Diskreetne Matemaatika I – Moodle kontrolltöö – Loogikafunktsioonide klassid (0)

Tallinna Polütehnikum
IT ja telekommunikatsioon
Otse mällu pöördumine ehk DMA
Referaat
Koostaja:  Oskar -Ruben  Järvemaa
Juhendaja: Urmas Krusell
Tallinn 2013
Sisukord
Sissejuhatus..........................................................................................................................3
1Otse mällu pöördumine DMA. Milleks seda vaja on?.......................................................4
2Otse mällu pöördumise ehk DMA tööpõhimõte.................................................................5
3DMA edastusmeetodid.......................................................................................................7
4DMA töötlemine.................................................................................................................8
5Kokkuvõte..........................................................................................................................9
Kasutatud kirjandus............................................................................................................10
2
Sissejuhatus
Antud materjaliga lugemine eeldab arvuti  riistvara  tööpõhimõtteid. Arvuti
kasutab   andmete   edastamiseks   ja   lugemiseks   I/O   seadmetelt   3   erinevat
meetodit   polling,    katkestus    ja   DMA   ( direct     memory     access ).   Erinevaid
meetodeid    kasutatakse   erinevates   kohtades   vastavalt   vajadusele,   kuid
tänapäeva arvutis on kasutusel peamiselt DMA. DMA vahemälu kasutatakse
nii   protsessori,   graafika   kui   ka   paljude   teiste   I/O   seadmete   juures.
Kasutatakse teda igal pool kus on vaja vahendada andmeid suures koguses ja
kiirelt. Kõikjal kus kasutatakse DMA-d töötab ta paralleelselt ja märkamatult
protsessoriga  ja vastava  seadmega  millega siis parasjagu suheldakse. DMA
on võrreldes teiste meetoditega palju kiirem, kuna on konkreetse riistvara
osa. Samuti vähendab DMA kasutus latentsust( latency ). 
3
1 Otse mällu pöördumine DMA. Milleks seda vaja on?
DMA   (Direct   Memory   Access   -   mälu   otsepöördus)   on   emaplaadi
arhidektuuriline   suutlikkus   saata   edastatavad   andmed   seadmest   (näiteks
kõvaketas, Cd-ROM) otse emaplaadil olevasse mällu.  Protsessor  pole nõnda
andmeesdastusega seotud ning seega tõuseb ka üleüldine arvuti jõudlus.
Tavaliselt  on määratud  teatud hulk  mälust  alaks,  mida  kasutatakse  DMA
tarvis.   EISA   ja   MCA   (Micro   Channel   Archidecture)   standartid    toetavad
juurdepääsu   kogu   mälu   aadressi   ulatuses.   PCI   (Peripheral   Component
Interconnect)   puhul   teostatakse   DMA  bus   master  tehnoloogia   abil
(mikroprotsessor, mis delegeerib I/O lülitusi PCI kontrollerisse).
Standardis on kahte sorti DMA moode - ühesõnalised ( Single  Word), kui
korraga   kantakse   nagu   PIO   moodideski   üle   üks   sõna,   ja   mitmesõnalised
(Multiword). Ühesõnalised DMA moodid on küllalt mõttetud ja uuematest
standarditest   on   nad   välja   jäetud.   Personaalarvuti   puhul   ei   anna   ka
mitmesõnaline DMA (PIO-ga sama ülekandekiiruse puhul) erilist võitu, sest
protsessoril pole niikuinii ülekande ajal muud teha kui selle lõppu oodata.
Nagu    mainitud ,   on   alternatiiviks   DMA-le   on   Programmed   Input/Output
(PIO)  liides , kus andmevool suunatakse läbi protsessori. 
DMA   ülekande   käigus   liigutab    ketta    kontroller   andmeid   ketta   puhvri   ja
arvuti mälu vahel otse, ilma protsessori abita. Protsessori ülesandeks on vaid
enne   ülekande   algust   vajalikud   käsud   anda   ja   parameetrid   paika   panna.
Ülekandekiirus tähendab siinkohal kiirust andmete liigutamisel kettaseadmel
oleva mälupuhvri ja arvuti vahel. Sellel pole midagi tegemist ketta enesega
4
suhtlemise kiirusega, mis on ja peabki olema (oluliselt) madalam. Muidu
muutuks   see   pudelikaelaks,   sest   puhvrist   lugemise/kirjutamise    vahepeal
kulub   ju   lisaks   aega   muude   tegevuste   peale,   ja   kui    puhver    õigeks   ajaks
tühjaks/täis   ei   saa,   peab   ketas   tegema   terve   pöörde,   et   vajalik   koht   jälle
lugemis-kirjutamispeade alla satuks. Eriti ilmektalt väljendub see siis, kui
ühe kaabli külge on ühendatud kaks  ketast  ja toimub näiteks kopeerimine
neist ühelt teisele.
2 Otse mällu pöördumise ehk DMA tööpõhimõte
Kujutame ette arvuti riistvara ja kuidas käib käskude ja ülesannete liikumist
protsessori poole. (Joonis 1) Arvuti protsessor teeb pidevalt tööd  infoga  mis
tuleb   temale   BUS   pealt.   DMA kontroller   suhtleb   aga   I/O   seadmetega   ja
paigutab   informatsiooni   otse   mällu.   Kui   see   info   on   kokku   korjatud   siis
annab DMA kontroller protsessorile märku ja protsessor võtab töö järjekorda
ning   lõpetab   töö   infoga   mis   tuleb   talle   BUS   pealt   ja   võtab   käsile   DMA
kontrolleri poolt edastatava info. DMA kontroller annab protsessorile ainult
mälu aadressi ja infohulga suuruse ja protsessor läheb võtab mälust vajaliku
informatsiooni töötlemiseks. Pärast lõpetamist võtab protsessor tagasi BUS
pealt tuleva informatsiooni töötlemise. Seda kõike on vaja selleks et ei tekiks
ifokadu   näiteks   siis   kui   I/O   seade   on   liiga   kiire   ja   infot   on   palju   ning
protsessor   ei   jõua   seda   ära   töödelda.   Samamoodi   kui   I/O   seade   on   liiga
aeglane.
5
 
