## 匯流排技術 我是CPU一號車間的阿Q，最近為了一件事兒搞得我挺煩的。 當初我們CPU工廠剛剛來到主機板上建廠時，那時候主機板上的單位還不多，跟我們打交道最多的就是記憶體那傢伙了。 後來，鍵盤、滑鼠、硬碟、網絡卡、音效卡、顯示卡等等裝置紛紛入駐主機板，這塊土地變得越來越熱鬧起來。  不過，他們的到來並沒有影響我們的地位，畢竟我們是中央處理器，所有人都得聽我們指揮。 為了和主機板上這些傢伙們通訊，我們花了重金鋪了一條線路，主機板上家家戶戶都連上了這條線路，我們把它叫做`匯流排`，雖然說是一條，但實際上它包含了傳輸資料的`資料匯流排`，傳輸地址的`地址匯流排`和進行控制管理的`控制匯流排`。 這樣一來，各單位就能一起聊天了。不過這線路是共用的，大家不能都一起傳資料，那就亂套了。為了統一管理，我們設立了一個新的單位叫`匯流排控制器`，這個單位來統一管理匯流排，大家要通訊就得找它申請，這就叫做`匯流排仲裁`。  不過啊，主機板上的單位之間的速度還是千差萬別的，像記憶體就比硬碟、網絡卡這些單位快多了（當然，跟我們CPU車間的工作速度那還是不能比），不僅如此，不同單位他們的介面還千差萬別，用一套匯流排矛盾就日益明顯了，後來就變成了多級匯流排，讓慢的跟慢的玩，快的跟快的玩，最後大家再用一個東西把不同匯流排連線起來，這個東西就是`橋`！ 主機板上後來出現了兩個著名的橋，一個離我們CPU很近的叫`北橋`，記憶體那傢伙和我們通訊就會經過它，另一個離我們遠一點的叫`南橋`，那些慢一些的I/O裝置就通過南橋接進來。再後來，隨著我們CPU工廠的壯大，直接把`北橋`收購了，現在變成了我們廠裡的一個部門了。 ## PIO模式 現在我們可以和這些I/O裝置通訊了，就拿硬碟來說吧，它有I/O埠，我們提供了`in`和`out`兩條指令，就可以對它進行讀寫資料了。這種通訊的方式叫做`可程式設計輸入輸出模型`，Programming Input/Output Model，簡稱`PIO`。  我們是整個主機板上的核心，俗話說得好，能力越大，責任越大，但有時候真心覺得有點累。 隨著越來越多的裝置接入主機板，越來越多的程式需要等待我們去執行，工作量大的壓的我們喘不過氣來。 尤其是隨著技術進步，我們CPU工廠的速度越來越快，與硬碟的讀寫速度之間的差距越來越拉大，我們還用這種方式通訊就太浪費我們的時間了。 ## DMA技術 這幾天，我們幾個車間的Leader私下聚在一起討論起這個事情來。 “阿Q，你不覺得現在我們花了太多時間再讀寫硬碟上了嗎，這傢伙慢不是他的錯，扯我們後腿這就是他的錯了啊。傳輸一次資料，我們要執行好多次I/O埠讀寫，我們寶貴的時間都浪費在這上面了！”，二號車間的虎子一臉幽怨的說到。  “嗨，我最近也為這事發愁呢，程式越來越多，讀寫硬碟的時間越來越多了，尤其是那個叫MySQL的，老讓我訪問硬碟，可累死我了。” 沒想到我倆都憋了一肚子苦水呢。 這時，平日裡愛拍老闆馬屁的八號車間老大說了一句話：“你們說的問題確實存在，這工作太沒技術含量了，就是個體力活嘛，要不咱給老闆說說，讓他外包出去吧” 我倆一聽，妙啊，要是能把這體力活外包出去，那可簡直太好了，我們就可以專心做我們的專職工作了。 “你跟老闆平時走得近，這事你去說吧”，我給虎子使了個眼色，一起攛掇老八去說這事。  “行，我去就我去”。 還別說，領導立馬就同意了這個想法，畢竟能提高我們的工作效率，他自然是舉雙手歡迎。 