E/S mapeada em memória x E/S mapeada por IO: diferença e comparação

Principais lições

1. A E/S mapeada na memória (MMIO) trata os dispositivos de E/S como locais de memória, mapeando seus registros para endereços específicos no espaço de endereço da memória do sistema. Isso permite que a CPU use instruções load/store para acessar dispositivos de E/S, simplificando a programação e permitindo uma transferência de dados eficiente.
2. I/O-mapped I/O (I/O-MMIO) usa um espaço de endereço separado para operações de I/O, distinto do espaço de endereço de memória regular. Instruções de E/S especiais se comunicam com dispositivos de E/S, fornecendo separação e flexibilidade.
3. O MMIO se beneficia de mecanismos de proteção de memória e taxas de transferência de dados eficientes, mas tem limitações no endereçamento de espaço e possíveis conflitos. I/O-MMIO evita conflitos de memória e fornece um espaço de endereço maior, mas pode introduzir complexidade na programação e acesso potencialmente mais lento. A escolha depende dos requisitos do sistema e considerações de projeto.

O que é E/S mapeada em memória?

E/S mapeada em memória (entrada/saída) é uma técnica usada em sistemas de computador para permitir que periféricos, como dispositivos de hardware ou componentes externos, sejam acessados ​​e controlados usando operações de memória. Envolve mapear o espaço de endereço dos dispositivos periféricos diretamente no espaço de endereço da memória do computador.

Em um sistema de E/S mapeado em memória, os endereços de memória reservados para operações de E/S são atribuídos aos dispositivos periféricos. Esses endereços são tratados como locais de memória normais e a CPU pode ler ou escrever neles usando instruções de carregamento e armazenamento, respectivamente. Isso significa que as operações de E/S são executadas pela manipulação de locais de memória em vez de usar instruções de E/S específicas.

O que é E/S mapeada para E/S?

A E/S mapeada por E/S (entrada/saída) é uma alternativa à E/S mapeada em memória para interface com dispositivos periféricos em um sistema de computador. Ao contrário da E/S mapeada na memória, que mapeia os dispositivos periféricos no espaço de endereço da memória, a E/S mapeada na memória atribui um espaço de endereço separado para operações de E/S.

Em um sistema de E/S mapeado, a CPU usa instruções específicas de entrada e saída para se comunicar com dispositivos periféricos. Essas instruções diferem das instruções normais de carregamento e armazenamento para acesso à memória. As instruções de E/S são projetadas para lidar com operações de E/S e são fornecidas pela arquitetura do conjunto de instruções da CPU.

Diferença entre E/S mapeada em memória e E/S mapeada por E/S

1. Na E/S mapeada em memória, a memória e os endereços de E/S são compartilhados no mesmo espaço de endereço. Os dispositivos periféricos são mapeados para endereços de memória específicos e as instruções da CPU para acesso à memória são usadas para se comunicar com os dispositivos. Em contraste, a E/S mapeada por E/S atribui um espaço de endereço separado para operações de E/S, distinto do espaço de endereço de memória.
2. A E/S mapeada em memória usa para carregar e armazenar instruções para ler ou gravar nos endereços mapeados em memória de dispositivos periféricos. Por outro lado, a E/S mapeada por E/S requer instruções dedicadas de entrada e saída especificamente projetadas para interagir com os endereços de E/S.
3. Na E/S mapeada em memória, o espaço de memória disponível limita o intervalo de endereços. Os endereços de memória usados ​​para operações de E/S podem estar espalhados por todo o espaço de endereço. Na E/S mapeada de E/S, o intervalo de endereços é dedicado exclusivamente a operações de E/S e não se sobrepõe aos endereços de memória.
4. A E/S mapeada em memória oferece um modelo de programação mais simples, pois os dispositivos aparecem como parte da hierarquia de memória. Por outro lado, a E/S mapeada introduz complexidade adicional no desenvolvimento de software, pois os programadores precisam gerenciar instruções de E/S separadas e espaços de endereço.
5. A E/S mapeada em memória pode ter segurança e proteção limitadas para operações de E/S, pois os dispositivos compartilham o mesmo espaço de endereço que a memória. O acesso não autorizado a locais de memória pode afetar os dispositivos conectados. Na E/S mapeada por E/S, o espaço de endereço de E/S separado fornece melhor isolamento e proteção, garantindo que o acesso não autorizado à memória não conceda acesso automaticamente aos dispositivos de E/S.

Comparação entre E/S mapeada em memória e E/S mapeada por E/S

Parâmetros de comparação	E/S mapeada em memória	E/S E/S mapeada
Endereçando	Endereços de memória são usados ​​para operações de memória e E/S.	Endereços de E/S separados são usados ​​exclusivamente para operações de E/S.
Intervalo de endereços	Limitado pelo espaço de memória disponível.	Espaço de endereço dedicado exclusivamente para operações de E/S, distinto da memória.
Instruções	E/S mapeada pela memória	Instruções de entrada/saída específicas projetadas para operações de E/S.
interface de hardware	Os dispositivos aparecem como se fossem parte da hierarquia de memória.	Requer interface de E/S separada e sinais de controle para comunicação do dispositivo.
Performance	As instruções de carregamento/armazenamento são usadas para acessar a memória e os endereços de E/S.	As instruções de E/S podem ter uma execução mais lenta em comparação com as instruções de acesso à memória, impactando o desempenho.

Referências

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 atualização: 11 de agosto de 2023