Joonis 1.
6
3 DMA edastusmeetodid
DMA kasutab   peamiselt   kolme   loogikat  kuidas  ta  protsessorile  infot   ette
valmistab.   Vastavalt   seadmele   ja   infole   kasutatakse   kõige   sobivamat.
Üldjuhul kasutatakse kahte esimest  reziimi .
Single   režiim   ( burst    mode)   -   Kogu   info   edastatakse   ühe   blokina
protsessorile. Miinuseks on see et protsessor on kogu see aeg hõivatud ja ei
võta ühtegi teist ülesannet vastu.
Block režiim (cycle stealing mode) - Info edastamine käib tükkide kaupa. Iga
natukese   aja   tagant   käib   katkestuse   (BR-bus   request,   BG-Bus    grant )   ja
vaadatakse kas tuleb vajalikku infot BUS pealt. Kui seda on siis võetakse see
töö vahele ja jätkatakse sealt
Demand   režiim   (transparent   mode)   -   Põhimõtteliselt   kasutab   DMA
protsessorit   kogu   aeg   kuni   ei   tule   ülesandeid   BUS   pealt,   kuid   seda   on
suhteliselt raske teostada. ja kontrollida
Näiteks:  Kui CD-ROM seadmelt  tulevat  informatsiooni  edastataks  Single
režiimis siis oleks protsessor pidevalt hõivatud info lugemise ja ootamisega.
Selle pärast kasutataksegi Block režiimi kus infot kogutakse ja edastatakse
suurema tükina korraga. 
7
4 DMA töötlemine
1. Protsessor lõpetab käsiloleva töö ja annab BG (Bus Grant) signaali 
ootavale seadmele.
2. Seade võtab BG signaali vastu.
3. Protsessor saab kinnituse  et BG  signaal  on vastu võetud ja jääb 
ootama aadressi ja andmeid seadmelt.
4. DMA seade edastab andmed allikast  sihtkohta .
5. DMA andmed cachitakse protsessoris ja protsessor jälgib et BUS peal 
olev cachitud informatsiooni  aadressid  ei kattuks DMA  omaga , kui 
seda juhtub siis protsessor kas tühistab sisese  cache  aadressi mis tal 
mälus või uuendab seda siis selle informatsiooniga mis talle antakse.
6. Kui DMA on lõpetanud siis edastatakse BR (bus  release ) signaal.
7. Protsessor võtab BR signaali vastu ja pöördub tagasi BUS andmete 
töötlemise juurde.
8
5 Kokkuvõte
Ilma DMA-ta oleks raske ette kujutada arvutite tööd. Kui protsessor peaks
näiteks   ootama   CD   lugeja   järgi   oleks   see   arvuti   ressursi   ebaefektiivne
kasutus.  DMA võeti kasutusele kohe pc arvutite ilmumisega, kuna  muud
moodi ei olnud võimalik arvuti ressurssi efektiivselt kasutada. Loomulikult
ei kasutata DMA vahemälu iga IO seadme puhul. Näiteks klaviatuuri ja  hiire
puhul ei oleks see eriliselt mõistlik. Kujutame ette et kirjutad teksti ja tekst
ilmub    ekraanile    mingi   aja   pärast.   Lõppkokkuvõttes   lahendas   DMA väga
palju. Kiirendab arvuti tööd ja parandab andmete terviklikust näiteks siis kui
kirjutad
 
plaati. 
Andmete kopeerimine ilma DMA-ta tekitaks olukorra kus protsessor peab
andmete   kopeerimise   kõrvalt   tegema   muid   toiminguid   ja   see   venitaks
kopeerimise   aja   pikaks.   Sellepärast   ongi   kasutusel   DMA,   kes   tegeleb
andmete liigutamisega aadress- ja andmesiinil ja protsessor saab tegeleda
infoga mis ei vaja andme- ja aadressiini hõivamist. Tänu sellele toimub asi
kasutaja jaoks märkamatult ja jääb mulje et katkestust ei ole.
9
Kasutatud kirjandus
1.  https://wiki.itcollege.ee/index.php/DMA
2. www.battleit.ee/public/School/Varia/riistvara%20ja
%20arhitektuur.doc
3.  https://wiki.itcollege.ee/index.php/DMA
10

Document Outline

• Sissejuhatus
• 1 Otse mällu pöördumine DMA. Milleks seda vaja on?
• 2 Otse mällu pöördumise ehk DMA tööpõhimõte
• 3 DMA edastusmeetodid
• 4 DMA töötlemine
• 5 Kokkuvõte
• Kasutatud kirjandus