3.5.3. DMA - Direktan pristup memoriji

Rad procesora povezan je s DMA (Direct Memory Access) sklopom-upravljačem (DMA controller) direktnog pristupa memoriji, koji procesor oslobađa od zadaće kontrole, upravljanja komunikacijom i razmjenom podataka s periferijama. DMA djeluje kao nekakav samostalni podatkovni procesor. AT koncept PC računala koristi 2 DMA sklopa od kojih svaki upravlja pristupanjem radnoj memoriji jedne od 4 periferije. Jedan od kanala ne koristi se za vezu s periferijama već služi za osvježavanje dinamičke memorije (Memory Refresh). Istovremeno može raditi samo jedan DMA kanal, ali je moguć simultan rad više periferija na istom DMA kanalu. Komunikaciju s periferijama i memorijom procesor obavlja posredstvom sabirnice kojoj može neposredno pristupiti ili komunikaciju prepušta DMA upravljaču, koji preko jednog od kanala ostvaruje i osvježavanje memorije.

Slika 3.5.8 DMA upravljač u PC-AT računalu.

Direktnim postupkom prijenos podataka između periferije i radne memorije obavlja se preko U / I sklopa pod nadzorom mikroprocesora kada su prema slici uspostavljene veze preko '1' i '2', a prekinute su veze '3' i '4'. Na ovaj način mikroprocesor je zauzet nepotrebnim nadzorom nad transferom podataka. Uporabom DMA upravljača komunikacija između radne memorije i periferije obavlja se preko DMA uspostavljanjem veze '3' i '4', a prekida se veza '1' i '2'. Na taj način procesor je oslobođen nadzora nad transferom podataka i može obavljati druge korisne zadaće. Tvrdi disk i optički uređaj su periferije koje u pravilu koriste DMA, odnosno unaprijeđenu verziju ove komunikacije Ultra DMA - UDMA. Kako ima više načina rada (modova) kako se navedena komunikacija ostvaruje označavaju se brojčano (UDMA1, UDMA2 ..), a pojedine načine rada definiraju ATA/ATAPI standardi, pa se tako može naići na naziv Ultra ATA. DMA koriste i neke izvedbe mrežne kartice.

Kanal osvježavanja memorije je najvećeg prioriteta i kada vremenski brojač za osvježavanje preda signal DMA upravljaču, upravljač prekida sve aktivnosti i osvježava zapise u radnoj memoriji. DMA sklopovi sadrže registre (privremene memorije) tako da mogu primiti podatke, npr. od mikroprocesora te usmjeriti prema periferiji ili radnoj memoriji i obratno. Kada neka od periferija želi izvršiti transfer podataka u radnu memoriju šalje DMA upravljaču zahtjev za postupak transfera, DMA ga, ako je valjan, prosljeđuje mikroprocesoru i obavlja po njegovom odobrenju.

DMA upravljač radi u dva stanja:

           1.) Pasivnom - upravljač iščekuje zahtjeve i dozvoljava
                          upis ili čitanje podataka svojih registra
                          od strane mikroprocesora.

           2.) Aktivnom - upravljač vrši transfer podataka u jednom
                          ili više ciklusa prijenosa od jedne ili
                          više periferija slijedno.

DMA upravljač, dakle mora znati adresirati memorijski prostor. Izvedbeno ne može podržati cjelokupni fizički adresni prostor PC računala, već samo blokove memorije po 64 kB. Stoga mu je pridružen generator adresne mape koji proširuje njegovu 16 bit-nu (64 kB) adresu DMA na 24 bit-nu adresu sabirnice sustava (xx286). Generatorom preko upravljačke sabirnice upravlja mikroprocesor.

DMA je brži način komunikacije u računalu. Sporiji način je preko U / I kanala. Kada neki od uređaja želi poslati podatke računalu, pristupa svom U / I kanalu, šalje mikroprocesoru putem vodova za signal prekida svoj zahtjev za komunikaciju, te u momentu kad je komunikacija moguća mikroprocesor odobrava povezivanje U / I kanala s odredištem i omogućava se prijenos podataka kroz U / I kanal. U / I kanali su u suštini za komunikacijsku svrhu dizajnirani logički uređaji s ponašanjem ulazno ili izlazno usmjerenih 'buffer-a', svaki s drugačijim i samo njemu pridodanim skupom adresa, zapisanih odmah u početnim adresama memorijske mape, po kojima se određuju i prepoznaju i određuje način rada kao ulaz ili izlaz podataka.

Cijeli navedeni promet između pojedinih navedenih uređaja treba učinkovito nadzirati i s njime upravljati, o čemu brine posebna elektronička logika objedinjena u više integriranih krugova - 'ChipSet'. Osnovne postavke koje 'ChipSet' koristi upisane su u BIOS-u računala. Sadašnji BIOS-i zasnovani su na 'flash' tipu memorije te je moguće izvršite ispravke u eventualnim pogreškama u sadržaju ili logici, te im ugraditi nove ili unaprijeđene mogućnosti. Stoga treba birati matičnu ploču sa chipset-om poznatog proizvođača koji 'zakrpe' i unapređenje mogućnosti BIOS-a redovito izdaje.

