cho phép những người lập trình để di trú những ứng dụng kiểu thực tế của
họ tới kiểu bảo vệ và chấp nhận lợi ích to tất cả bộ nhớ mà đang trở nên sẵn có trên thị
trường. Từ đó MS-DOS đã đứng yên ở vị trí đầu của máy tính, công nghệ điều khiển đã
không phát triển ở thời điểm này.
1/4


Tóm lược lịch sử các bộ điều khiển thiết bị

Sự thay đổi bước ngoặt của công nghệ PC xuất hiện—trong tổng quan của tôi, dù sao đi
nữa—khi mà Intel đưa ra bán chip xử lý 80386. Dòng 386 cho phép những chương trình
để truy nhập lên trên tới 4 GB của địa chỉ bộ nhớ ảo gián tiếp qua các bảng trang nhớ, và
nó đã cho phép những chương trình để dễ dàng sử dụng những số lượng cho 32-bit số
học và địa chỉ. Đó là một cơn gió mạnh của sự hoạt động trong thị trường những công
cụ phần mềm như những nhà cung cấp chương trình biên dịch và sự cạnh tranh giữa các
công ty đưa ra để bắt khối lượng tăng trưởng liên tục khao khát những ứng dụng lớn
hơn cho tốc độ xử lý và tốc độ bộ nhớ. Những trình điều khiển thiết bị là vẫn còn viết ra
những chương trình chế độ thực 16-bit trong ngôn ngữ assembly và đã cài đặt qua tệp
CONFIG.SYS, và những người dùng cuối vẫn còn cần để các card được định cấu hình
điều khiển bằng tay.
Kế tiếp tiến tới các chip của Bộ vi xử lý chủ yếu trong vùng của sự thực thi và dung
lượng. Trong khi tôi viết chương này, những máy tính hoạt động nhanh hơn 1 GHz với
những ổ cứng 50-GB và 512 MB (hoặc hơn) của bộ nhớ là cũ rích và có thể cung cấp dễ
dàng bằng những phân đoạn lớn hơn của mẫu.
Song song với sự tiến hóa của nền tảng công nghệ máy tính, sự tiến hóa khác đang xuất
hiện với công nghệ hệ điều hành. Hầu hết mọi người, thậm chí bao gồm những người
lập trình của phần mềm hệ thống, thích những biện pháp trên nền đồ họa của ảnh hưởng
lẫn nhau với các máy tính tới những biện pháp trên nền văn bản. Microsoft đã muộn tới
nhóm Hệ điều hành đồ họa—Apple đánh trúng với hệ Macintosh đầu tiên—nhưng có

đến và thống trị nó với gia đình Windows của những Hệ điều hành. Trong sự bắt đầu,
Windows chỉ là một tiện ích đồ họa cho MS-DOS kiểu thực tế. Trong cả thời gian, một
tập hợp của các trình điều khiển Windows cho phần cứng phổ biến, kể cả màn hình ,
bàn phím, và chuột, cho đến sự tồn tại. Những bộ điều khiển này là những tệp tin có thể
thực hiện với một đuôi mở rộng .DRV, và chúng đã được viết đầu tiên trong ngôn ngữ
assembly.
Đến với lớp AT của máy tính, Microsoft đã thiết lập một phiên bản chế độ bảo vệ của
Windows. Microsoft mang chuyển các trình điều khiển .DRV chế độ thực để chế độ bảo
vệ là tốt nhất. Phần cứng khác hơn những thiết bị Windows chuẩn (màn hình, bàn phím,
và con chuột) tiếp tục sẽ được điều khiển bằng các trình điều khiển MS-DOS chế độ
thực.
Kết luận lại, một khoảng thời gian sau đó các PC với các bộ xử lý 386 đã trở nên sẵn
dùng mọi nơi, Microsoft đã phát hành Windows 3.0, của chế độ “tăng cường” các thao
tác bắt lấy đầy đủ sự thuận lợi của các khả năng bộ nhớ ảo. Thậm chí như vậy, nó vẫn
còn đúng với mọi bộ phận mới đó của nhu cầu phần cứng một điều khiển chế độ thực.
Nhưng bây giờ nó là một vấn đề lớn. Từ một sự hỗ trợ đa nhiệm của các ứng dụng MSDOS (một nhu cầu chấp nhận cho người sử dụng cuối của Windows), Microsoft là đã
xây dựng một hệ điều hành cho máy ảo. Mỗi ứng dụng MS-DOS chạy trong máy ảo của
chính mình, như đã làm môi trường đồ họa cho Windows. Nhưng tất cả các ứng dụng

