PIO és DMA Zeke Éva Anita Készült a Számítógép rendszerek és perifériák tantárgyhoz

 Hogyan küldhet át adatokat a periféria a memóriának, illetve viszont?  Igazából az eddig tárgyaltak elegendőek a probléma megoldására, a periféria megszakítással jelzi a CPU felé, hogy munka van, a CPU pedig kiszolgálja a kérést, és pl. I/O címzéssel kiolvassa a perifériából az adatot, majd kiírja a memóriába. Ha sok az adat, sokszor csinálja meg a műveletet.  Az ilyen adatátvitelt nevezzük PIO Programmed Input/Output, azaz Programozott ki/bemenet

 A probléma az, hogy egy ilyen egyszerű művelet végrehajtásához nem kellene igénybe venni a CPU-t, hanem a perifériavezérlő is megoldhatná az adatok mozgatását közvetlenül a periféria és a memória között a CPU kihagyásával.  E művelet neve a DMA lesz. A DMA a Direct Memory Access, Direkt vagy közvetlen memóriahozzáférés rövidítése.  A művelet végrehajtásáért felelős áramkört DMA vezérlőnek hívjuk.

 A processzor egy I/O művelet végrehajtásához szükséges információkat átadja egy, a processzortól független vezérlőnek.  Ez a vezérlő a DMA (Direct Memory Access) vezérlő. Ezt követően az adatátvitelt a memória és az I/O eszköz között önállóan irányítja a DMA vezérlő. Ezáltal a processzor felszabadul, más feladatok végrehajtását lehetővé téve.  Tehát lehetővé teszi adatok közvetlen cseréjét az operatív memória és a periféria között anélkül, hogy a CPU beavatkozását igénybe venné. (ebből következik, hogy ellentéte a PIO).

 A DMA átvitelt az I/O eszközök DREQ0, DREQ1 … DREQn (DMA REQuest) vezérlő vonalakon kezdeményezhetik.  Ezekhez prioritás van hozzárendelve, ami szerint a DMA vezérlő rangsorolja az adatátviteli igények kiszolgálását.  A DMA vezérlő a processzornak az adatátviteli igényt a HRQ (Hold Request) vezetéken jelzi,melyet az a HLDA (Hold Acknowledge) vezetéken engedélyez.

 A DMA vezérlő egy I/O művelet befejezését egy megszakítás kérelemmel jelzi.  Az adatátvitel állapotának nyilvántartására a DMA egy címregisztert és egy számlálóregisztert alkalmaz, melynek tartalma minden egyes átvitt adat után aktualizálásra kerül.  Egy számítógépben általában több DMA vezérlő is megtalálható, ezek Master, illetve Slave kapcsolatban álló eszközök.

MÓDMaximális áteresztőképesség (MB/s)  PIO Mode  PIO Mode 15.2  PIO Mode 28.3  PIO Mode  PIO Mode 416.6

MÓDMaximális áteresztőképesség (MB/s)  DMA Mode  DMA Mode  DMA Mode  UltraDMA  UltraDMA  UltraDMA  UltraDMA

 A számítógép alaplapján találhatóak a memória illesztő kártyák.  A CPU direkt kapcsolatban áll a memóriával.  A memóriában tartózkodnak az éppen futó programok, és a programhoz tartozó adatok.

 A számítógép memóriája byte-okból épül fel, melyek sorszámozva vannak 0-tól n-1-ig, ahol n a memória mérete.  A mai számítógépek memóriái byte- szervezésűek, ami azt jelenti, hogy a legkisebb adatmennyiség amellyel dolgozhatunk 1 byte (8 bit).

 Ahhoz, hogy a memória byte-jait elérhessük, a memóriát címezni kell.  A CPU a címet 16, 32,64 biten tárolja.  Hogy pontosan hány biten, az processzorra jellemző adat.

Pl1: Mivel 16 biten 2 16 különböző érték tárolható, ezért 16 bites, vagyis két byte- os címzés esetén csak 2 16, azaz (64 KB) nagyságú lehetne a memóriánk. Az ezen felüli byte-ok nem címezhetők. Ez rendkívül kevés, és a mai igényeknek nem felel meg.

 Pl2: 32 bites címzés esetén 2 32 byte, azaz 4 GB a memóriakorlát. Ugyanennyi címbittel még nagyobb memória címezhető, ha a memóriát 2, 4, 8 stb. byte-os egységként kezeljük.  (Ezt az eljárást hívjuk Szó kiosztásos allokációnak ahol a szó a memória egysége és tetszés szerint szervezhető. Operációs rendszerek tárgynál fogják vizsgálni)

 A memória byte-jai be vannak sorszámozva, a sorszámokat a megfelelő byte- ok címeinek nevezzük.  A memória címeket ált. hexadecimálisan adják meg.  Tehát, a memória minden byte-jának van egy címe, amit arra használhatunk fel, hogy tudjuk melyik byte-ról van szó.  Illetve van tartalma, aktuális értéke, amely ‘$0 és $FF ‘közzé eshet.

Példa memória kiosztás – Windows eszközkezelő

 Az I/O címzés: Ilyenkor a vezérlőbusz egyik vonala (I/O) jelöli ki, hogy a címbuszon található címre a memória vagy a periféria reagáljon.  Vagy memória leképzés – ezzel a memóriát érjük el.

 Leképezett memória: Adott címtartományt leképezik a memória adott címtartományára, tehát ezeken a CPU a perifériát (bővítőkártyát) éri el.  Ha ezeken a címeken fizikai memória is elérhető lenne, akkor az vagy nem lesz elérhető, vagy a rendszer más címekre helyezi át.  Néha nagyon nagy címtartományokat kell kihasítani a rendszermemória tartományából, ilyen például a videokártya memóriatartománya.

 Multi programozásnál általában egy operatív táron több, egy időben futó program is osztozik.  Mivel az operatív tár mérete korlátozott, általában nem fér bele egyszerre az összes futó program és az azok által használt összes adat. Ezért a memóriát dinamikusan, időközben változtatható módon kell az egyes programok rendelkezésére bocsátani.

Gondoskodni kell arról is, hogy az adott pillanatban szükséges információk  a háttértárból a memóriába töltődjenek,  a feleslegeseket pedig időlegesen ki kell írni a háttértárba. Az operációs rendszerek egyik legfontosabb feladata a memória kezelésének automatikus megoldása.