⑴ c語言竟是如何調用硬體
大家都知道我們可以使用C語言寫一段程序來控制硬體工作,但你知道其工作原理嗎?以下僅供參考!
c語言在實際運行中,都是以匯編指令的方式運行的,由編譯器把C語言編譯成匯編指令,CPU直接執行匯編指令。
所以這個問題就變成,匯編指令是如何操作硬體的?
如果把硬體平台限制在x86環境下,那麼匯編指令操作硬體基本上只有兩種方式:
方式一:
通過向內存空間寫數據。硬體會把硬體上的各種寄存器(外行可以理解為訪問硬體的介面或者操作硬體的工具)映射到某一塊內存地址空間上,之後只要用匯編指令,甚至C語言去讀寫這一段內存地址空間(並非真正操作物理內存),就可以達到操作硬體的目的了。
如果題主還有WindowsXP環境(虛擬機也可以),就可以用匯編指令直接操作顯存:
MOV AX,B800
MOV ES,AX
XOR DI,DI
MOV CX,0800
MOV AX,5555
REPZ STOSB
硬體的各種寄存器會被映射到某一塊物理內存中,這種方式稱為MMIO,在Windows的設備管理器里,右鍵點設備,看屬性-》資源里,不少硬體設備都有「內存范圍」的參數,這里的內存范圍就表示這個硬體的資源可以通過訪問這一段內存來控制它。
方式二:
x86匯編中,還有兩個特殊的指令是IN和OUT,這是x86平台上獨有的,上面圖里的I/O范圍,就是用IN/OUT這兩個指令來訪問和控制的。
以上兩種訪問硬體的方式,第一種是可以用C語言實現的,上面一段匯編,本質上類似於C語言代碼:
char ptr = 0xB8000;
int i;
for (i = 0; i 《0x800; i++)
{ptr + i = 0x55;
}
第二種IN/OUT方式沒有直接的C語言語法對應,需要自己封裝匯編。
那麼為什麼平時很難用C語言操作硬體呢?這是因為平時寫的代碼大多數都在保護模式下,保護模式下,直接訪問物理地址會受到限制,C語言操作的地址都是虛地址。
對於Windows來說,要訪問物理地址,需要工作在內核模式,也就是的寫驅動才行。
而在顯存方面,首先,題主要先明白物理地址和虛擬地址的概念。
原來的8086cpu設計的時候,地址空間有一塊區域(640K-1M)之間,有一塊作為顯存使用
這里你說的預留的地址,是指物理地址,這一段地址的准確范圍是000A0000-000BFFFF,不管是32位還是64位CPU,這一段物理內存地址一直都保留給顯存使用,不區分32位還是64位,也不區分保護模式還是實模式。
可見這一段內存至今仍然是留給顯卡使用的。
那麼現在為什麼不能直接用這段內存了?
因為現在的軟體都運行在保護模式下,訪問的地址都是虛擬地址,而並非物理地址,包括你使用cmd命令打開的環境,都是虛擬地址,雖然32位XP里能用debug命令向000B8000上寫數據並能顯示在cmd的界面里,但本質上,這都是虛擬出來的。
如果要想用這段顯存怎麼辦?
自己寫一個簡易的操作系統,不啟動顯卡的各種圖形加速功能,CPU進入保護模式後在GDT里映射一個4G的數據段,與物理地址一致,那麼向000B8000上寫數據,就會像過去DOS一樣顯示在屏幕上,所以保護模式下也可以訪問這一段內存。所以,保護模式下,也可以用它。
顯卡那麼多顯存是怎麼映射的?
