Memory 编程I/O与DMA

我想知道编程I/O和DMA的最大带宽是否不同。我的困惑来自以下几点

如果cpu、内存和I/O设备只有一条总线，而我们使用的是编程I/O，那么在我们读取数据时，数据是直接从I/O传输到内存，还是先传输到cpu，然后再传输到内存。也就是说，如果每次传输可以传输10个字节，每次传输需要20毫秒，这是否意味着编程I/O的最大带宽是每秒

10*20*10^-9

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还是我需要考虑的事实是它先进入CPU然后从CPU tot内存？

PIO通常直接进入CPU。即使是从内存复制到内存的CISC指令也需要使用CPU管道上的指令槽。与RAM读取相比，加载指令可能会经历较大的总线延迟。如果要复制大量数据，也要考虑循环指令，这很容易理解为什么DMA更高效。

如果您有一个像您在问题中建议的那样布置的系统，并且CPU北桥带宽是瓶颈，那么是的，也许您可以使用DMA比PIO更快地将数据从极高带宽的设备获取到RAM中。这听起来似乎很有可能发生在某些系统中，这些系统的设备相对于CPU与外部世界的连接速度非常快

当然，现代x86系统甚至没有，因为内存控制器是片上的。这并没有使关于计算机体系结构的问题无效，但它确实使它变得不那么相关。IDK其他芯片（如ARM）的功能。但由于高集成度是常见的（包括SoC（片上系统）），如果单独的北桥也从非x86世界消失，我也不会感到惊讶

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PIO和DMA之间的区别主要不是哪一个可以实现最高带宽，而是哪一个会使系统速度减慢。在整个复制期间，运行复制循环或多或少完全占用CPU核心。在多核CPU出现之前，这是一笔更大的交易

复制循环也会污染缓存，但通过特殊的缓存绕过指令，可以避免这种情况

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在x86上，和编程I/O指令不能很好地流水线传输。它们不像

CPUID

那样序列化，但对无序执行不是很友好。这是一个原因，对于PIO，使用常规加载/存储操作的内存映射I/O优于

in

/

out

。e、 g.只是写入设备的IO寄存器以启动DMA传输，或者对于DMA不值得的小型传输。

因此，如果我们有PIO，我们需要将数据从磁盘传输到内存，那么让我们这样说。这些数据首先进入cpu，然后进入内存？是的，cpu通过总线提取值。对不起，我有点困惑，所以cpu通过总线将值提取到寄存器/缓存，然后发送到内存？假设总线每秒传输1个字节，我们需要将5个字节从磁盘传输到ram，需要5秒还是10秒？取决于硬件系统，有几种不同的方式实现PIO系统。在大多数系统上，您都有一个状态寄存器，您必须连续读取（轮询）该寄存器以等待就绪位，然后读取数据，也可以在数据可用时由硬件触发中断。要再回答您最初的帖子，PIO最大传输速度是从硬件获取新值所需的速度。它不考虑CPU发出load指令所需的额外时间，也不考虑CPU将值写回内存所需的额外时间，所有这些从硬件角度来看都是不可预测的。更大的区别在于CPU负载，请参阅我的答案。还有，10字节块？它将是2的幂，比如16字节。每次传输20毫秒？你的CPU运行频率是1kHz吗？对于1600MHz RAM，20ms是3200万个DRAM时钟周期。当然，现代x86 CPU有用于RAM和设备I/O的分离总线，因为它们有片上内存控制器。请参阅显示系统代理与内存总线的关系图。