Primjer III

'ChipSet' INTEL 945G razvijen za PC sustav s potporom za mikroprocesor tipa INTEL PENTIUM D. Cijeli taj set logike, kako se sa slike vidi, podijeljen je na dva dijela:

• North Bridge - GMCH
  Podržava komunikaciju između procesora, radne memorije i grafičkog podsustava (Graphics and Memory Controller Hub) i koji je po mogućnostima i funkcijama bitan za brzinu obrade podataka. Prikazana inačica ovog čipa podržava u njega ugrađenu grafičku podršku ili grafičku karticu postavljenu u PCI-E x16 utor. Stoga je na slici 3.5.9c prikazano i sučelje grafičke kartice s DVI i VGA priključcima. Povezan je sa 'South Bridge' hub arhitekturom koji vodi brigu o ostalim uređajima.
  
  
• South Bridge - ICH
  Brine o radu s internim i vanjskim uređajima računala (I/O Controller Hub) i koji su funkcijski slični jer pristupaju uglavnom standardiziranim uređajima. Dizajniran je s namjerom da obuhvati što više multimedijskih i Internet elemenata, te otuda ima integriranu potporu za glazbu (CD-DVD), USB (Universal Serial Bus) uređaje te mrežnu potporu za LAN komunikaciju.

Slika** 3.5.9 Blok shema Intel 945G ChipSet-a. ( + / - )

Samo povećanje propusne moći sabirnice zahtijevalo je i redizajn u odnosu na AGP koncepciju glede komunikacije prema procesoru i prema radnoj memoriji (DDR2) prema kojoj je više kanalni pristup uz manji napon napajanja i signalizacije. Stoga da bi se moć računala iskoristila bolje je imati dva memorijska modula od recimo 512 MB nego jedan od 1 GB. Osim toga poboljšana je opskrba električnom energijom (napajanje) prema uređajima. Uključena RAID tehnologija sa SATA-II serijskom komunikacijom prema diskovima donosi novi kvalitetu u brzini pristupa sekundarnoj memoriji (disku). Treba paziti pri odabiru matične ploče, jer neke ne podržavaju RAID tehnologiju iako imaju više SATA-II priključaka za diskove (na primjer ICH7 ne podržava i ICH7R podržava), ako se misli koristiti više diskova u RAID polju.

Slika 3.5.9b prikazuje izvedbu matične ploče sa prikazanim chipset-om. Razne varijante matičnih ploča su različitih mogućnosti, iako su ista porodica proizvoda. Stoga I/O priključaka može biti manje ili više u odnosu na sliku 3.5.9c, a i performanse ne moraju biti iste (za ukomponiranu mrežnu karticu na primjer). Razlike se prvenstveno odnose na broj audio priključaka (Surround), mogućeg digitalnog koaksijalnog ili optičkog više kanalnog audio izlaza (S/PDIF Digital Audio Out) i IEEE 1394 (FireWire) priključka. Dakle, treba pripaziti prilikom odabira verzije matične ploče da zadovolji one potrebe koje korisniku trebaju. Grafički podsustav sigurno ne može pružiti ono što će pružiti 'prava' grafička kartica, ali zato omogućava korištenje računala dok se ovo privremeno rješenje ne nadomjesti s nekim moćnijim. Izbor samog mikroprocesora je vrlo raznolik, sve prema mogućnostima i potrebama; Celeron-D (Dual-Core), Pentium-4, Pentium-4-HT (Hyper-Threading Technology), Pentium-D za ovaj primjer. Treba pripaziti na reviziju procesora, jer nisu svi isti. Noviji imaju 'dokrpane' propuste prethodnika iako nose istu oznaku.

PCI i PCI-Express kartice ne rade po istim načelima i nisu međusobno kompatibilni standardi, PCI koristi paralelni prijenos podataka dok PCI-E koristi brzi serijski sinkroni prijenos podatka. PCI standard je zajedno s PCI-X inačicom razvijen je kao lokalno proširenje ISA sabirnice PC računala. PCI-Express je potpuno novi proizvod, a 'južni' CHIPSET je taj koji sa svojim osobinama omogućava da se još uvijek može uporabiti PCI utor kao međufaza pri prelasku na nova rješenja. Razvoj tehnologije uz navedeni primjer najbolje ilustriraju slike chipset-a u poglavljima 3.3.8 i 3.5.10 koje ukazuju na njihovu funkcionalnu sličnost iako su tehnološki vrlo različiti.

Navedeni logički sklopovi dizajniraju kao dva odvojena čipa ali se u budućnosti može očekivati njihovo objedinjavanje u jednu zajedničku cjelinu. Naravno dolaze nove tehnologije i generacije chipset-ova ali je organizacija rada slična. Trenutno dominiraju INTEL, nVidia i VIA chipset-ovi (iako ima i drugih proizvođača) ali je nezahvalno za korisnika što im mikroprocesori ne podržavaju isto fizičko priključivanje na matičnu ploču što znači da se odabirom chipset-a definira i vrsta mikroprocesora (INTEL ili AMD) te je izbor ograničen. Set instrukcija koji obje vrste mikroprocesora podržavaju prilično je kompatibilan, mada se ponešto razlikuju u novijim instrukcijama koje se odnose na potporu kodiranja i dekodiranja glazbe i videa (DVD). Nekompatibilnost je rezultat tržišne utakmice što opet za korisnika znači pad cijena uz sve bolju ponudu, ali i zbrku.