1，I/O系统的组成I／O设备及其接口线路、控制部件、通道和管理软件称为I／O系统。鼠标、键盘、显示器、音频设备、扫描仪、外存设备、数码相机、摄像头…在计算机系统中用于与人通信或与其他计算机通信的所有设备以及所有外存设备称为外部设备或输入／输出设备它必须使这些设备能够运转起来，包括给它们发送控制命令、捕获中断、错误处理等；它必须在这些设备与系统的其他部分之间，提供一个简单、易用的接口，并尽可能地使这个接口适用于所有的设备（设备无关性，device independence）。机械部分即为I/O设备本身；电子部分称为：设备控制器（device controller）或适配器（adapter）。按信息交换的单位分类可将I/O设备分成两类。第一类是块设备(Block Device)，这类设备用于存储信息。 第二类是字符设备(Character Device)，用于数据的输入和输出。按设备的共享属性分类这种分类方式可将I/O设备分为如下三类：(1)独占设备。(2)共享设备。(3)虚拟设备。设备控制器主要职责是控制一个或多个I/O设备，以实现I/O设备和计算机之间的数据交换。1) 接收和识别命令2) 数据交换3) 标识和报告设备的状态4) 地址识别5) 数据缓冲6) 差错控制I/O独立编址:给控制器中的每一个寄存器分配一个唯一的I/O端口（I/O port）编号，称为I/O端口地址，然后用专门的I/O指令对端口进行操作；这些端口地址所构成的地址空间是完全独立的，与内存的地址空间没有关系。内存映像编址:把所有控制器当中的每一个寄存器都映射为一个内存单元，专门用于I/O操作（功能上），对这些单元的读写操作即为普通的内存访问操作。端口地址空间与内存的地址空间统一编址，前者是后者的一部分，一般位于后者的顶端部分。混合编址:对于设备控制器中的寄存器，采用独立编址的方法；而对于设备的数据缓冲区，采用内存映像编址的方法。
2，I/O控制方式程序循环检测方式(Programmed I/O)：在程序（设备驱动程序）中通过不断地检测I/O设备的当前状态，来控制I/O操作的完成。具体来说，在进行I/O操作之前，要循环地检测设备是否就绪；在I/O操作进行之中，要循环地检测设备是否已完成；在I/O操作完成之后，还要把输入的数据保存到内存（输入操作）。从硬件来说，控制I/O的所有工作均由CPU来完成。也称为繁忙等待方式（busy waiting）或轮询方式（polling）。缺点：在进行I/O操作时，一直占用CPU时间。中断驱动方式(Interrupt-driven I/O)：循环检测的控制方法占用了太多的CPU时间，可能会造成CPU时间的浪费。例如：假设打印机的打印速度为100字符/秒，在循环检测方式下，当一个字符被写入到打印机的数据寄存器中后，CPU需要等待10毫秒才能写入下一个字符。直接内存访问方式(DMA, Direct Memory Access)：首先在硬件上要有一个DMA控制器。该控制器可集成在设备控制器中，也可集成在主板上。DMA控制器包含了一些寄存器，可被CPU来读或写。包括：一个内存地址寄存器、一个字节计数器，以及一个或多个控制寄存器（指明了I/O设备的端口地址、数据传送方向、传送单位，以及每一次传送的字节数）。通道控制方式：I/O通道方式是DMA方式的发展，它可进一步减少CPU的干预，即把对一个数据块的读(或写)为单位的干预，减少为对一组数据块的读(或写)及有关的控制和管理为单位的干预。 同时，又可实现CPU、通道和I/O设备三者的并行操作，从而更有效地提高整个系统的资源利用率。
3，缓冲管理缓冲的引入(1)缓和CPU与I/O设备间速度不匹配的矛盾。(2)减少对CPU的中断频率， 放宽对CPU中断响应时间的限制。(3)提高CPU和I/O设备之间的并行性。 如图循环缓冲：（1）多个缓冲区：用于装输入数据的空缓冲区R；已装满的缓冲区G；计算进程正在使用的现行工作缓冲区C。（2）多个指针：指示计算进程下一个可用的缓冲区G的指针Nextg；指示计算进程下次可用的空缓冲区R的指针Nexti；指示计算进程正在使用的缓冲区C的指针Current。 如图缓冲池(Buffer Pool)：空(闲)缓冲区：空缓冲队列emq装满输入数据的缓冲区：输入队列inq装满输出数据的缓冲区：输出队列outq
4，设备分配设备的固有属性(1) 独享设备。(2) 共享设备。(3) 虚拟设备。设备分配算法(1) 先来先服务。(2) 优先级高者优先。设备分配中的安全性(1) 安全分配方式(2) 不安全分配方式 基本的设备分配程序：（1）分配设备；（2）分配控制器；（3）分配通道。设备分配程序的改进：（1）增加设备的独立性；（2）考虑多通路情况。
5，I/O软件的层次结构
6，设备独立性设备独立性，也称为设备无关性。 其基本含义是： 应用程序独立于具体使用的物理设备。为了实现设备独立性而引入了逻辑设备和物理设备这两个概念。在应用程序中， 使用逻辑设备名称来请求使用某类设备；而系统在实际执行时， 还必须使用物理设备名称。因此，系统须具有将逻辑设备名称转换为某物理设备名称的功能。在实现了设备独立性的功能后， 可带来以下两方面的好处。1) 设备分配时的灵活性2) 易于实现I/O重定向设备驱动程序的特点：(1) 驱动程序主要是指在请求I/O的进程与设备控制器之间的一个通信和转换程序。(2) 驱动程序与设备控制器和I/O设备的硬件特性紧密相关， 因而对不同类型的设备应配置不同的驱动程序。(3) 驱动程序与I/O设备所采用的I/O控制方式紧密相关。(4) 由于驱动程序与硬件紧密相关，因而其中的一部分必须用汇编语言书写。
7，假脱机技术在多道程序技术中可以利用其中的一道程序，来模拟脱机输入时的外围控制机功能，把低速I/O设备上的数据传送到高速磁盘上；再用另一道程序来模拟脱机输出时外围控制机的功能，把数据从磁盘传送到低速输出设备上。此时的外围操作与CPU对数据的处理同时进行，我们把这种在联机情况下实现的同时外围操作称为SPOOLing(Simultaneaus Periphernal Operating On-Line)，或称为假脱机操作。共享打印机技术已被广泛地用于多用户系统和局域网络中。 当用户进程请求打印输出时， SPOOLing系统同意为它打印输出， 但并不真正立即把打印机分配给该用户进程， 而只为它做两件事： ① 由输出进程在输出井中为之申请一个空闲磁盘块区， 并将要打印的数据送入其中； ② 输出进程再为用户进程申请一张空白的用户请求打印表，并将用户的打印要求填入其中， 再将该表挂到请求打印队列上。特点：(1) 提高了I/O的速度。 (2) 将独占设备改造为共享设备。(3) 实现了虚拟设备功能。