有很多內存地址被映射給顯存了,就是通過這種映射關系,把一些物理地址留給顯存,使得CPU能像訪問內存一樣訪問顯存資源。
當然,實際情況是,2G顯存未必完全映射,而是只映射一部分地址,顯卡有一些開放的寄存器能夠控制哪部分顯存映射過來,這樣就能使得CPU在使用比較少的物理地址范圍的情況下,訪問全部的顯存。
還有一個很有意思的事情:在虛擬機里,找到映射的高地址部分的第一塊內存區域,寫一個能直接訪問物理地址的程序(比如一個驅動),去讀這一塊內存,然後寫到文件里,再用屏幕截圖,也寫到文件里,會發現截圖的內容和顯存里讀出來的內容基本上是一樣的。
網友awayisblue
要回答你的問題,我們需要要知道:
硬體是一種什麼樣的存在
什麼是驅動。
C語言怎麼操作硬體
我就不嚴格去定義這些概念了,我就以一個例子來通俗地講解一下吧。
首先講硬體:
先介紹一款單片機晶元STM8。
這款晶元裡面有cpu, 內存,寄存器(先不要覺得看到新名詞壓力大,繼續往下看)等等,相當於我們的電腦了,但還要外接其它硬體。
這里你需要知道的概念是:
晶元的引腳跟寄存器是相對應的,寄存器是8位的內存單元(對,存在於內存上面),當你往這個內存單元裡面寫入數據時,晶元的引腳的電壓會發生變化,比如說我寫入的是01100001,則晶元上與之對應的8個引腳的電壓狀態(分為高電平與低電平兩種)會輸出:低高高低低低低高。
cpu可以執行代碼指令,指令可以操作內存。
結論:所以從上面兩點可以我們可以知道,cpu可以執行指令,使晶元的引腳電平(電壓)發生變化。
關於這款顯示器,我們需要知道的是:
它是有引腳的,這些引腳可以跟到前面介紹的那款單片機晶元的引腳相連。
該顯示器有自帶的內存,用於存儲要顯示的字元,顯示器從該內存裡面讀取字元來來顯示。
單片機晶元與該顯示器相連後,可以通過引腳往該顯示器的內存里寫數據(通過多個引腳電平的高低不同來代表不同的數據,比如說:低高高低低低低高 代表01100001,這個數據寫在顯示器的.內存裡面,被顯示器所顯示,當然,會根據ASCII來顯示數字對應的字元,01100001對應的字元是『a』),除了接收數據的引腳外,還有控制顯示器的引腳(這個我們會在驅動那裡介紹,繼續往下看)。
結論:單片機晶元與顯示器相連,可以通過引腳輸出的電平來控制顯示器的字元顯示。
那麼,綜合上面,也就是說,單片機晶元cpu可以通過執行指令來控制顯示器的字元顯示。
而這里,題主所說的硬體,指的就是這個顯示器了。
接下來講驅動:
那麼,什麼是驅動呢?驅動無非就是硬體跟軟體的中間層,但我們不糾結這種關系,直接來看一下,對於我們這個例子,驅動指的是什麼。首先我們要知道:
顯示器支持很多種操作,比如說清除顯示,游標移動,讀取數據,寫數據等等。
這些操作數據引腳和控制引腳來實現。
引腳可以通過單片機晶元來控制。
結論:我們可以通過在單片機晶元裡面寫顯示器的「驅動」程序來屏蔽掉硬體(顯示器硬體)層。
於是這里驅動程序,指的是顯示器所支持操作的程序表示。比如說清除顯示,我們可以編寫一個clear()函數,游標移動,我們編寫一個move_cursor()函數,讀取數據和寫數據分別為read()和write(),然後分別實現就可以了(通過向寄存器里寫數據的形式,進而控制引腳的電平變化,再而控制顯示器,這個過程前面已有介紹)。這些函數就是驅動程序了。為什麼上面說驅動程序可以屏蔽掉硬體呢?因為程序員可以使用前面的驅動程序來直接操作顯示器(硬體),而不用知道太多關於硬體的事情,而一般的驅動程序也可以由廠家來提供。
再說明一點:一般這些驅動程序可以用匯編寫(出於運行效率的考慮),也可以用C語言來編寫的,比如說我上面的例子,就可以直接用C語言來編寫。當然C語言內聯匯編的形式也可以。
最後講C語言怎麼操作硬體:
相信到這里,C語言是怎麼操作硬體的已經比較明白了。
這里總結一下:
C語言由CPU運行(實際上是先編譯成機器碼存在晶元裡面然後執行),可以去操作內存。
內存里有一段是跟寄存器相對應的,而寄存器是跟晶元的引腳相對應的,於是操作該段內存就能控制晶元引腳的電壓變化。
硬體(比如說顯示器)有引腳(或者說排線,這些也是一樣的東西),這些引腳跟晶元的引腳相連可以接受晶元的控制。
可以把對某個硬體的操作做成一系列操作函數,這些操作函數就是驅動程序了。
於是我們的C語言只要去調用這個驅動程序就可以直接操作硬體了。(當然驅動程序也可以由C語言來編寫,所以C語言操作硬體並不一定要經過驅動程序)。
⑵ C語言能直接操作硬體的哪一部分
C語言對硬體(如顯示器,列印機,硬碟,鍵盤等)的操作主要是通過系統調用或者中斷來進行的.操作系統維護一張中斷表.主要的系統功能調用是int13.有專門的C語言函數來進行功能調用.
