关于数据传送中 address bus 的工作原理

此贴是由：http://linux.chinaunix.net/bbs/thread-1145097-1-1.html 而引申出来的话题

贴子里，我说了，导致 非 atomic 的因是：跨 boundary 和 对内存做 RMW（read-modify-write） 操作

这里，详细说一说导致跨 boundary 的来龙去脉：address bus 与 data bus 的工作原理。

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以 Pentium 为例，因为从 Pentium 开始 data bus 是 64 位的，但 address bus 还是 32 位。


1、 32 位的 address bus 实际上在 processor 接口上只有 29 条线，分别为： A31 ~ A3

      地址线 A2 ~ A0 是虚的，被强制为 0


因此： 32 位的 addres 形成如下的表格：


                 address bus（二进制）                                      address（十六进制）
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XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX000                           XXXX XXX0

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00000000000000000000000000001000                                  00000008
00000000000000000000000000010000                                  00000010
00000000000000000000000000011000                                  00000018
00000000000000000000000000100000                                  00000020

         ... ...                                                                        ... ...
11111111111111111111111111111000                                  FFFFFFF8

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这样在硬件层面上保证了 quadword boundary（8 bytes） 边界




2、 看看下面 2 个例子，说明问题


例1、 mov eax, dword ptr [00000007]

       这条指令从地址 [7] 的地方读取 doubleword 到 eax， 这条指令是典型的跨 doubleword boundary


processor 会怎么处理呢？

地址值 00000007H  = 00000000000000000000000000000111 B

（1）processor 将地址 0000 0000 送上 address bus（32 位）

       这是因为：bit2 ~ bit0 被强制为 0， 地址 [0x00000003] 结果为 0x00000000 送上 address bus


（2）processor 使 BE7# = 0，而其它的 BE 为 1（表示读取第 3 号 byte）

       然后，processor 将 byte 送到 eax 的低 8 位。 （这是 processor 做第 1 次 read）


（3）processor 将地址 0000 0008 送上 address bus

       这是下一个 quadword boundary


（4） processor 使 BE0# = 0，BE1# = 0， BE2# = 0，其它为 1（表示读取第 0、1、2 号 byte）

       然后，processor 将这 3 bytes 送上 data bus 交到 eax 高 24 位。（这是 processor 做第 2 次 read）

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      可以看出，指令 mov eax, dword ptr [00000007] 做了 2 次 read 操作。

      这是因为它跨了 doubleword 边界导致。




例2：指令 movq mm0, qword ptr [00000008]

      这条指令从地址 [00000008] 读取 quadword 到 mm0（读 64 位数据），这条指令没有跨 quadword 边界


processor 又怎样做呢？

（1）processor 将地址 00000008 送上 address bus（32 位）

       00000008 符合 A2 ~ A0 为 0 的规则。它是 quadword 边界值


（2）processor 将 BE0# ~ BE7#  全部置为 0 （表示使用全部 8 个 data path）

       然后，processor 将 quadword 送上 data bus（8 个 data path）


（3） 从而完成了一次读取 64 位数据的传送，processor 只做了 1 次 read 工作

        这是典型的 quadword boundary 对齐，是属于 atomic 交易。




3、 关于 RMW（read-modify-write）交易，那个贴子里说了

     RMW 交易是对 内存进行的。很显然，在 RMW 交易中，地址需要是目标操作数才可能产生。

     源操作数是不会产生 RMW 交易的。


4、 很显然非 atomic 是因为 processor 不是做一次性交易。从 跨 boundary 和 RMW 来看。

      由于有中间交易，导致有可能会被其它 processor 偷取 address bus 时钟。