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摘要：當輸入的時候，設備先將輸入的信息放到控制器中的數據寄存器中，等到攢到一定數量或者輸入完成后，一次性將數據拿走，提高了的運行效率。設別狀態識別控制器會識別設備的工作狀態，將工作狀態保存到狀態寄存器中，供查用。
IO就是Input和Output的簡稱，也就是輸入輸出。主要包括磁盤IO、網絡IO、鍵盤輸入，顯示器輸出、USB等操作。
輸入是從IO設備輸入到內存中，輸出是從內存中輸出到IO設備中。
CPU不會直接控制IO設備，而是通過IO控制器間接的控制IO設備。因為市面上有各種各樣的IO設備，操作方式都不太一樣，CPU無法直接控制IO設備。所以引入了IO控制器，也叫做設備控制器來間接控制IO設備。
IO控制器作為CPU和IO設備的中介，通過地址總線、控制總線與CPU相連。有以下作用：
1、數據緩沖
CPU和內存等速度都非常快，IO設備的速度比較慢，所以IO控制器設立緩沖區。
當輸出的時候，CPU將數據放到IO控制器中的數據寄存器中，然后就可以去忙其他工作了，IO設備可以慢慢的從IO控制器中的數據寄存器中拿數據然后輸出。
當輸入的時候，IO設備先將輸入的信息放到IO控制器中的數據寄存器中，等到攢到一定數量或者輸入完成后，CPU一次性將數據拿走，提高了CPU的運行效率。
2、IO設別狀態識別
IO控制器會識別IO設備的工作狀態，將工作狀態保存到狀態寄存器中，供CPU查用。
3、控制IO設備
控制IO設備的讀取和寫入，定時等控制信號。
IO主要分為以下4類：程序查詢方式、中斷方式、DMA、通道，這四類效率依次是變高的。
我們接下來挨個仔細分析一下。
1、程序查詢方式
讀取數據時，CPU從設備控制器的狀態寄存器中查詢設備是否可用，如果不可用就一直輪詢查詢，直到可用為止。如果可用就發送讀取信號，然后輪詢查詢數據是否準備號，如果準備好就從數據寄存器中讀取數據到CPU中，然后將數據從CPU轉移到內存中。
寫數據時，CPU也是輪詢查看設備是否可用，如果可用就將數據從CPU寫入到數據寄存器中。
缺點： 程序查詢方式，CPU需要不斷的查詢，白白浪費了CPU資源，CPU利用率低。
2、中斷驅動
中斷驅動是對程序查詢的改進，中斷的意思就是CPU是可以被打斷的，硬件可以向CPU發送中斷命令，然后CPU會執行對應的中斷程序。
當CPU請求IO時，就直接發送IO讀取的相關命令。如果當前設備正被占用，就排隊，然后IO設備器會對依次對隊列中的進行處理，處理完成后就發出中斷命令，打斷CPU原本的操作，轉而去執行中斷程序，比如將數據從數據寄存器轉到CPU，然后從CPU轉到內存中。
優點： 在IO的時候，CPU可以處理其他線程的工作，CPU的利用效率提高了
缺點： 在IO完成后，還是需要CPU將數據轉移到內存中，還是會占用一定的CPU。
3、DMA
DMA全稱為Direct Memory Access，也叫做直接存儲器訪問。DMA可以直接與內存相連，也就是說IO設備可以直接與內存交換數據，不要CPU的中轉了。
相較于中斷驅動，DMA有了以下改進：
1、以塊為單位進行傳送
2、內存和IO設備可以直接傳遞，不需要CPU的中轉。
3、CPU只需要在開始的時候發出CPU指令，在結束的時候DMA會發出中斷，CPU執行相關的中斷程序就行了。
優點： CPU只需要在開始的時候，指定從內存和IO設備中的哪些位置進行讀寫，進一步增加了CPU的利用率。
缺點： DMA可以一次性讀取多個塊，但是在內存和IO設備中必須是連續的。
如果牽扯到讀寫離散的塊，CPU必須發出多個IO指令。
4、通道
通道是一種硬件，自己就可以執行IO命令，相當于一個削弱版的小CPU，執行的指令單一。
通道可以執行IO指令，CPU只需要將相關的IO指令發送給通道控制器就可以了，通道會執行IO指令，完成對應的傳輸。
相較于DMA，DMA實現固定的數據傳送，而通道擁有著自己的指令和程序，具有更強的IO處理能力。
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