IO المعين بالذاكرة مقابل IO المعين: الفرق والمقارنة

الوجبات السريعة الرئيسية

1. يعامل الإدخال / الإخراج المعين للذاكرة (MMIO) أجهزة الإدخال / الإخراج كمواقع ذاكرة ، مع تعيين سجلاتهم لعناوين محددة في مساحة عنوان ذاكرة النظام. يتيح ذلك لوحدة المعالجة المركزية استخدام تعليمات التحميل / التخزين للوصول إلى أجهزة الإدخال / الإخراج ، وتبسيط البرمجة وتمكين نقل البيانات بكفاءة.
2. I / O-mapped I / O (I / O-MMIO) يستخدم مساحة عنوان منفصلة لعمليات الإدخال / الإخراج ، مختلفة عن مساحة عنوان الذاكرة العادية. تتصل تعليمات الإدخال / الإخراج الخاصة بأجهزة الإدخال / الإخراج ، مما يوفر الفصل والمرونة.
3. تستفيد MMIO من آليات حماية الذاكرة ومعدلات نقل البيانات الفعالة ولكن لها قيود على معالجة الفضاء والتعارضات المحتملة. تتجنب I / O-MMIO تعارضات الذاكرة وتوفر مساحة عنوان أكبر ولكنها قد تؤدي إلى تعقيد في البرمجة ومن المحتمل أن يكون الوصول أبطأ. يعتمد الاختيار على متطلبات النظام واعتبارات التصميم.

ما المقصود بـ I / O المعين بالذاكرة؟

الإدخال / الإخراج المعين للذاكرة (الإدخال / الإخراج) هو تقنية مستخدمة في أنظمة الكمبيوتر للسماح بالوصول إلى الأجهزة الطرفية ، مثل الأجهزة أو المكونات الخارجية ، والتحكم فيها باستخدام عمليات الذاكرة. يتضمن تعيين مساحة عنوان الأجهزة الطرفية مباشرة في مساحة عنوان ذاكرة الكمبيوتر.

في نظام الإدخال / الإخراج المعين للذاكرة ، يتم تخصيص عناوين الذاكرة المحجوزة لعمليات الإدخال / الإخراج للأجهزة الطرفية. يتم التعامل مع هذه العناوين على أنها مواقع ذاكرة عادية ، ويمكن لوحدة المعالجة المركزية القراءة منها أو الكتابة إليها باستخدام تعليمات التحميل والتخزين ، على التوالي. هذا يعني أن عمليات الإدخال / الإخراج يتم تنفيذها عن طريق معالجة مواقع الذاكرة بدلاً من استخدام إرشادات إدخال / إخراج محددة.

ما هو I / O-Mapped I / O؟

الإدخال / الإخراج المعين I / O (الإدخال / الإخراج) هو بديل للإدخال / الإخراج المعين للذاكرة للتفاعل مع الأجهزة الطرفية في نظام الكمبيوتر. على عكس الإدخال / الإخراج المعين بالذاكرة ، والذي يقوم بتعيين الأجهزة الطرفية في مساحة عنوان الذاكرة ، يقوم الإدخال / الإخراج المعين I / O بتعيين مساحة عنوان منفصلة لعمليات الإدخال / الإخراج.

في نظام الإدخال/الإخراج المعين للإدخال/الإخراج، تستخدم وحدة المعالجة المركزية تعليمات إدخال وإخراج محددة للتواصل مع الأجهزة الطرفية. تختلف هذه التعليمات عن تعليمات التحميل والتخزين العادية للوصول إلى الذاكرة. تم تصميم تعليمات الإدخال/الإخراج للتعامل مع عمليات الإدخال/الإخراج ويتم توفيرها بواسطة بنية مجموعة تعليمات وحدة المعالجة المركزية.

