太慢不能忍！CPU又拿硬碟和網卡開刀了！

2020 年 7 月 20 日
筆記

匯流排技術

我是CPU一號車間的阿Q，最近為了一件事兒搞得我挺煩的。

當初我們CPU工廠剛剛來到主板上建廠時，那時候主板上的單位還不多，跟我們打交道最多的就是記憶體那傢伙了。

後來，鍵盤、滑鼠、硬碟、網卡、音效卡、顯示卡等等設備紛紛入駐主板，這塊土地變得越來越熱鬧起來。

不過，他們的到來並沒有影響我們的地位，畢竟我們是中央處理器，所有人都得聽我們指揮。

為了和主板上這些傢伙們通訊，我們花了重金鋪了一條線路，主板上家家戶戶都連上了這條線路，我們把它叫做匯流排，雖然說是一條，但實際上它包含了傳輸數據的數據匯流排，傳輸地址的地址匯流排和進行控制管理的控制匯流排。

這樣一來，各單位就能一起聊天了。不過這線路是共用的，大家不能都一起傳數據，那就亂套了。為了統一管理，我們設立了一個新的單位叫匯流排控制器，這個單位來統一管理匯流排，大家要通訊就得找它申請，這就叫做匯流排仲裁。

不過啊，主板上的單位之間的速度還是千差萬別的，像記憶體就比硬碟、網卡這些單位快多了（當然，跟我們CPU車間的工作速度那還是不能比），不僅如此，不同單位他們的介面還千差萬別，用一套匯流排矛盾就日益明顯了，後來就變成了多級匯流排，讓慢的跟慢的玩，快的跟快的玩，最後大家再用一個東西把不同匯流排連接起來，這個東西就是橋！

主板上後來出現了兩個著名的橋，一個離我們CPU很近的叫北橋，記憶體那傢伙和我們通訊就會經過它，另一個離我們遠一點的叫南橋，那些慢一些的I/O設備就通過南橋接進來。再後來，隨著我們CPU工廠的壯大，直接把北橋收購了，現在變成了我們廠里的一個部門了。

PIO模式

現在我們可以和這些I/O設備通訊了，就拿硬碟來說吧，它有I/O埠，我們提供了in和out兩條指令，就可以對它進行讀寫數據了。這種通訊的方式叫做可編程輸入輸出模型，Programming Input/Output Model，簡稱PIO。

我們是整個主板上的核心，俗話說得好，能力越大，責任越大，但有時候真心覺得有點累。

隨著越來越多的設備接入主板，越來越多的程式需要等待我們去執行，工作量大的壓的我們喘不過氣來。

尤其是隨著技術進步，我們CPU工廠的速度越來越快，與硬碟的讀寫速度之間的差距越來越拉大，我們還用這種方式通訊就太浪費我們的時間了。

DMA技術

這幾天，我們幾個車間的Leader私下聚在一起討論起這個事情來。

「阿Q，你不覺得現在我們花了太多時間再讀寫硬碟上了嗎，這傢伙慢不是他的錯，扯我們後腿這就是他的錯了啊。傳輸一次數據，我們要執行好多次I/O埠讀寫，我們寶貴的時間都浪費在這上面了！」，二號車間的虎子一臉幽怨的說到。

「嗨，我最近也為這事發愁呢，程式越來越多，讀寫硬碟的時間越來越多了，尤其是那個叫MySQL的，老讓我訪問硬碟，可累死我了。」

沒想到我倆都憋了一肚子苦水呢。

這時，平日里愛拍老闆馬屁的八號車間老大說了一句話：「你們說的問題確實存在，這工作太沒技術含量了，就是個體力活嘛，要不咱給老闆說說，讓他外包出去吧」

我倆一聽，妙啊，要是能把這體力活外包出去，那可簡直太好了，我們就可以專心做我們的專職工作了。

「你跟老闆平時走得近，這事你去說吧」，我給虎子使了個眼色，一起攛掇老八去說這事。

「行，我去就我去」。

還別說，領導立馬就同意了這個想法，畢竟能提高我們的工作效率，他自然是舉雙手歡迎。

沒過多久，就成立了一個外包團隊，獨立出我們廠子，專門來負責這件事。和我們CPU一樣，他們也提供了幾個暫存器，傳輸數據的時候，只需要設置一下這些暫存器的內容，告訴他們要傳輸哪裡的數據，從哪到哪，長度是多少，接下來的事情我們就不用操心了，交由他們來完成。我們就可以騰出功夫做其他事情，等數據傳輸完畢了，他們再用中斷的方式告訴我們，我們直接去處理就好了，省去了讓我們親自去搬運的過程，真是爽的飛起～