计算机架构：由于 IRQ 范围较窄，USB 键盘是否响应较慢？

Question

这是我刚刚想到的一个声明。谁能告诉我这是否是真的，为什么是真的？

声明： 由于 USB 键盘依赖于只能访问较低 IRQ 级别的 USB 通用驱动程序和体系结构，因此它不能像另一个（例如 PS2）控制器那样让键盘访问 IRQ 的优先级高。

这（如果是真的）是否意味着 USB 键盘的优先级（在可用性方面而不是速度方面）低于插入其他端口类型（如 PS2）的键盘？

以映射到中等优先级 IRQ 的 USB 键盘为例，在卡在另一个中等优先级中断例程的故障系统上。由于其相对平等的优先级，键盘事件将被忽略，您将无法发送 Ctrl-Alt-del 或任何其他紧急击键。如果键盘具有更高的优先级，则系统可以进入击键中断例程。

或者 USB 控制器是否有足够的 IRQ 范围（无论是否连续优先）来为您的键盘提供所需的优先级（基本上就在电源故障以下）？

那么通过网络连接映射到远程桌面会话的虚拟键盘呢？

编辑：我的问题与速度无关（请参阅评论）：主要问题是：PS2 键盘是否有更多机会与卡在某个中断优先级高于 USB 且低于键盘的 CPU 通话？

Answer 1

这不是关于 IRQ 范围，而是关于三个主要因素：

1. 公交车拥挤程度
2. 数据量
3. 数据路径长度

过去，键盘和鼠标会有一个专用的 IRQ（键盘为 IRQ1，PS/2 鼠标为 IRQ12）。

这意味着当按下一个键时，它几乎与 CPU 直接相连（通过 PIC；但仍然只有一个跳跃距离）。这允许在硬件中非常快速地处理键盘事件，特别是因为它具有 IRQ1。（当然，这完全是关于正常的键盘使用，忽略了从键盘控制器直接到 CPU 的复位线。）

另一方面，USB 设备都共享相同的总线和 USB 控制器的 IRQ（通常是与其他设备（如 NIC、视频卡等）共享的 IRQ 控制之一）。因此，对于 USB 键盘，事件从键盘控制器通过 USB 总线进入 USB 主机控制器，从那里到辅助 PIC，然后到主 PIC，然后到操作系统或 BIOS 中的驱动程序，然后到 CPU 上。此外，在通过 USB 传输的数据中添加了错误检查数据。

换句话说，与 AT 或 PS/2 键盘相比，USB 键盘的功能更多。数据路径更长，数据更多，甚至可能要经过软件。即使 USB 带宽足够大，在同一端口上放置其他设备也会导致冲突和延迟（您可以添加集线器，但其上的所有端口仍然是控制器上的同一端口）。所以还有很多等待。

此外，拥有自己的（IRQ意味着旧键盘可以在需要时中断CPU的处理。使用USB，键盘没有这种机制，只能发送一些数据并等待/希望USB控制器中断CPU在某一点。

虚拟键盘更糟糕，因为它们肯定通过软件，当然无法与硬件产品线竞争。

以下是 AT 或 PS/2 键盘与 USB 键盘之间差异的简单可视化：

Answer 2

简答

对于用户级代码，两种键盘的性能绝对相同。可能有微小差异（纳米至微米秒现代PC上），如果你写的设备驱动程序。如果系统挂起，两个键盘都不能解决问题。进行硬重启。

长答案 TL; DR;

什么是中断？

当硬件（或操作系统内部软件的一些关键部分，如内核）需要处理器服务时，它会触发消息或中断，请求处理器推迟它正在执行的任何操作，并处理此请求。

这个怎么运作？

当硬件产生中断（例如按键）时，该请求进入中断控制器。然后控制器立即在其机器代码的单行上中断 CPU（CPU 仍然执行最后一行）。一旦处理器准备好服务这个请求，它就向中断控制器请求一个中断请求（IRQ）和一个处理程序。中断控制器有一个内部数据结构——中断调度表，它包含一个指向一个例程的指针，该例程应该由 CPU 为特定的 IRQ 执行。

所有不同的中断都对应于明确定义的有限中断请求级别(IRQL)。例如，在 x86 系统上有 32 个 IRQL，而在 x64 和 IA64 上实际上更少 - 16 个 IRQL。显然，硬件设备和软件服务比 IRQL 多，这意味着所有系统对象都将共享 IRQL。

x64 的 IRQL 表

    IRQL | 描述
-----------------------------------------
    15 | 高/高
    14 | 处理器间中断/电源
    13 | 时钟
    12 | 同步
    11 | 设备N
    .. | ...
     3 | 设备 1
     2 | 调度/DPC
     1 | APC
     0 | 被动/低

更高的 IRQL（更大的数字）具有更高的优先级。系统的所有组件都试图将处理器的当前 IRQL 保持在尽可能低的级别 - 0。如果发生更高级别的中断，则处理器的当前 IRQL 级别会升高，并且较低级别的中断将不会被处理，直到所有更高级别的中断都得到解决。如果 IRQ 调度程序能够将多个相同级别的 IRQ 排队以供处理器执行，则可以批量处理 IRQ。

重点是什么？

这一切都经过精心设计，可以将最终用户与硬件的复杂性分开，并构建一个可以与多种类型的硬件/软件一起使用的通用架构。

1. 用户级代码（即非内核级）仅在处理器处于被动/低 (0) IRQL 时执行。重点是，您只能在处理完所有 IRQL 后才能处理应用程序中的按键事件。因此，对于键盘来说，分配给硬件中断的 IRQL 并不重要。

2. IRQL 只是操作系统抽象，并不是一成不变的。对应的 IRQ 和 IRQL 存储在 Windows 注册表中（例如），任何热心的用户都可以手动更改它们。

结论

引自问题

因为 USB 键盘依赖于只能访问少数 IRQ 通道的 USB 通用驱动程序和体系结构，所以它不能像另一个（比如 PS2）控制器那样让键盘访问 IRQ 的优先级高。

也许作者的意思是更低的 IRQL而不是更少的 IRQ 通道。无论如何，这并不重要，因为用户在任何现代 PC 上都看不到它。可能的差异是的纳米至微米秒水平，他们只在内核级别发生。在这两种情况下，用户级代码都被操作系统内核阻止。

这（如果是真的）是否意味着 USB 键盘的响应速度会低于插入其他端口类型的键盘？

这是不正确的，因为操作系统的设计方式。如果操作系统忙于某事并且“缓慢”，则两个键盘的行为将相同。

以映射到中等优先级 IRQ 的 USB 键盘为例，在卡在另一个中等优先级中断例程的故障系统上

在这种情况下系统会出现 BSOD，IRQ 处理例程必须设计成一定的标准（例如它们必须是快速的、同步的、非阻塞的等等）。任何偏离这一点，内核都会蓝屏死机。

由于其相对平等的优先级，键盘事件将被忽略，您将无法发送 Ctrl-Alt-del 或任何其他紧急击键。

如果系统挂起，有很多事情可能会出错，但很可能会在驱动程序级别处理击键 IRQL。问题是，它不会传递给订阅此类通知的应用程序，因为操作系统正忙于做其他事情。