الفرق بين I / O المعين بالذاكرة و I / O-Mapped I / O

1. في I / O المعين للذاكرة ، تتم مشاركة الذاكرة وعناوين الإدخال / الإخراج في نفس مساحة العنوان. يتم تعيين الأجهزة الطرفية لعناوين ذاكرة محددة ، ويتم استخدام تعليمات وحدة المعالجة المركزية للوصول إلى الذاكرة للتواصل مع الأجهزة. في المقابل ، I / O المعين I / O يعيّن مساحة عنوان منفصلة لعمليات الإدخال / الإخراج ، متميزة عن مساحة عنوان الذاكرة.
2. يستخدم الإدخال / الإخراج المعين للذاكرة لتحميل وتخزين التعليمات للقراءة من أو الكتابة إلى العناوين المعينة للذاكرة للأجهزة الطرفية. من ناحية أخرى ، يتطلب الإدخال / الإخراج المعين I / O تعليمات إدخال وإخراج مخصصة مصممة خصيصًا للتفاعل مع عناوين الإدخال / الإخراج.
3. في عمليات الإدخال/الإخراج المعينة للذاكرة، تحدد مساحة الذاكرة المتوفرة نطاق العناوين. قد تكون عناوين الذاكرة المستخدمة لعمليات الإدخال/الإخراج متناثرة في مساحة العنوان. في عمليات الإدخال/الإخراج المعينة للإدخال/الإخراج، يكون نطاق العناوين مخصصًا لعمليات الإدخال/الإخراج فقط ولا يتداخل مع عناوين الذاكرة.
4. يوفر الإدخال / الإخراج المعين بالذاكرة نموذج برمجة أبسط ، حيث تظهر الأجهزة كجزء من التسلسل الهرمي للذاكرة. من ناحية أخرى ، يقدم الإدخال / الإخراج المعين I / O تعقيدًا إضافيًا في تطوير البرامج ، حيث يحتاج المبرمجون إلى إدارة تعليمات I / O منفصلة ومساحات العنوان.
5. قد يكون للإدخال / الإخراج المعين بالذاكرة أمان وحماية محدودة لعمليات الإدخال / الإخراج ، حيث تشترك الأجهزة في نفس مساحة العنوان مثل الذاكرة. قد يؤثر الوصول غير المصرح به إلى مواقع الذاكرة على الأجهزة المتصلة. في الإدخال / الإخراج المعين ، توفر مساحة عنوان الإدخال / الإخراج المنفصلة عزلًا وحماية أفضل ، مما يضمن أن الوصول غير المصرح به إلى الذاكرة لا يمنح الوصول تلقائيًا إلى أجهزة الإدخال / الإخراج.

مقارنة بين I / O المعين بالذاكرة و I / O-Mapped I / O

معلمات المقارنة	ذاكرة I / O المعينة	I / O المعين I / O
معالجة	يتم استخدام عناوين الذاكرة لكل من عمليات الذاكرة والإدخال / الإخراج.	يتم استخدام عناوين الإدخال / الإخراج المنفصلة حصريًا لعمليات الإدخال / الإخراج.
نطاق العنوان	محدودة بمساحة الذاكرة المتوفرة.	مساحة عنوان مخصصة فقط لعمليات الإدخال / الإخراج ، متميزة عن الذاكرة.
تعليمات	ذاكرة I / O المعينة	تعليمات إدخال / إخراج محددة مصممة لعمليات الإدخال / الإخراج.
واجهة الأجهزة	تظهر الأجهزة كما لو كانت جزءًا من التسلسل الهرمي للذاكرة.	يتطلب واجهة إدخال / إخراج منفصلة وإشارات تحكم لاتصالات الجهاز.
الأداء	تُستخدم تعليمات التحميل / التخزين للوصول إلى كل من الذاكرة وعناوين الإدخال / الإخراج.	قد يكون تنفيذ تعليمات الإدخال / الإخراج أبطأ مقارنة بإرشادات الوصول إلى الذاكرة ، مما يؤثر على الأداء.

مراجع حسابات

1. https://arxiv.org/abs/2301.06689
2. https://www.researchgate.net/profile/John-Mccalpin/publication/266375644_Low_Level_Microbenchmarks_of_Processor_to_FPGA_Memory-Mapped_IO/links/542dcd460cf27e39fa94b415/Low-Level-Microbenchmarks-of-Processor-to-FPGA-Memory-Mapped-IO.pdf