I/O 设备分类
- 按使用特性：人机交互类外部设备、存储设备、网络通信设备
- 按传输速率：低速设备、中速设备、高速设备
- 按信息交换的单位：块设备、字符设备
I/O 控制方式
- 程序直接控制方式：CPU 忙等待轮询
- 中断驱动方式：每传完一个单位数据发出中断
- DMA 方式（Direct Memory Access, 直接内存存取）：基本单位是数据块，直接在设备与内存间传送；需要命令/状态寄存器（CR）、内存地址寄存器（MAR）、数据寄存器（DR）、数据计数器（DC）
- 通道控制方式：通道是独立于 CPU 的专管 I/O 控制的处理机，可实现 CPU 与 I/O 高度并行
I/O 子系统的层次结构
自上而下：
- 用户层 I/O 软件
- 设备独立性软件
- 设备驱动程序（计算数据所在磁盘的柱面号、磁头号、扇区号）
- 中断处理程序
- 硬件设备
设备控制器主要功能：接收和识别 CPU 或通道发来的命令、实现数据交换、发现和记录设备及自身的状态信息、设备地址识别。
高速缓存与缓冲区
- 磁盘高速缓存（Disk Cache）
- 缓冲区（Buffer）：单缓冲、双缓冲、循环缓冲、缓冲池
- 缓冲区作用：缓和 CPU 与 I/O 设备速度不匹配的矛盾、减少中断频率、解决数据粒度不匹配、提高 CPU 与 I/O 设备的并行性
设备分配与回收
- 设备分配方式：独占式使用设备、分时式共享使用设备、以 SPOOLing 方式使用外部设备
- 设备分配的数据结构：设备控制表 DCT、控制器控制表 COCT、通道控制表 CHCT、系统设备表 SDT
- 设备分配的策略：静态分配、动态分配；设备分配的安全性分为安全分配方式和不安全分配方式
- 逻辑设备名到物理设备名的映射：逻辑设备表（LUT），程序员利用系统调用打开 I/O 设备时通常使用逻辑设备名
SPOOLing 技术（假脱机技术）
用软件方式模拟脱机技术，组成：
- 输入井和输出井
- 输入缓冲区与输出缓冲区
- 输入进程和输出进程
可将独占设备改造为共享设备（如打印机），实现虚拟设备功能。