可以在x86汇编中使用IN（以及INS，INSB等）指令块吗？

Posted 2021-04-21

当尝试从x86（专门使用Pentium）上的I / O端口读取时，IN系列指令是否可以在等待数据时阻塞，或者它们是否会立即返回？

答案

简短回答：是的，从理论上讲，I / O设备可能会导致CPU“阻塞”I / O读取（in指令）。

但是，我不知道任何内存或I / O设备在任何重要时间段内实际停滞，导致CPU执行“阻塞”。

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答案很长：

in和out指令执行I / O读/写操作，这几乎与典型的内存总线周期相同。唯一的区别是声明了不同的信号以指示I / O与内存访问。

现在这变得非常低级，并且后续CPU的细节变得更加复杂。我正在引用this presentation进入有关x86总线周期的信号级细节，从8086/8088开始。

8086/8088读取周期，等待状态为https://web.archive.org/web/20130319052544/http://www.ece.msstate.edu/~reese/EE3724/lectures/bustran/bustran.pdf

我们在这里看到有一个READY信号，它由存储器或I / O设备断言，表示它已将数据提供给总线，并准备让CPU将其锁存。该PDF说明

x86在控制总线上有一个READY输入线

- 在T3期间，READY输入“已检查”

- 如果READY处于非活动状态（LOW），则添加其他T3状态

- 这些额外的T3国家被称为“等待国”

因此，至少使用这些较旧的CPU，设备可以在断言READY之前等待多个周期，从而导致CPU“阻塞”内存或I / O指令。

我相信这仍然有效，至少通过Pentium 4，它有一个DRDY#（数据就绪）引脚，"is asserted by the data driver on each data transfer, indicating valid data on the data bus. In a multi-common clock data transfer, DRDY# may be de-asserted to insert idle clocks."

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更长的答案：

对于早期系统，我相信许多系统设备直接连接到地址/数据/其他线路并直接与CPU通信。因此，一些自定义或胭脂设备可能在总线周期中“停顿”。

现在，架构有很大不同。现代x86处理器本身甚至没有“地址”和“数据”引脚，而是有像DMI和QPI这样的链接，它们与北桥/南桥（或Platform Controller Hub）设置进行通信。然后，这些设备将内存/ IO请求转发给适当的设备。通过这种设置，我怀疑PCH是否允许传出的I / O读取通过QPI链路停止处理器请求。

另一答案

在x86系列处理器上 - 据我所知 - 只有一个“阻塞”指令：“HLT”。

“IN”和“OUT”（及其变体）只是对内存的读/写访问。因此（查看硬件）它们的行为与来自/到内存的“MOV”指令完全相同 - 除了它们访问另一个地址范围。

有一种可能性使“IN”阻止：您可以想象一些硬件组件会在访问时停止计算机。当这样的组件使用“存储器映射”地址时，即使是“MOV”指令也会导致CPU阻塞！

然而，这样的硬件组件更具理论性 - 据我所知 - 目前的计算机中并不存在。

另一答案

我的信息很老，但我知道的大多数处理器都有一些慢速硬件设备与快速CPU同步的机制。这里缓慢而快速是相对的，慢速通常是微秒与纳秒。

因此，当执行输入/输出指令时，CPU可以等待一段时间，直到IO设备准备好了信息。

顺便说一下，我不确定x86，但在某些架构上，IO设备真的可以在无限时间内停止CPU。

这是等待“阻止”吗？我不知道，但这些指令可能很慢，速度可能取决于硬件。此外，IO指令不可缓存，这也非常慢。

为了更好地参考，还必须阅读有关PCI总线规范和现代处理器硬件规范的更多信息。