E/S asignada en memoria frente a E/S asignada en memoria: diferencia y comparación

Puntos clave

1. La E/S mapeada en memoria (MMIO) trata los dispositivos de E/S como ubicaciones de memoria, asignando sus registros a direcciones específicas en el espacio de direcciones de memoria del sistema. Esto permite que la CPU use instrucciones de carga/almacenamiento para acceder a los dispositivos de E/S, lo que simplifica la programación y permite una transferencia de datos eficiente.
2. La E/S asignada de E/S (I/O-MMIO) utiliza un espacio de direcciones separado para las operaciones de E/S, distinto del espacio de direcciones de la memoria normal. Las instrucciones especiales de E/S se comunican con los dispositivos de E/S, proporcionando separación y flexibilidad.
3. MMIO se beneficia de los mecanismos de protección de la memoria y las tasas de transferencia de datos eficientes, pero tiene limitaciones para abordar el espacio y los posibles conflictos. I/O-MMIO evita conflictos de memoria y proporciona un espacio de direcciones más grande, pero puede introducir complejidad en la programación y un acceso potencialmente más lento. La elección depende de los requisitos del sistema y las consideraciones de diseño.

¿Qué es la E/S asignada a la memoria?

La E/S asignada a la memoria (entrada/salida) es una técnica utilizada en los sistemas informáticos para permitir el acceso y el control de periféricos, como dispositivos de hardware o componentes externos, mediante operaciones de memoria. Implica mapear el espacio de direcciones de los dispositivos periféricos directamente en el espacio de direcciones de la memoria de la computadora.

En un sistema de E/S mapeado en memoria, las direcciones de memoria reservadas para operaciones de E/S se asignan a los dispositivos periféricos. Estas direcciones se tratan como ubicaciones de memoria normales, y la CPU puede leer o escribir en ellas usando instrucciones de carga y almacenamiento, respectivamente. Esto significa que las operaciones de E/S se realizan manipulando ubicaciones de memoria en lugar de utilizar instrucciones de E/S específicas.

¿Qué es la E/S asignada de E/S?

La E/S asignada de E/S (entrada/salida) es una alternativa a la E/S asignada en memoria para interactuar con dispositivos periféricos en un sistema informático. A diferencia de la E/S asignada a la memoria, que asigna dispositivos periféricos al espacio de direcciones de la memoria, la E/S asignada a la E/S asigna un espacio de direcciones separado para las operaciones de E/S.

En un sistema de E/S asignadas, la CPU utiliza instrucciones de entrada y salida específicas para comunicarse con dispositivos periféricos. Estas instrucciones difieren de las instrucciones habituales de carga y almacenamiento para el acceso a la memoria. Las instrucciones de E/S están diseñadas para manejar operaciones de E/S y las proporciona la arquitectura del conjunto de instrucciones de la CPU.

Diferencia entre la E/S asignada a la memoria y la E/S asignada a la E/S

1. En la E/S asignada a la memoria, la memoria y las direcciones de E/S se comparten en el mismo espacio de direcciones. Los dispositivos periféricos se asignan a direcciones de memoria específicas y las instrucciones de la CPU para el acceso a la memoria se utilizan para comunicarse con los dispositivos. Por el contrario, la E/S asignada de E/S asigna un espacio de direcciones separado para las operaciones de E/S, distinto del espacio de direcciones de la memoria.
2. La E/S asignada a la memoria se usa para cargar y almacenar instrucciones para leer o escribir en las direcciones asignadas a la memoria de los dispositivos periféricos. Por otro lado, la E/S mapeada de E/S requiere instrucciones de entrada y salida dedicadas diseñadas específicamente para interactuar con las direcciones de E/S.
3. En las E/S asignadas en memoria, el espacio de memoria disponible limita el rango de direcciones. Las direcciones de memoria utilizadas para las operaciones de E/S pueden estar dispersas por todo el espacio de direcciones. En las E/S asignadas de E/S, el rango de direcciones está dedicado únicamente a operaciones de E/S y no se superpone con las direcciones de memoria.
4. La E/S mapeada en memoria ofrece un modelo de programación más simple, ya que los dispositivos aparecen como parte de la jerarquía de memoria. Por otro lado, la E/S mapeada de E/S introduce una complejidad adicional en el desarrollo de software, ya que los programadores necesitan administrar instrucciones de E/S y espacios de direcciones separados.
5. La E/S asignada a la memoria puede tener seguridad y protección limitadas para las operaciones de E/S, ya que los dispositivos comparten el mismo espacio de direcciones que la memoria. El acceso no autorizado a las ubicaciones de la memoria podría afectar potencialmente a los dispositivos conectados. En la E/S asignada de E/S, el espacio de direcciones de E/S separado proporciona un mejor aislamiento y protección, lo que garantiza que el acceso no autorizado a la memoria no otorgue automáticamente acceso a los dispositivos de E/S.

Comparación entre la E/S asignada a la memoria y la E/S asignada a la memoria

Parámetros de comparación	E/S mapeadas en memoria	E/S E/S asignada
Direccionamiento	Las direcciones de memoria se utilizan tanto para operaciones de memoria como de E/S.	Las direcciones de E/S separadas se utilizan exclusivamente para operaciones de E/S.
Rango de direcciones	Limitado por el espacio de memoria disponible.	Espacio de direcciones dedicado únicamente para operaciones de E/S, distinto de la memoria.
Instrucciones	E/S mapeadas en memoria	Instrucciones específicas de entrada/salida diseñadas para operaciones de E/S.
Interfaz de hardware	Los dispositivos aparecen como si fueran parte de la jerarquía de la memoria.	Requiere una interfaz de E/S separada y señales de control para la comunicación del dispositivo.
Rendimiento	Las instrucciones de carga/almacenamiento se utilizan para acceder tanto a la memoria como a las direcciones de E/S.	Las instrucciones de E/S pueden tener una ejecución más lenta en comparación con las instrucciones de acceso a la memoria, lo que afecta el rendimiento.

Referencias

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

Última actualización: 11 de agosto de 2023