什么是I/O设备
“I/o”就是“输入/输出”(Input/Output)
I/o设备就是可以将数据输入到计算机，或者可以接收计算机输出数据的外部设备，属于计算机中的硬件部件。
I/O设备的分类
I/O控制器
CPU无法直接控制/o设备的机械部件，因此I/o设备还要有一个电子部件作为CPU和/o设备机械部件之间的“中介”，用于实现CPU对设备的控制。
这个电子部件就是l/o控制器，又称设备控制器。CPU可控制I/O控制器，又由/o控制器来控制设备的机械部件。
IO控制器的组成
CPU若是要读数据, 将命令发送给I/O逻辑, I/O逻辑识别命令后发送命令给对应的设备接口, 设备接口立即将状态和控制信号返回给I/O逻辑, I/O逻辑再将此时这个I/O设备的状态寄和控制信号存到对应的寄存器, 设备读取好数据后将数据先发送给I/O逻辑, I/O逻辑再将数据发送到数据寄存器, CPU再向数据寄存器中读取数据
CPU若是要写数据先发送对应命令给I/O逻辑, 检查完对应设备的状态信号和控制信号后, 再将数据写入到数据寄存器, I/O逻辑在数据寄存器中读到数据发送给对应的I/O设备
值得注意的小细节:①一个I/o控制器可能会对应多个设备;
②数据寄存器、控制寄存器、状态寄存器可能有多个(如:每个控制/状态寄存器对应一个具体的设备），且这些寄存器都要有相应的地址，才能方便CPU操作。有的计算机会让这些寄存器占用内存地址的一部分，称为内存映像/o;另一些计算机则采用I/o专用地址，即寄存器独立编址。
内存映像l/o v.s.寄存器独立编址
I/O控制方式
程序直接控制方式
1.完成一次读/写操作的流程
2.CPU干预的频率
很频繁，l/o操作开始之前、完成之后需要cPU介入，并且在等待I/O完成的过程中cPU需要不断地轮询检查。
3.数据传送的单位
每次读/写一个字
4.数据的流向
读操作（数据输入） : I/o设备→CPU→>内存写操作（数据输出）:内存→CPU→>I/o设备每个字的读/写都需要CPu的帮助
5.主要缺点和主要优点
优点:实现简单。在读/写指令之后，加上实现循环检查的一系列指令即可(因此才称为“程序直接控制方式”)
缺点:CPU和I/o设备只能串行工作，CPU需要一直轮询检查长期处于“忙等”状态，CPU利用率低。
中断驱动方式
引入中断机制。由于I/o设备速度很慢，因此在CPU发出读/写命令后，可将等待I/o的进程阻塞，先切换到别的进程执行。当I/O完成后，控制器会向CPU发出一个中断信号，CPU检测到中断信号后，会保存当前进程的运行环境信息，转去执行中断处理程序处理该中断。处理中断的过程中，CPU从I/o控制器读一个字的数据传送到CPU寄存器，再写入主存。接着，CPU恢复等待I/o的进程（或其他进程）的运行环境，然后继续执行。
注意:
①cPu会在每个指令周期的末尾检查中断;
②中断处理过程中需要保存、恢复进程的运行环境，这个过程是需要一定时间开销的。可见，如果中断发生的频率太高，也会降低系统性能。
1.完成一次读/写操作的流程
2.CPU干预的频率
每次l/o操作开始之前、完成之后需要CPU介入。
等待l/o完成的过程中CPU可以切换到别的进程执行。
3.数据传送的单位
每次读/写一个字
4.数据的流向
读操作（数据输入) : I/o设备→CPu今内存写操作（数据输出）:内存→CPU→>I/o设备
5.主要缺点和主要优点
优点:与“程序直接控制方式”相比，在“中断驱动方式”中，I/o控制器会通过中断信号主动报告I/o已完成，CPU不再需要不停地轮询。CPU和I/o设备可并行工作，CPU利用率得到明显提升。
缺点:每个字在/o设备与内存之间的传输，都需要经过cPU。而频繁的中断处理会消耗较多的CPU时间。
DMA方式
与“中断驱动方式”相比，DMA方式( Direct Memory Access，直接存储器存取。主要用于块设备的1/o控制）有这样几个改进:
①数据的传送单位是“块”。不再是一个字、一个字的传送;
②数据的流向是从设备直接放入内存，或者从内存直接到设备。不再需要CPU作为“快递小哥”
③仅在传送一个或多个数据块的开始和结束时，才需要CPU干预。
DR (Data Register，数据寄存器）:暂存从设备到内存，或从内存到设备的数据。
MAR (Memory Address Register，内存地址寄存器)﹔在输入时，MAR表示数据应放到内存中的什么位置;输出时MAR表示要输出的数据放在内存中的什么位置。
DC (Data Counter，数据计数器）:表示剩余要读/写的字节数。
CR (Command Register，命令/状态寄存器)∶用于存放CPu发来的I/O命令，或设备的状态信息。
1.完成一次读/写操作的流程
2.CPU干预的频率
仅在传送一个或多个数据块的开始和结束时，才需要CPU干预。
3.数据传送的单位
每次读/写一个或多个块**（注意:每次读写的只能是连续的多个块，
且这些块读入内存后在内存中也必须是连续的)**
4.数据的流向(不再需要经过cPu)
读操作（数据输入): I/o设备→内存
写操作（数据输出):内存→I/o设备
5.主要缺点和主要优点
优点:数据传输以“块”为单位，CPU介入频率进一步降低。数据的传输不再需要先经过CPU再写入内存，数据传输效率进一步增加。CPU和I/o设备的并行性得到提升。
缺点:CPu每发出一条l/o指令，只能读/写一个或多个连续的数据块。
如果要读/写多个离散存储的数据块，或者要将数据分别写到不同的内存区域时，CPU要分别发出多条I/o指令，进行多次中断处理才能完成。
通道控制方式
通道:一种硬件，可以理解为是**“弱鸡版的CPU”**。通道可以识别并执行一系列通道指令
1.完成一次读/写操作的流程
2.CPU干预的频率
极低，通道会根据CPu的指示执行相应的通道程序，只有完成一组数据块的读/写后才需要发出中断信号，请求CPU干预。
3.数据传送的单位
每次读/写一组数据块
4.数据的流向（在通道的控制下进行）
读操作（数据输入）: I/o设备→内存
写操作（数据输出):内存→>I/o设备
5.主要缺点和主要优点
缺点:实现复杂，需要专门的通道硬件支持
优点:CPU、通道、l/o设备可并行工作，资源利用率很高。
总结
