IO控制器
CPU無法直接控制IO設備的機械部件，因此IO設備還要有個電子部件作為CPU和IO設備機械部件之間的“中介”，用於實現CPU對設備的控制。
這個電子部件就是IO控制器，又稱為設備控制器。CPU可控制IO控制器，IO控制器來控制設備的機械部件。
IO控制器的功能
接收設備CPU指令：CPU的讀寫指令和參數存儲在控制寄存器中
向CPU報告設備的狀態：IO控制器中會有相應的狀態寄存器，用於記錄IO設備的當前狀態。（比如1代表設備忙碌，0代表設備就緒）
數據交換：數據寄存器，暫存CPU發來的數據和設備發來的數據，之后將數據發給控制寄存器或CPU。
地址識別：類似於內存的地址，為了區分設備控制器中的各個寄存器，需要給各個寄存器設置一個特定的地址。IO控制器通過CPU提供的地址來判斷CPU要讀寫的是哪個寄存器。
IO控制器的組成
CPU與控制器之間的接口（實現控制器與CPU之間的通信），IO邏輯（負責識別CPU發出的命令，並向設備發出命令），控制器與設備之間的接口（實現控制器與設備之間的通信）
兩種寄存器編址方式
**內存映射IO：**控制器中的寄存器與內存統一編制，可以采用對內存進行操作的指令來對控制器進行操作。
寄存器獨立編制：控制器中的寄存器獨立編制。需要設置專門的指令來操作控制器。
I/O控制方式
程序直接控制方式
CPU向IO模塊發出讀指令，CPU會從狀態寄存器中讀取IO設備的狀態，如果是忙碌狀態就繼續輪詢檢查狀態，如果是已就緒，就代表IO設備已經准備好，可以從中讀取數據到CPU寄存器中（IO->CPU）讀到CPU后，CPU還要往存儲器（內存）中寫入數據。寫完后，再執行下一套指令。
CPU干預的頻率：很頻繁，IO操作開始之前、完成之后需要CPU的介入，並且在等待IO完成的過程中CPU需要不斷的輪詢檢查。
數據流向
讀操作（數據的輸入）：IO設備->CPU->內存
寫操作（數據的輸出）：內存->CPU->IO設備
每個字的讀寫都需要CPU的幫助。
主要缺點和主要優點
優點：實現簡單。在讀寫指令之后，加上實現循環檢查的一些列指令即可。
缺點：CPU和IO設備只能串行化工作，CPU需要一直輪詢檢查，長期處於忙等狀態，CPU利用率很低。
中斷驅動方式
因為IO設備速度很快，CPU處理速度很快，因此在CPU發出讀寫命令后，可將等待IO的進程阻塞，先切換到別的進程執行。當IO完成后控制器會向CPU發出一個中斷信號，CPU檢測到中斷信號后，會保存當前進程的運行環境信息，轉去執行中斷處理程序。這樣就使得CPU與IO設備能夠並行工作。
優點：與程序直接控制方式相比，在中斷驅動方式中，IO控制器會通過中斷信號主動報告IO已完成，CPU不再需要不停的輪詢。CPU和IO設備可並行工作，CPU利用率得到明顯提升。
缺點：每個字在IO設備與內存之間的傳輸，都需要經過CPU。而頻繁的中斷處理會消耗很多的CPU時間。
DMA（直接存儲方式）
與中斷驅動方式相比，DMA方式有以下改進。
數據的傳送單位是“塊”。
數據的流向是從設備直接放入內存，或者是從內存直接到設備。不在使用CPU作中間者。
僅僅在傳送一個或多個數據塊的開始和結束時，才需要CPU的干預。
CPU在讀寫之前要指明要讀入多少數據、數據要存放在內存中的什么位置、數據放在外部磁盤的什么位置。
DMA控制器會根據CPU踢出的要求完成數據的讀寫操作，整塊數據的傳輸完成后，才像CPU發出中斷信號。
DR：暫存從設備到內存，或從內存到設備的數據。
MAR（內存地址寄存器）：再輸入時，MAR表示數據應放在內存中的什么地方，輸出時MAR表示要輸出的數據放在內存中的什么位置。
DC（數據計數器）：表示剩余要讀/寫的字節數
CR(命令/狀態寄存器)：用於存放CPU發來的IO命令，或設備的狀態信息。
CPU干預的頻率：僅在傳送一個或多個數據塊的開始和結束時，才需要CPU的干預。
數據傳送單位是以塊為單位，每次讀寫一個或多個塊（需要注意的是讀寫的只能是連續的塊，且這些塊讀入內存后在內存中也必須是連續的）
數據的流向也不再需要CPU干預。
優點：數據傳輸效率以塊為單位，CPU的介入性進一步降低。CPU和IO設備的並行性進一步提升。
缺點：CPU發出一條指令，只能讀或寫一個或多個連續的數據塊。如果讀或寫的數據塊不是連續存放的而是離散的，那么CPU要分別發出多條IO指令，進行多次中斷處理才能完成。
通道控制方式
通道是一種硬件，可以理解為“弱雞版的CPU”。通道只能執行一類通道指令。
因為通道與CPU相比的話，CPU能夠處理的指令的種類比通道多，也就是說通道執行的指令單一，他與CPU共用主機的內存。
具體處理過程：
CPU將操作步驟告訴通道，通道程序會把操作的指令列在一個類似於“任務清單上”。然后剩下的事CPU就不參與了，等到通道把指令執行完后，發出一個中斷，告訴CPU我處理完了，然后CPU在處理后續操作。
這時候的CPU就像一個每天忙碌的大老板，通道就是小組的組長之類的，老板很忙，把一些任務交給組長去做，做完后得匯報給老板。
使用這種方式CPU干涉的頻率極低，通道會根據CPU的指示執行響應的通道程序，只有完成一組數據塊的讀寫后才需要發出中斷信號讓CPU干預。
每次讀寫一組數據塊。
優點：CPU 通道、IO設備可並行工作，資源利用率極高。
缺點:實現復雜，需要專門的通道硬件支持。