2/4


Tóm lược lịch sử các bộ điều khiển thiết bị

MS-DOS đó trực tiếp đang cố gắng nói tới phần cứng bằng sự đưa ra các cấu trúc IN và
OUT, bộ nhớ thiết bị đọc và ghi, và việc dùng các ngắt từ phần cứng. Hơn nữa, hai hoặc
nhiều hơn các ứng dụng đang chia sẻ thời gian xử lý có thể đang đưa ra những chỉ dẫn
xung đột tới phần cứng. Chúng chắc chắn xung đột qua sự sử dụng của màn hình, bàn
phím, và con chuột, của quá trình diễn biến.
Tới việc chấp nhận các ứng dụng phức tạp tới việc chia sẻ phần cứng vật lý, Microsoft

giới thiệu khái niệm của một bộ điều khiển thiết bị ảo, mục đích rộng của ai tới “thực
tế” một thiết bị phần cứng. Những bộ điều khiển như vậy là khái quát gọi là VxDs bởi vì
hầu hết chúng cho phép những tên file phù hợp với những mẫu VxD.386, ở đấu đó chỉ
báo kiểu của thiết bị đã quản lý chúng. Sử dụng khái niệm này, Windows 3.0 đã tạo sự
xuất hiện của trang bị những cỗ máy ảo với những thể hiện riêng biệt của một vài thiết
bị phần cứng. Nhưng tự mình những thiết bị tiếp tục, trong hầu hết các trường hợp, tới
việc điều khiển bằng bộ điều khiển MS-DOS chế độ thực. Một vai trò của VxD sẽ điều
đình sự truy cập tới phần cứng bằng việc chặn đứng đầu tiên những sự cố gắng của các
ứng dụng tới chi tiết nhỏ phần cứng và khóa chuyển đổi ngắn gọn Bộ xử lý tới một sắp
xếp của chế độ thực gọi cho chế độ 8086 ảo tới việc chạy trình điều khiển MS-DOS.
Để không đặt một mặt quá tinh tế trên nó, khóa chuyển đổi chế độ để chạy những bộ
điều khiển kiểu thực tế là một sự tấn công công dụng duy nhất của chúng là đã chấp nhận
nó cho một sự tăng trôi chảy hợp lý ở trong nền phần cứng và hệ điều hành. Windows
3.0 đã có một vài hỏng hóc tính năng gốc nguyên nhân là cái đó rất đặc trưng của cấu
trúc. Microsoft trả lời là để tới OS/2, khi nó là đang phát triển ở sự cấn đối (đó là sử
dụng ở thế kỷ 20) với IBM.
Microsoft có phiên bản của OS/2 trở thành là Windows NT, phiên bản dùng chung đầu
tiên của chúng là vào những năm 1990, không lâu sau Windows 3.1. Microsoft xây dựng
Windows NT từ trên nền với ý định của việc tạo nó một cách lâu bền và nền tảng bảo
đảm trên việc chạy những hệ điều hành. Những trình điều khiển cho Windows NT đã
sử dụng một công nghệ nhân-kiểu mới toanh đó là không được chia sẻ trên thực tế với
hai bộ công nghệ điều khiển khác khi ấy đang được thịnh hành. Những trình điều khiển
Windows NT đã sử dụng gần như chỉ riêng ngôn ngữ lập trình C vì vậy chúng có thể
được biên dịch lại cho những cấu trúc CPU mới mà không yêu cầu bất kỳ những sự thay
đổi nguồn nào.
Vấn đề khác xảy ra dọc theo khung thời gian về Windows 3.0 ở đó có một sự phân
nhánh quan trọng cho chúng ta hôm nay. Windows 3.0 chính thức bị tách ra khỏi thế giới
phần mềm vào trong các chương trình User-mode và Kernel-mode. Những chương trình
User-mode bao gồm tất cả các chương trình ứng dụng và các trò chơi ở đó mọi người
mua các máy tính để chạy, nhưng chúng là không được lòng tin để giao du mạnh (hoặc

thậm chí trung thực) với phần cứng hoặc với các chương trình khác. Những chương
trình Kernel-mode kể cả chính Hệ điều hành và tất cả các trình điều khiển thiết bị mà ở
đó mọi người thích bạn và tôi viết. Những chương trình Kernel-mode là có thể tin cẩn

