I/O関連の処理はCPUを使用しますか？

Question

一般的なプログラミングのベストプラクティスとして、「ファイルの読み書き、DBの読み書きなどのファイルI/O、ネットワーキングI/Oを伴う複数の処理は、並列化することで高速化出来る」というものがあると思います。

そのプラクティスに関しての疑問なのですが、それらのI/O処理はCPUは使用しないのでしょうか？もしCPUを使用すると仮定すると、シングルコアの場合は結局並列処理にならずパフォーマンスは変わらない（むしろコンテキストスイッチによりパフォーマンスは下がると思います）

しかし実際にはパフォーマンスは向上するため、恐らくCPUは使っていないのだと思っていますが、CPUが全ての処理を行う認識なのでCPUを使っていないと言うのも不思議に思います。

Comments

[takasima20]

そのコンピューターとしてメインフレームはありですかね? 特殊ケースはいらないなら話はそれまでですが…

[raise_a_hand]

特殊ケースについてはそれらを扱う人が別で考えればいいので、今回は不要ですね。一般的な話だけ出来ればと思います。

Answer 1

I/O処理はCPUは使用しないのでしょうか？

全く使用しないということはありませんが、ほとんど使用しません。

サウスブリッジ経由で周辺機器(つまりCPUではないチップ)にIO処理を依頼し、終了すると周辺チップがCPUに割り込みを上げて通知します。

ハードウェアの仕組みとソフトウェア処理 ―― マイコンの動作を理解するあたりをお読みください。

Comments

[raise_a_hand]

お伺いしたかった内容に的確にお答えくださったのでベストアンサーにいたしました。
詳細を知りたい場合のリンクの方もありがとうございます。
他の方々もご回答ありがとうございました。

Answer 2

CPUが全ての処理を直接行っているわけではありません

例えば、HDDには磁気ディスクを回転させるための機械駆動が必要です。一方、CPUは電子回路ですので、機械駆動を単独で実行できません。あくまでも、CPUは命令と結果受理を行うだけです。

並列化の観点で言えば、

HDDが下請け処理している間にCPUは別の処理もできます。

Answer 3

I/O処理をなんで特殊視するかというと、

I/OはCPUの処理に対して概ね「遅い」のです。
CPUからデータを1単位取得する/出力するリクエストを出して(CPUにとっては長い時間が過ぎて)
I/O系からデータが揃ったという通知が来て、次の1単位についてCPUからデータを取得する/出力するリクエストを出して(CPUにとっては長い時間が過ぎて)
...

シングルタスクでは、この「長い時間が過ぎて」の間もずっとそのタスクがCPUを占拠しています。ただ待つために。これは勿体ない。
そこで、データが揃ったらなんらかのイベントでタスクを起床してもらうようにして、I/Oタスクは他のタスクにCPUを明け渡します。つまり並列化です。CPUがただ待つのに使っていた時間を有効に使えます。つまり、処理全体が速くなります。

I/O処理全体がCPUを使わないということはありませんが、ただ使用率が低く、CPUを(有効には)使わない待ち時間が長いので、その間に他のタスクをやれば速くなる。そういう話です。

なお、「シングルコア/マルチコア」と「シングルタスク/マルチタスク」とは、関連はありますが別の話です。混同しないようにしましょう。

Answer 4

CPUつかいますよ
厳密に言うと、SATAなどのインターフェースにコマンド送って、データのやり取りする、という程度には使います。
SATAから先はHDDなりが勝手に読み書きなど実行しますが