DMA — технология прямого доступа к памяти
Термин DMA наверняка не раз встречался читателям в различных компьютерных статьях. Что же он означает, влияет ли это понятие на работу компьютера, и если да, то как? В этом мы и попытаемся разобраться.
Содержание статьи
Принцип работы
Большинство устройств ПК нуждаются в периодическом обмене данными не только с центральным процессором (ЦП), но и с оперативной памятью. В первых вариантах персональных компьютеров процесс обмена данными какого-либо устройства с ОЗУ протекал при помощи процессора. Такой метод получил название PIO (Programmable Input-Output, программируемый ввод-вывод). Однако этот метод имел ряд недостатков. Прежде всего, было очевидно, что поскольку процессор загружен множеством задач, то он не всегда может отвлекаться на то, чтобы управлять процессом чтения и записи данных ОЗУ, тем более, что объем этих данных в результате прогресса компьютерной техники все увеличивался и увеличивался.
Так появилась идея технологии DMA (сокращение от Direct Memory Access, т.е. Прямой Доступ к Памяти), состоящая в том, чтобы позволить различным устройствам обращаться к оперативной памяти напрямую, минуя ЦП. Также часто используется русская аббревиатура данной технологии – ПДП.
Первоначально практическая реализация этой технологии (в материнских платах на основе шины ISA) была осуществлена при помощи встроенного в материнскую плату контроллера ПДП, который был призван управлять процессом обмена данными между устройством и ОЗУ. При этом процессор также не был полностью исключен из этого процесса. Прежде всего, механизм ПДП инициализировался самим процессором, однако в ход процесса передачи данных он не вмешивался, занимаясь в это время другими задачами. После того, как обмен информацией между устройством и ОЗУ завершался, то процессор получал соответствующее прерывание, которое отсылал ему контроллера DMA.
В шине ISA также использовались специальные каналы ПДП, которые часто закреплялись за отдельным устройством:
- Обновление DRAM
- Аппаратный пользовательский канал, обычно использовался для 8-битных звуковых карт
- Контроллер дисковода гибких дисков
- Жесткий диск. Канал не использовался для жестких дисков с поддержкой PIO, а затем с UDMA. Также канал использовался для некоторых звуковых карт и параллельного порта
- Каскадное прерывание от XT-контроллера ПДП
- Пользовательский канал, иногда использовался для жестких дисков или 16-битных звуковых карт
- Пользовательский канал
- Пользовательский канал
Обычно данные каналы можно было устанавливать программным путем, но на некоторых старых устройствах, например, картах расширения для подключения накопителей CD-ROM, необходимо было вручную устанавливать значения нужных каналов при помощи перемычек.
Современная реализация
Начиная с появления шины ввода-вывода PCI, концепция практической реализации ПДП претерпела изменения. В материнских платах с шиной PCI больше не использовался контроллер DMA, а вместо этого стала применяться технология Bus Mastering. Суть этой технологии заключается в том, что любое устройство может обратиться к шине и полностью использовать ее в своих целях, в том числе, и для доступа к оперативной памяти. Кроме того, в шине PCI отпала необходимость в использовании каналов доступа к памяти. Подобный механизм используется также и в преемниках шины PCI –сверхбыстрых шинах AGP и PCI-Express.
Прямой доступ к памяти могут использовать любые устройства, расположенные в слотах расширения материнской платы, или подключенные к ней при помощи внутренних шин. Это могут быть, например, жесткие диски, накопители для оптических дисков, видеокарты, звуковые и сетевые карты, и т.д. Кроме того, технология DMA может использоваться как внутри процессоров – для передачи данных между отдельными ядрами, так и внутри самой оперативной памяти – для обмена данными между различными участками памяти.
Современные операционные системы, такие как MS Windows, умеют управлять режимом ПДП для многих устройств. В частности, пользователь имеет возможность включить или выключить режим DMA для жестких дисков.
В жестких дисках с интерфейсом IDE технология ПДП получила свое развитие в виде дополнительных режимов ПДП, получивших название Ultra DMA (UDMA). Всего стандарт Ultra DMA поддерживает 8 основных режимов передачи данных, обеспечивающих скорость от 16,7 до 167 МБ/c. Использование режимов Ultra DMA для винчестеров позволило значительно увеличить пропускную способность шины IDE. Включить или изменить режим Ultra DMA для жестких дисков можно при помощи специальной опции BIOS, обычно носящей название DMA (UDMA) Mode.
Заключение
Появление технологии ПДП позволило разгрузить процессор и избавить его от большого объема рутинной работы по пересылке данных между оперативной памятью и устройствами, расположенными на материнской плате или подключенными к ней. Особенно важно использование разновидности технологии ПДП – Ultra DMA в винчестерах на основе интерфейса IDE, что позволяет значительно ускорить обмен данными между накопителем IDE и материнской платой.
