为啥我们需要进出组装说明？ [关闭]

Posted 2023-04-14

【中文标题】为啥我们需要进出组装说明？ [关闭]

【英文标题】：why do we need assembly instructions in and out? [closed]为什么我们需要进出组装说明？ [关闭]

【发布时间】：2019-07-07 23:49:48

【问题描述】：

对于网络 I/O，为什么我们需要汇编指令进出才能直接从 nic 寄存器中获取数据？好像在中断代码中用到了in和out。

网络io图片

【问题讨论】：

IN 和 OUT 用于映射设备的硬件级 IO。

在汇编语言中访问设备时，硬件设备与 CPU 的连接方式主要有两种：直接 I/O 或内存映射（设备寄存器通过特定的内存地址访问，以及所以看起来像是对 CPU 的内存访问）。 IN 和 OUT 是访问直接 I/O 的指令。

【参考方案1】：

你似乎不明白 CPU 和总线是如何工作的：

如您所知，网络 i/o 是基于 nic 中断的。

中断是一种机制，当硬件（例如网卡）请求 CPU 这样做时，它就会启动一个短程序。

一个中断只启动这个短程序；它什么也不做。它也不传输任何类型的数据。

图片上显示的另一种机制是DMA。使用 DMA 硬件组件（例如网卡）可以直接从 RAM 读取数据或将数据写入 RAM。网卡显然是利用这种机制将网络数据复制到RAM中，并将存储在RAM中的数据发送出去。

但是，如果我们要向网络发送数据，我们首先必须告诉网卡有数据要发送，然后网卡才能使用 DMA 访问 RAM。当我们要初始化网卡时也是如此。

所以只使用DMA，我们不能告诉网卡有数据要发送。计算机启动时初始化网卡也是不可能的。中断也无济于事，因为中断是由网卡而不是由软件发起的。我们需要第三种机制来访问网卡。

那么为什么我们需要汇编指令进出才能直接从 nic 寄存器获取数据？

在使用 x86 CPU 时，in 和 out 指令用于直接读取和写入数据到某些硬件组件。

实际上，硬件可以以与访问 RAM 相同的方式连接到 CPU：例如使用mov 指令。显卡的内存就是这样访问的。还有一些 CPU（如手机中常见的 ARM CPU）以与访问 RAM 相同的方式访问所有硬件。 （此类 CPU 没有 in 或 out 指令。）

然而，在 PC 兼容的计算机中，硬件通常以必须使用 in 和 out 指令访问的方式连接。

【讨论】：

许多现代硬件在物理内存地址空间中都有 IO 寄存器，而不是在输入/输出访问的单独 I/O 空间中。输入/输出至少部分序列化，因此性能低于 MMIO。

如果使用术语“DMA”来指代经典 PC 的 DMA 接口，例如Intel 8237，它使用设备端的端口（输入/输出）接口，同时读取或从 ram 写入。在总线主控设备的情况下，设备端接口将是供应商唯一的。

@rcgldr，“DMA”一般用来指任何访问主存的设备，而不仅仅是所谓的“DMA引擎”。因此，网卡、存储设备、图形设备、USB 控制器等都使用 DMA 进行操作。