總線技術(shù)

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內(nèi)存那家伙了。

后來，鍵盤、鼠標、硬盤、網(wǎng)卡、聲卡、顯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，他們的到來并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。

為了和主板上這些家伙們通信，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，我們把它叫做總線，雖然說是一條，但實際上它包含了傳輸數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)總線，傳輸?shù)刂返牡刂房偩€和進行控制管理的控制總線。

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(shù)據(jù)，那就亂套了。為了統(tǒng)一管理，我們設立了一個新的單位叫總線控制器，這個單位來統(tǒng)一管理總線，大家要通信就得找它申請，這就叫做總線仲裁。

不過啊，主板上的單位之間的速度還是千差萬別的，像內(nèi)存就比硬盤、網(wǎng)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，不同單位他們的接口還千差萬別，用一套總線矛盾就日益明顯了，后來就變成了多級總線，讓慢的跟慢的玩，快的跟快的玩，最后大家再用一個東西把不同總線連接起來，這個東西就是橋！

主板上后來出現(xiàn)了兩個著名的橋，一個離我們 CPU 很近的叫北橋，內(nèi)存那家伙和我們通信就會經(jīng)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。再后來，隨著我們 CPU 工廠的壯大，直接把北橋收購了，現(xiàn)在變成了我們廠里的一個部門了。

PIO 模式

現(xiàn)在我們可以和這些 I / O 設備通信了，就拿硬盤來說吧，它有 I / O 端口，我們提供了 in 和 out 兩條指令，就可以對它進行讀寫數(shù)據(jù)了。這種通信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，越來越多的程序需要等待我們?nèi)?zhí)行，工作量大的壓的我們喘不過氣來。

尤其是隨著技術(shù)進步，我們 CPU 工廠的速度越來越快，與硬盤的讀寫速度之間的差距越來越拉大，我們還用這種方式通信就太浪費我們的時間了。

DMA 技術(shù)

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(xiàn)在我們花了太多時間再讀寫硬盤上了嗎，這家伙慢不是他的錯，扯我們后腿這就是他的錯了啊。傳輸一次數(shù)據(jù)，我們要執(zhí)行好多次 I / O 端口讀寫，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(fā)愁呢，程序越來越多，讀寫硬盤的時間越來越多了，尤其是那個叫 MySQL 的，老讓我訪問硬盤，可累死我了?！?/p>

沒想到我倆都憋了一肚子苦水呢。

這時，平日里愛拍老板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(shù)含量了，就是個體力活嘛，要不咱給老板說說，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。

“你跟老板平時走得近，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(lǐng)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，他們也提供了幾個寄存器，傳輸數(shù)據(jù)的時候，只需要設置一下這些寄存器的內(nèi)容，告訴他們要傳輸哪里的數(shù)據(jù)，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(shù)據(jù)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～

后來，我們給這項技術(shù)也取了一個名字，叫 Direct Memory Access，直接存儲器訪問，簡稱 DMA，這個外包團隊就是 DMAC，DMA 控制器。

DMA 全面開花

前幾天的月總結(jié)會上，領(lǐng)導表揚了老八，說多虧他的建議讓廠里的生產(chǎn)效率大大提升。早知道，當初就不攛掇老八去跟老板提建議了，我自己去。

正想著走神，突然想到了一個問題，這一次我打算抓住機會掙個表現(xiàn)。

“老板，這個 DMA 技術(shù)好是好，但現(xiàn)在只能用于硬盤哦。最近網(wǎng)卡那家伙數(shù)據(jù)包也挺多的，我花了好多時間去把數(shù)據(jù)包從網(wǎng)卡讀取到內(nèi)存中，又低效又沒有技術(shù)含量，可不可以把這技術(shù)推廣到網(wǎng)卡上??？”，我起身說到。

老板點了點頭，若有所思。

二號車間虎子見狀也起身說到：“老板，除了硬盤和網(wǎng)卡，顯示器也有這個需求。我經(jīng)常要疲于奔波于把內(nèi)存數(shù)據(jù)傳輸?shù)斤@示器，也是勞神勞力，建議 DMA 技術(shù)也推廣到顯示器呢”

老板聽完，皺了皺眉頭說到，“這個不同設備之間的差別還是挺大的，沒法通用。難不成我們要為每個設備成立一個外包團隊？這成本有點高啊???”

老板果然還是老板，還是把成本考慮在第一位。

這時，愛拍馬屁的老八又說話了，“老板說的是。我倒是有個建議，這個 DMA 推廣到網(wǎng)卡、顯示器這些單位也可以，不過讓他們自己掏錢來增加 DMAC，按照他們各自不同的需求來做。咱們不能當這冤大頭”

老板一聽，喜形于色，大聲叫好！

就這樣，很快我們就把這項技術(shù)推廣了出去，主板上以網(wǎng)卡、顯示器、攝像頭為首的那些個單位為了不落后于人，紛紛擁抱變化，集成了 DMAC。

我們得到了徹底的解放，再也不用做枯燥的搬運工了~

本文來自微信公眾號：編程技術(shù)宇宙 （ID：xuanyuancoding），作者：軒轅之風 O