沒過多久，就成立了一個外包團隊，獨立出我們廠子，專門來負責這件事。和我們CPU一樣，他們也提供了幾個暫存器，傳輸資料的時候，只需要設定一下這些暫存器的內容，告訴他們要傳輸哪裡的資料，從哪到哪，長度是多少，接下來的事情我們就不用操心了，交由他們來完成。我們就可以騰出功夫做其他事情，等資料傳輸完畢了，他們再用中斷的方式告訴我們，我們直接去處理就好了，省去了讓我們親自去搬運的過程，真是爽的飛起～  後來，我們給這項技術也取了一個名字，叫Direct Memory Access，直接儲存器訪問，簡稱`DMA`，這個外包團隊就是`DMAC`，DMA控制器。 ## DMA全面開花 前幾天的月總結會上，領導表揚了老八，說多虧他的建議讓廠裡的生產效率大大提升。早知道，當初就不攛掇老八去跟老闆提建議了，我自己去。  正想著走神，突然想到了一個問題，這一次我打算抓住機會掙個表現。 “老闆，這個DMA技術好是好，但現在只能用於硬碟哦。最近網絡卡那傢伙資料包也挺多的，我花了好多時間去把資料包從網絡卡讀取到記憶體中，又低效又沒有技術含量，可不可以把這技術推廣到網絡卡上啊？”，我起身說到。 老闆點了點頭，若有所思。 二號車間虎子見狀也起身說到：“老闆，除了硬碟和網絡卡，顯示器也有這個需求。我經常要疲於奔波於把記憶體資料傳輸到顯示器，也是勞神勞力，建議DMA技術也推廣到顯示器呢” 老闆聽完，皺了皺眉頭說到，“這個不同裝置之間的差別還是挺大的，沒法通用。難不成我們要為每個裝置成立一個外包團隊？這成本有點高啊···” 老闆果然還是老闆，還是把成本考慮在第一位。 這時，愛拍馬屁的老八又說話了，“老闆說的是。我倒是有個建議，這個DMA推廣到網絡卡、顯示器這些單位也可以，不過讓他們自己掏錢來增加DMAC，按照他們各自不同的需求來做。咱們不能當這冤大頭” 老闆一聽，喜形於色，大聲叫好！  就這樣，很快我們就把這項技術推廣了出去，主機板上以網絡卡、顯示器、攝像頭為首的那些個單位為了不落後於人，紛紛擁抱變化，集成了DMAC。 我們得到了徹底的解放，再也不用做枯燥的搬運工了~ ## 彩蛋 > “阿Q，聽說了嗎，最近Linux帝國新成立了一個公司，居然繞過我們CPU就能把資料從網絡卡寫入硬碟中” > > “不可能啊，至少得經過我們拷貝一下吧” > > “根本不用，他們號稱是**零拷貝技術**” > > *預知後事如何，請關注後續精彩······* ## 往期TOP5文章 [CPU明明8個核，網絡卡為啥拼命折騰一號核？](https://mp.weixin.qq.com/s/Xf3sbkJFWDQ7bzhKFEmkzA) [因為一個跨域請求，我差點丟了飯碗](https://mp.weixin.qq.com/s/K15IVpe57STOf0SxyLEg9A) [完了！CPU一味求快出事兒了！](https://mp.weixin.qq.com/s/NVIgNj4c7ixkJWsemOt--g) [雜湊表哪家強？幾大程式語言吵起來了！](https://mp.weixin.qq.com/s/erSqe-nItuQPxW4MT3LEVg) [一個HTTP資料包的奇幻之旅](https://mp.weixin.qq.com/s/axPUi-8kHtFQTwgRtyZtGQ) ![](https://imgkr.cn-bj.ufileos.com/4b6d4bd9-3924-4288-a3e9-a31ea0dd0