简述操作系统中主要有几种I/O控制方式，他们分别是什么？

操作系统中主要有三种I/O控制方式，分别是：

1. 程序控制方式（Programmed I/O，PIO）：CPU通过轮询I/O端口的状态来检测是否有数据需要传输，如果有，则通过读写I/O端口来进行数据传输。这种方式需要消耗大量的CPU时间和带宽，不适用于大量数据的传输。

2. 中断驱动方式（Interrupt Driven I/O，IDO）：CPU通过向I/O设备发出读写指令，并设置相应的中断处理程序。当I/O设备完成数据传输后，会向CPU发送中断请求，CPU此时会调用相应的中断处理程序来处理传输数据。这种方式可以减少CPU时间和带宽的消耗，适用于大量数据的传输。

3. 直接存储器访问方式（Direct Memory Access，DMA）：这种方式利用DMA控制器直接访问系统内存，将I/O设备和CPU的数据传输通过DMA控制器实现。这种方式可以减少CPU的参与，提高数据传输效率。但是需要占用一定的带宽。

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简述I/O端口有哪几种编址方式？并分别说明每种方式的优缺点

I/O端口有三种编址方式：随机存取方式（也称为直接编址方式）、间接编址方式和存储器映射方式。

1. 随机存取方式

随机存取方式是将I/O端口的地址直接映射到CPU的地址空间中，这样CPU可以直接访问I/O端口，实现数据的输入输出。其优点是操作简单、速度快，缺点是I/O端口地址与内存地址在编址上没有任何区别，容易引发地址冲突，且不够灵活。

2. 间接编址方式

间接编址方式是通过一个间接地址寄存器来实现对I/O端口的访问。CPU首先将I/O端口的地址写入到一个特定的寄存器中，然后通过该寄存器来访问I/O端口。其优点是可以避免地址冲突，更灵活，缺点是操作稍微复杂一些。

3. 存储器映射方式

存储器映射方式是将I/O端口的地址映射到存储器地址空间中，CPU使用相同的指令和地址总线来访问I/O端口和存储器，实现了对I/O端口的透明访问。其优点是操作简单、灵活性好，缺点是增加了复杂度和成本，需要更多的硬件支持。

综上所述，三种编址方式各有优缺点，需要根据实际情况选择合适的方式。

I/O设备与主机交换信息时，有哪几种控制方式？请简述他们的特点 。

I/O设备与主机交换信息时，有三种控制方式，它们分别是：

1. 程序查询方式：主机通过程序不断询问I/O设备是否有数据需要处理，如果有则进行数据传输，否则继续查询。这种方式的特点是实现简单，但是效率较低，且需要占用大量CPU时间，因此现在很少使用。

2. 中断方式：I/O设备通过向主机发送中断信号来通知主机有数据需要处理，主机在收到中断信号后暂停当前任务，转而处理中断请求，完成数据传输后再返回原任务。这种方式的特点是响应速度快、效率高，但是需要一定的硬件支持。

3. DMA方式：DMA（Direct Memory Access，直接内存访问）方式是一种特殊的I/O方式，它通过将I/O设备与主存之间的数据传输交给DMA控制器来实现，主机只需要启动DMA传输，并在传输完成后得到通知即可，与此同时，主机可以继续完成其他任务。这种方式的特点是效率高、CPU占用低、实现复杂。常用于数据传输量较大的场合，如磁盘读写、网络传输等。