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1. 程序直接控制方式

• 完成一次读写过程：CPU发出IO命令后需要不断轮询
• CPU干预频率：极高
• 每次IO的数据传输单位：字
• 数据流向
  • 设备 --> CPU --> 内存
  • 内存 --> CPU --> 设备
• 优点：实现简单
• 缺点：CPU和IO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占用率低

2. 中断驱动方式

• 完成一次读写过程：CPU发出IO命令后可以做其他事，本次IO完成后设备控制器发出中断信号
• CPU干预频率：高；每次IO操作开始之前、完成之后需要CPU介入
• 每次IO的数据传输单位：字
• 数据流向
  • 设备 --> CPU --> 内存
  • 内存 --> CPU --> 设备
• 优点：CPU和IO设备可以并行工作，CPU利用率得到明显提升
• 缺点：每个字在IO设备与内存之间传输，都需要经过CPU；频繁的中断处理会消耗较多的CPU时间

注意：

• CPU会在每个指令周期的末尾检测中断
• 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的开销的。如果中断发生的频率太高，也会降低系统性能。

3. DMA方式

• 完成一次读写过程：CPU发出IO命令后可以做其他事，本次IO完成后DMA控制器发出中断信号
• CPU干预频率：中；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
• 每次IO的数据传输单位：块；每次读写只能时连续的块，且这些块读入内存后在内存中页必须是连续的
• 数据流向
  • 设备 --> 内存
  • 内存 --> 设备
• 优点：数据的传输不再需要先经过CPU再写入内存，效率进一步提升
• 缺点：CPU每发出一条IO指令，只能读写一个或多个连续的数据块；若需要读写多个离散的数据块，需要多次处理

• 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，MBR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IO命令，或设备的状态信息

4. 通道控制方式

• 完成一次读写过程：CPU发出IO命令后可以做其他事；通道会执行通道程序以完成IO，完成后通道向CPU发出中断信号
• CPU干预频率：低
• 每次IO的数据传输单位：一组块
• 数据流向
  • 设备 --> 内存
  • 内存 --> 设备
• 优点：CPU、通道、IO设备可并行工作，资源利用率很高
• 缺点：实现复杂，需要专门的通道硬件支持