你剛開始學C語言,那麼你先把基礎的C語言學會了,再進行C語言高級程序設計吧.在那裡你會學會很多計算機底層操作的東西,比如顯示器彩色圖形的輸出,C語言動畫,甚至對內存也可以操作,這是其他語言沒有的特色.但你必須把基礎的C好好掌握才可以的,尤其是C的精華-----指針.
⑶ 怎麼用C語言編程來控制硬體如何寫啊
計算機中應用層軟體是不需要直接來控制硬體的,硬體的控制項一般都是交給硬體驅動程序來直接控制項,應用層通過調用硬體驅動來間接的控制硬體,到單片機編程中,由於沒有操作系統,所有的才要直接控制硬體,看看C51單片機編程,都是跟硬體打交道的
⑷ C語言是怎麼操控硬體的
操作系統在 BIOS(基本輸入輸出系統,一般是電腦主板上的一塊 ROM 晶元)程序中提供了對電腦中各種硬體設備,如顯示卡、軟盤、硬碟、串、並口、內存等的底層控製程序,C 語言中如果要直接操作硬體一般通過直接調用這些 BIOS 程序來實現,很少有人繞過BIOS程序直接操控硬體,當然那樣做也是可以的,只不過你必須是硬體的高高手,知道如何具體去控制它。
⑸ c語言可以直接對硬體操作嗎
害,這個問題怎麼說呢,操作系統才是直接對硬體進行操作的,如果操作系統使用C語言編寫,那麼宏觀上看上去就變成了C語言對硬體進行了操作,但用戶編程的c語言程序是不可以直接對硬體進行操作的,必須調用操作系統提供的服務才可以對硬體進行操作,比如printf函數.
⑹ 計算機語言(例如C語言)是如何控制硬體的
硬體主要是兩種指令開關(0,1),然後由很多01組成一條指令,比如cd,然後再往上變成人能夠理解的自然語言。
所以當你說你好的時候,其實計算機得到的還是無數的0101.於是這樣硬體就能明白你的意圖了
不知道這樣解釋你能否名表。
這里關鍵還是得有電……
⑺ C語言是如何控制硬體的
1.指針變數p分配在棧上,而字元串"abcdefg"分配在文字常量區。
2.是的。指針也是編譯器生成的數據類型,是個長整型。
3.內存地址分為5塊,堆區,棧區,全局(靜態)數據區(分為未初始化和初始化區),
文字常量區,代碼區。存儲在不同區域的數據釋放時間不同,存儲在堆區的數據必須由程序員負責釋放,用free或者是delete。而棧區的由系統自動釋放。全局和靜態的生存期就是整個程序運行期。
4.首先,概念性錯誤,編譯器並不執行程序,執行程序的是你的系統。編譯器只是實現了高級語言向機器語言的轉化而已。至於計算機的工作原理,這個概念也太泛了,有硬體層也有軟體層。硬體層基本也就是80x86的匯編和內存管理,軟體層也就是操作系統了,請問你想知道什麼?
5.a是數組名,最重要的是a是一個指針常量,你該了解了吧,常量是不能參與指針運算的,所以a++是錯的。關於calloc和malloc,釋放內存方面沒什麼區別(這個是個人觀點)。
關於指針變數沒有初始化的問題。其實指針本身也是個長整行的變數,他存放的地址完全可以理解為4*8的整數,那麼他的分配方式也跟普通的變數一樣了。如果你是全局指針,那麼編譯器會把它自動初始化為00000000(十六進制),如果是局部指針,那麼這個量就是未知的了,根據函數堆棧有不同的結果。null也就是內存被寫成了00000000(十六進制).這個空不是說不存在,而是內存被寫成了4*8=32位的全0.