IO设备是除CPU和存储器之外的另一大需要操作系统管理的资源，它和操作系统有密切的联系。
IO设备一般包括：设备控制器和设备本身。设备控制器是插在电路板上的一块芯片或一组芯片，由这块电路板物理地控制设备。它从操作系统接受命令，例如，从设备读数据，并且完成数据的处理。
每一类设备控制器都是不同的，所以需要不同的软件进行控制。这些专门用来和设备控制器对话，发出命令并接受响应的软件，成为设备驱动程序。为了使用这些驱动程序，必须把设备驱动程序装入到操作系统中，这样它才能在核心态运行。
每个设备控制器都有少量的用于通信的寄存器。例如，一个最小的磁盘控制器也会有用于指定磁盘地址、内存地址、扇区计数和方向（读和写）的寄存器。要激活控制器，设备驱动程序从操作系统获得一条命令，然后翻译成对应的值，并写进设备寄存器中。
实现输入输出的方式有三种：
1.忙等待：
用户程序发出一个系统调用-->内核将其翻译成一个设备驱动程序的过程调用-->设备驱动程序启动IO，并在一个连续不断的循环中检查该设备，看其是否完成工作-->IO完成后，设备驱动程序把数据送到指定的地方，然后返回-->操作系统将控制返回给调用者。
缺点：要占据CPU,CPU一直轮询设备直到对应的IO操作完成。
2.中断
当设备驱动程序检测到该设备操作完成后，发出一个中断告诉CPU。
一旦CPU决定中断，通常程序计数器PC和程序状态字PSW就被压入当前堆栈中，并且CPU被切换到用户态。
3.使用DMA
为IO使用一种特殊的直接存储器访问（Direct Memory Access）芯片，它无需CPU干预，可以控制在内存和某些控制器之间的位流。CPU对DMA进行设置，说明需要传送的字节数，有关的设备和内存地址以及操作方向，接着启动DMA。当DMA芯片完成时，它会引发一个中断。
以上是《现代操作系统》中的解释，我们再看看《操作系统--精髓与设计原理》中的描述：
针对I/O操作有3种可能的技术
- 可编程(程序控制)I/O（需处理器干预）
- 中断驱动I/O（需处理器干预）
- 直接内存存取
当处理器正在执行程序并遇到一个I/O相关的指令时，它通过给相应的I/O模块发命令来执行这个指令：
1）使用可编程I/O时，I/O模块执行请求的动作并设置I/O状态寄存器中相应的位，但它并不进一步通 知处理器，尤其是它并不中断处理器，因此处理器在执行I/O指令后，还需定期检查I/O模块的状态。为了确定I/O模块是否做好了接收或发送更多数据的准备，处理器等待期间必须不断询问I/O模块的状态，这会严重降低整个系统的性能
2）如果是中断驱动I/O，在给I/O模块发送I/O命令后，处理器可以继续做其它事。当I/O模块准备好与处理器交换数据时，会中断处理器并请求服务，处理器接着响应中断，完成后再恢复以前的执行过程
尽管中断驱动I/O比可编程I/O更有效，但是处理器仍需要主动干预在存储器和I/O模块直接的数据传送，并且任何数据传送都必须完全通过处理器。由于需要处理器干预，这两种I/O存在下列缺陷：
- I/O传送速度受限于处理器测试设备和提供服务的速度（数据传送受限于处理器）
- 处理器忙于管理I/O传送工作，必须执行很多指令以完成I/O传送（处理器为数据传送需要做很多事）
3）因此，当需要移动大量数据时，需要使用一种更有效的技术：直接内存存取。DMA功能可以由系统总线中一个独立的模块完成，也可以并入到一个I/O模块中。
DMA的工作方式如下，当处理器需要读写一块数据时，它给DMA模块产生一条命令，发送下列信息：
- 是否请求一次读或写
- 涉及的I/O设备的地址
- 开始读或写的存储器单元
- 需要读或写的字数
之后处理器继续其它工作。处理器将这个操作委托给DMA模块，DMA模块直接与存储器交互，这个过程不需要处理器参与。当传送完成后，DMA模块发送一个中断信号给处理器。因此只有在开始和结束时，处理器才会参与
