本文來(lái)自微信公眾號(hào)：編程技術(shù)宇宙 （ID：xuanyuancoding），作者：軒轅之風(fēng) O
總線技術(shù)
我是 CPU 一號(hào)車間的阿 Q，最近為了一件事兒搞得我挺煩的。
當(dāng)初我們 CPU 工廠剛剛來(lái)到主板上建廠時(shí)，那時(shí)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(lái)，鍵盤、鼠標(biāo)、硬盤、網(wǎng)卡、聲卡、顯卡等等設(shè)備紛紛入駐主板，這塊土地變得越來(lái)越熱鬧起來(lái)。
不過(guò)，他們的到來(lái)并沒(méi)有影響我們的地位，畢竟我們是中央處理器，所有人都得聽(tīng)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(shuō)是一條，但實(shí)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(jìn)行控制管理的控制總線。
這樣一來(lái)，各單位就能一起聊天了。不過(guò)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?cè)O(shè)立了一個(gè)新的單位叫總線控制器，這個(gè)單位來(lái)統(tǒng)一管理總線，大家要通信就得找它申請(qǐng)，這就叫做總線仲裁。
不過(guò)啊，主板上的單位之間的速度還是千差萬(wàn)別的，像內(nèi)存就比硬盤、網(wǎng)卡這些單位快多了（當(dāng)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(wàn)別，用一套總線矛盾就日益明顯了，后來(lái)就變成了多級(jí)總線，讓慢的跟慢的玩，快的跟快的玩，最后大家再用一個(gè)東西把不同總線連接起來(lái)，這個(gè)東西就是橋！
主板上后來(lái)出現(xiàn)了兩個(gè)著名的橋，一個(gè)離我們 CPU 很近的叫北橋，內(nèi)存那家伙和我們通信就會(huì)經(jīng)過(guò)它，另一個(gè)離我們遠(yuǎn)一點(diǎn)的叫南橋，那些慢一些的 I / O 設(shè)備就通過(guò)南橋接進(jìn)來(lái)。再后來(lái)，隨著我們 CPU 工廠的壯大，直接把北橋收購(gòu)了，現(xiàn)在變成了我們廠里的一個(gè)部門了。
PIO 模式
現(xiàn)在我們可以和這些 I / O 設(shè)備通信了，就拿硬盤來(lái)說(shuō)吧，它有 I / O 端口，我們提供了 in 和 out 兩條指令，就可以對(duì)它進(jìn)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(jiǎn)稱 PIO。
我們是整個(gè)主板上的核心，俗話說(shuō)得好，能力越大，責(zé)任越大，但有時(shí)候真心覺(jué)得有點(diǎn)累。
隨著越來(lái)越多的設(shè)備接入主板，越來(lái)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(guò)氣來(lái)。
尤其是隨著技術(shù)進(jìn)步，我們 CPU 工廠的速度越來(lái)越快，與硬盤的讀寫速度之間的差距越來(lái)越拉大，我們還用這種方式通信就太浪費(fèi)我們的時(shí)間了。
DMA 技術(shù)
這幾天，我們幾個(gè)車間的 Leader 私下聚在一起討論起這個(gè)事情來(lái)。
“阿 Q，你不覺(jué)得現(xiàn)在我們花了太多時(shí)間再讀寫硬盤上了嗎，這家伙慢不是他的錯(cuò)，扯我們后腿這就是他的錯(cuò)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(shí)間都浪費(fèi)在這上面了！”，二號(hào)車間的虎子一臉幽怨的說(shuō)到。
“嗨，我最近也為這事發(fā)愁呢，程序越來(lái)越多，讀寫硬盤的時(shí)間越來(lái)越多了，尤其是那個(gè)叫 MySQL 的，老讓我訪問(wèn)硬盤，可累死我了。”
沒(méi)想到我倆都憋了一肚子苦水呢。
這時(shí)，平日里愛(ài)拍老板馬屁的八號(hào)車間老大說(shuō)了一句話：“你們說(shuō)的問(wèn)題確實(shí)存在，這工作太沒(méi)技術(shù)含量了，就是個(gè)體力活嘛，要不咱給老板說(shuō)說(shuō)，讓他外包出去吧”
我倆一聽(tīng)，妙啊，要是能把這體力活外包出去，那可簡(jiǎn)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(shí)走得近，這事你去說(shuō)吧”，我給虎子使了個(gè)眼色，一起攛掇老八去說(shuō)這事。
“行，我去就我去”。
還別說(shuō)，領(lǐng)導(dǎo)立馬就同意了這個(gè)想法，畢竟能提高我們的工作效率，他自然是舉雙手歡迎。
沒(méi)過(guò)多久，就成立了一個(gè)外包團(tuán)隊(duì)，獨(dú)立出我們廠子，專門來(lái)負(fù)責(zé)這件事。和我們 CPU 一樣，他們也提供了幾個(gè)寄存器，傳輸數(shù)據(jù)的時(shí)候，只需要設(shè)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(zhǎng)度是多少，接下來(lái)的事情我們就不用操心了，交由他們來(lái)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?cè)儆弥袛嗟姆绞礁嬖V我們，我們直接去處理就好了，省去了讓我們親自去搬運(yùn)的過(guò)程，真是爽的飛起～
后來(lái)，我們給這項(xiàng)技術(shù)也取了一個(gè)名字，叫 Direct Memory Access，直接存儲(chǔ)器訪問(wèn)，簡(jiǎn)稱 DMA，這個(gè)外包團(tuán)隊(duì)就是 DMAC，DMA 控制器。
DMA 全面開(kāi)花
前幾天的月總結(jié)會(huì)上，領(lǐng)導(dǎo)表?yè)P(yáng)了老八，說(shuō)多虧他的建議讓廠里的生產(chǎn)效率大大提升。早知道，當(dāng)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(gè)問(wèn)題，這一次我打算抓住機(jī)會(huì)掙個(gè)表現(xiàn)。
“老板，這個(gè) 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(shí)間去把數(shù)據(jù)包從網(wǎng)卡讀取到內(nèi)存中，又低效又沒(méi)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(shuō)到。
老板點(diǎn)了點(diǎn)頭，若有所思。
二號(hào)車間虎子見(jiàn)狀也起身說(shuō)到：“老板，除了硬盤和網(wǎng)卡，顯示器也有這個(gè)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(tīng)完，皺了皺眉頭說(shuō)到，“這個(gè)不同設(shè)備之間的差別還是挺大的，沒(méi)法通用。難不成我們要為每個(gè)設(shè)備成立一個(gè)外包團(tuán)隊(duì)？這成本有點(diǎn)高啊???”
老板果然還是老板，還是把成本考慮在第一位。
這時(shí)，愛(ài)拍馬屁的老八又說(shuō)話了，“老板說(shuō)的是。我倒是有個(gè)建議，這個(gè) DMA 推廣到網(wǎng)卡、顯示器這些單位也可以，不過(guò)讓他們自己掏錢來(lái)增加 DMAC，按照他們各自不同的需求來(lái)做。咱們不能當(dāng)這冤大頭”
老板一聽(tīng)，喜形于色，大聲叫好！
就這樣，很快我們就把這項(xiàng)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(gè)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(yùn)工了~
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