3/4


Tóm lược lịch sử các bộ điều khiển thiết bị

được hoàn toàn và có thể chạm bất kỳ tài nguyên hệ thống nào mà chúng thích. Mặc dù
vậy Windows 3.0 tách riêng các chương trình bằng kiểu của họ của Hệ điều hành, không
phiên bản nào của Windows (không chỉ là Window Me) đã thật sự đặt sự bảo vệ bộ nhớ
trong chỗ để nhượng bộ một hệ thống bảo mật. Bảo mật là một lĩnh vực của Windows
NT và những người kế nghiệp nó, mà ngăn cấm các chương trinhg user-mode từ việc
nhìn thấy hoặc thay đổi những tài nguyên quản lý bởi nhân.
Nguồn máy tính là không thật sự tiến bộ tới điểm nơi mà một PC trung bình có thể
chạy Windows NT tốt cho đến khi mới đây được ưa chuộng. Microsoft vì thế phải giữ
cho dòng sản phẩm Windows hoạt động. Windows 3.0 phát triển thành 3.1, 3.11, và 95.
Đang bắt đầu với Windows 95, nếu bạn muốn viết một trình điều khiển thiết bị, bạn viết
cái gì đó gọi một VxD cái đó thật sự là một bộ điều khiển bảo vệ chế độ 32-bit. Cũng
bắt đầu với Windows 95, những người dùng cuối cùng có thể ném ra khỏi những sơ đồ
Vào/ra của họ bởi vì tính năng Plug và Play mới của nhận biết hệ điều hành hệ thống và
có phần tự động cấu hình phần cứng. Như một nhà sản xuất phần cứng, tuy nhiên bạn có
thể phải viết một trình điều khiển real-mode để giữ những vui lòng của các khách hàng
của bạn mà ai không phải nâng cấp từ Windows 3.1. trong lúc đó, Windows NT phát
triển thành 3.5, 4.0. Bạn đã cần một bộ điều khiển thứ ba để hỗ trợ những hệ thống này,
và không phải biết nhiều kiến thức lập trình của bạn đã có thể chuyển giữa những dự án.
Microsoft đã thiết kế một công nghệ mới cho các trình điều khiển thiết bị, chế độ
điều khiển Windows (WDM), và đưa vào Windows 98 và Windows Me, những người
nối nghiệp tới Windows 95. Họ cũng đưa những công nghệ này tới Windows 2000

và Windows XP, những người nối nghiệp tới Windows NT 4.0. Bằng thời gian của
Windows Me, MS-DOS hiện hữu chỉ do sự giúp đỡ và đó là sự không cần thiết cuối
cùng cho một nhà sản xuất phần cứng để lo lắng về những bộ điều khiển thiết bị realmode. Vì WDM, ít nhất bởi mục đích ban đầu, thực tế là cũng như thế về tất cả các nền
tảng, nó trở nên có thể thực hiện được để viết đúng cho một bộ điều khiển.
Tổng kết, chúng ta hôm nay đứng ở hình bóng của kiến trúc PC nguyên bản và của
những phiên bản đầu tiên của MS-DOS. Những người dùng cuối vẫn còn thỉnh thoảng
phải mở lớp vỏ của các PC khác để cài đặt các card mở rộng, nhưng chúng ta sử dụng
một bus mạnh hơn và khác ngày nay hơn chúng ta làm trước đây. Plug và Play và bus
PCI đã phần lớn loại bỏ nhu cầu cho những người dùng cuối để giữ lại rãnh ghi của Vào/
ra, bộ nhớ, và cách sử dụng yêu cầu dùng ngắt. Vẫn còn có một BIOS đúng chỗ, trừ phi
ngày nay công việc của nó phần lớn để khởi động hệ thống và để khai báo hệ điều hành
thực tế (Windows XP hoặc Windows Me) khoảng cấu hình những chi tiết phát hiện ra
dọc theo đường đi. Và những trình điều khiển WDM vẫn còn có tệp có phần mở rộng
.SYS, đúng như những bộ điều khiển real-mode đầu tiên đã làm.

4/4