一、设备管理概述
1、I/O设备及其分类
I/O设备：输入输出设备、外围设备、外部设备、外设，用于计算机系统与外界（用户、其他计算机或设备）的信息交换或存储。
I/O操作：内存和外设间的信息传送操作
2、设备管理的目标
*解决设备和CPU速度不匹配的问题，使主机和设备充分并行工作，提高设备使用效率。
*屏蔽设备的物理细节和操作过程，配置驱动程序，提供统一界面。抽象
3、设备管理的基本功能
*设备的中断处理
*I/O缓冲区的管理
*设备的分配与去配
*设备驱动调度
*虚拟设备的实现
4、设备管理的实现层次
分为硬件与软件两层次管理I/O设备
I/O硬件：I/O设备及其接口线路、I/O的控制部件，输入输出处理器通道。
I/O软件：操作系统级的I/O软件以及用户级的I/O软件。
二、I/O控制方式
1、设备控制器
*为了达到模块化和通用性的设计目标，通常把I/O中的机械部件与电子部件分开处理。
*其中，电子部件称为设备控制器，又称为设备适配器、I\O控制器、I/O控制接口、I/O模块、I/O接口。
*计算机系统直接与控制器交互，而非与设备交互，由控制器来操作具体的I/O设备完成输入输出
设备控制器的功能
*设备控制器是CPU与设备之间 的接口：
（1）接收和识别来源于CPU或通道发来的命令
（2）实现数据交换
（3）发现和记录设备及自身的状态信息，供CPU处理时使用
（4）当连接多台设备的时候还需要识别设备的地址
设备控制器组成示意
2、三种基本I/O控制方式
一、轮询方式
处理器向控制器发送I/O命令，轮询I/O结果，若未就绪则重复测试工程直至设备就绪执行内存数据交互。等待I/O操作完成后才能继续其他操作
注：1处理I/O请求会终止原程序的执行
2CPU需要等待I/O设备就绪
3CPU需要参与数据传送
4CPU和设备只能串行工作，效率低下。
二、中断方式
1.理器向控制器发出一个I/O命令，然后继续执行后续指令（如果该进程不需要等待I/O完成即支持异步I/O，后续指令可以继续执行，否在该进程在这个中断上挂起，处理器执行其他工作）
2.控制器检查设备状态，就绪后发起中断。
3.CPU响应中断，转向中断处理程序，中断处理程序执行数据读写操作。
4.恢复执行原先的程序
注：1.响应中断后会终止原程序的执行。
2.CPU不需要等待I/O设备就绪
3.CPU需要参与数据传送
4.CPU和设备部分兵行操作。效率有所提高
三、直接存储器访问（DMA）方式
DMA模块是一个模仿处理器来控制主存和设备控制器直接的数据交换的模块
流程：
1.处理器向DMA模块发出I/O命令
2.处理器继续执行其他工作。DMA模块负责传送全部数据。
3.数据传送结束后，DMA中断处理器
注：1.CPU不会终止原程序的执行
2.CPU旨在数据传送的开始和结束时参与，开始时对DMA模块进行初始化，结束时CPU响应中断，但不必保存现场（因为数据已经传输到主存）。
DMA方式中的周期窃取
因为DMA要实现内存的数据交换，所以DMA可能会与CPU同时通过总线访问内存，CPU会把总线的占有权让给DMA一个/几个主存周期。周期窃取对延迟CPU与主存的数据交换影响不大，数据传送过程是不连续和不规则的，CPU大部分情况下与CACHE进行数据交换，直接访问内存较少
如图所示，CPU只有在存结果这个周期用导总线，其他诸如取指令，译码，去操作数，执行指令的周期都不会用到总线。
I/O控制方法总结
3、I/O通道及其工作方式)
I/O通道又称为通道控制器，I/O处理器。可以完成逻辑上独立的I/O任务
设备控制器包含自身专用的处理器和通道程序：
I/O指令不在由处理器执行，而是存在主存中组织通道程序，由I/O通道所包含的处理器执行。
通道可控制多台同类或不同类的设备。
流程：
1.CPU遇到I/O任务，组织通道程序，置通道程序地址字CAW，启动指定通道。
2.通道从CAW获得通道程序，控制I/O设备进行操作。CPU执行其他任务
3.I/O操作完成后，I/O通道发出中断，CPU处理中断。并从通道程序状态字CSW获得通道执行情况，处理I/O操作。
