Muistikartoitettu IO vs IO-kartoitettu IO: ero ja vertailu

Keskeiset ostokset

1. MMIO (Memory-mapped I/O) käsittelee I/O-laitteita muistipaikkoina ja yhdistää niiden rekisterit tiettyihin osoitteisiin järjestelmän muistin osoiteavaruudessa. Tämän ansiosta CPU voi käyttää lataus/tallennusohjeita I/O-laitteiden käyttämiseen, mikä yksinkertaistaa ohjelmointia ja mahdollistaa tehokkaan tiedonsiirron.
2. I/O-mapped I/O (I/O-MMIO) käyttää erillistä osoiteavaruutta I/O-toiminnoille, joka eroaa tavallisesta muistin osoiteavaruudesta. Erityiset I/O-ohjeet kommunikoivat I/O-laitteiden kanssa, mikä tarjoaa erottelua ja joustavuutta.
3. MMIO hyötyy muistin suojausmekanismeista ja tehokkaista tiedonsiirtonopeuksista, mutta sillä on rajoituksia tilan ja mahdollisten ristiriitojen käsittelyssä. I/O-MMIO välttää muistiristiriidat ja tarjoaa suuremman osoitetilan, mutta voi monimutkaista ohjelmointia ja mahdollisesti hidastaa pääsyä. Valinta riippuu järjestelmävaatimuksista ja suunnittelunäkökohdista.

Mikä on muistikartoitettu I/O?

Muistikartoitettu I/O (input/output) on tekniikka, jota käytetään tietokonejärjestelmissä, jotta oheislaitteita, kuten laitteistoja tai ulkoisia komponentteja, voidaan käyttää ja ohjata muistitoimintojen avulla. Siinä oheislaitteiden osoiteavaruus kartoitetaan suoraan tietokoneen muistin osoiteavaruuteen.

Muistikartoitetussa I/O-järjestelmässä I/O-toiminnoille varatut muistiosoitteet osoitetaan oheislaitteille. Näitä osoitteita käsitellään normaaleina muistipaikkoina, ja CPU voi lukea niistä tai kirjoittaa niihin käyttämällä lataus- ja tallennusohjeita. Tämä tarkoittaa, että I/O-toiminnot suoritetaan muokkaamalla muistipaikkoja pikemminkin kuin käyttämällä erityisiä I/O-käskyjä.

Mikä on I/O-kartoitettu I/O?

I/O-mapped I/O (input/output) on vaihtoehto muistikartoidulle I/O:lle tietokonejärjestelmän oheislaitteiden liittämiseksi. Toisin kuin muistikartoitettu I/O, joka yhdistää oheislaitteet muistin osoiteavaruuteen, I/O-mapped I/O määrittää erillisen osoitetilan I/O-toiminnoille.

I/O-yhdistetyssä I/O-järjestelmässä CPU käyttää erityisiä tulo- ja lähtökäskyjä kommunikoidakseen oheislaitteiden kanssa. Nämä ohjeet eroavat tavallisista lataus- ja tallennusohjeista muistin käyttöä varten. I/O-käskyt on suunniteltu käsittelemään I/O-toimintoja, ja ne saadaan suorittimen käskysarjan arkkitehtuurista.

Ero Memory-Mapped I/O:n ja I/O-Mapped I/O:n välillä

1. Muistikartoitetussa I/O:ssa muisti ja I/O-osoitteet jaetaan samassa osoiteavaruudessa. Oheislaitteet on kartoitettu tiettyihin muistiosoitteisiin, ja keskusyksikön muistin käyttöä koskevia ohjeita käytetään viestimiseen laitteiden kanssa. Sitä vastoin I/O-kartoitettu I/O määrittää erillisen osoiteavaruuden I/O-toiminnoille, joka eroaa muistin osoiteavaruudesta.
2. Muistikartoitettua I/O:ta käytetään oheislaitteiden muistikartoitettujen osoitteiden luku- tai kirjoitusohjeiden lataamiseen ja tallentamiseen. Toisaalta I/O-kartoitettu I/O vaatii erityisiä tulo- ja lähtökäskyjä, jotka on erityisesti suunniteltu vuorovaikutukseen I/O-osoitteiden kanssa.
3. Muistikartoitetussa I/O:ssa käytettävissä oleva muistitila rajoittaa osoitealuetta. I/O-toimintoihin käytetyt muistiosoitteet voivat olla hajallaan osoiteavaruudessa. I/O-mapetussa I/O:ssa osoitealue on varattu vain I/O-operaatioille, eikä se ole päällekkäinen muistiosoitteiden kanssa.
4. Muistikartoitettu I/O tarjoaa yksinkertaisemman ohjelmointimallin, koska laitteet ovat osa muistihierarkiaa. Toisaalta I/O-kartoitettu I/O lisää ohjelmistokehityksen monimutkaisuutta, koska ohjelmoijien on hallittava erillisiä I/O-käskyjä ja osoiteavaruuksia.
5. Muistikartoitetulla I/O:lla voi olla rajoitettu tietoturva ja suojaus I/O-toiminnoille, koska laitteet jakavat saman osoitetilan kuin muisti. Muistipaikkojen luvaton käyttö saattaa vaikuttaa liitettyihin laitteisiin. I/O-kartoidussa I/O:ssa erillinen I/O-osoiteavaruus tarjoaa paremman eristyksen ja suojan varmistaen, että luvaton käyttö muistiin ei automaattisesti anna pääsyä I/O-laitteille.

Muistikartoitetun I/O:n ja I/O-mapped I/O:n vertailu

Vertailun parametrit	Muistikartoitettu I/O	I/O-kartoitettu I/O
Osoitteet	Muistiosoitteita käytetään sekä muisti- että I/O-toimintoihin.	Erillisiä I/O-osoitteita käytetään yksinomaan I/O-toimintoihin.
Osoitealue	Rajoitetaan käytettävissä olevan muistitilan vuoksi.	Osoitetila vain I/O-toiminnoille, erillään muistista.
Ohjeet	Muistikartoitettu I/O	Erityiset tulo-/lähtöohjeet, jotka on suunniteltu I/O-toimintoihin.
Laitteistorajapinta	Laitteet näyttävät olevan osa muistihierarkiaa.	Vaatii erillisen I/O-liitännän ja ohjaussignaalit laiteviestintää varten.
Suorituskyky	Lataus/tallennusohjeita käytetään sekä muisti- että I/O-osoitteisiin pääsyyn.	I/O-käskyt saattavat toimia hitaammin kuin muistin käyttöohjeet, mikä vaikuttaa suorituskykyyn.

Viitteet

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

Viimeksi päivitetty: 11. elokuuta 2023