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直接記憶體存取

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直接記憶體存取Direct Memory AccessDMA)是计算机科学中的一种内存访问技术。它允許某些電腦內部的硬體子系統(电脑外设),可以獨立地直接读写系統記憶體,而不需绕道中央處理器CPU)。在同等程度的處理器负担下,DMA是一种快速的数据传送方式。很多硬體的系統會使用DMA,包含硬碟控制器、繪圖顯示卡網路卡音效卡

直接記憶體存取[编辑]

DMA 是所有現代電腦的重要特色,他允許不同速度的硬體裝置來溝通,而不需要依於中央處理器的大量 中斷 負載。否則,中央處理器需要從來源把每一片段的資料複製到 暫存器,然後把他們再次寫回到新的地方。在這個時間中,中央處理器對於其他的工作來說就無法使用。

DMA 傳輸重要地將一個記憶體區從一個裝置複製到另外一個。當中央處理器初始化這個傳輸動作,傳輸動作本身是由 DMA 控制器 來實行和完成。典型的例子就是移動一個外部記憶體的區塊到晶片內部更快的記憶體去。像是這樣的操作並沒有讓處理器工作拖延,反而可以被重新排程去處理其他的工作。DMA 傳輸對於高效能 嵌入式系統 演算法和網路是很重要的。

舉個例子,個人電腦ISA DMA 控制器擁有 8 個 DMA 通道,其中的 7 個通道是可以讓計算機的中央處理器所利用。每一個 DMA 通道有一個 16位元 位址暫存器和一個 16 位元 計數暫存器。要初始化資料傳輸時,裝置驅動程式一起設定 DMA 通道的位址和計數暫存器,以及資料傳輸的方向,讀取或寫入。然後指示 DMA 硬體開始這個傳輸動作。當傳輸結束的時候,裝置就會以中斷的方式通知中央處理器。

"分散-收集"(Scatter-gather)DMA 允許在一次單一的 DMA 處理中傳輸資料到多個記憶體區域。相當於把多個簡單的 DMA 要求串在一起。同样,这样做的目的是要減輕中央處理器的多次輸出輸入中斷和資料複製任務。

DRQ 意為 DMA 要求;DACK 意為 DMA 確認。這些符號一般在有 DMA 功能的電腦系統硬體概要上可以看到。他們表示了介於 中央處理器 和 DMA 控制器之間的電子訊號傳輸線路。

缓存一致性问题[编辑]

DMA 會導致缓存一致性問題。想像 中央處理器 帶有缓存與外部記憶體的情況,DMA 的運作則是去存取外部記憶體,當中央處理器存取外部記憶體某个位址的時候,暫時先將新的值寫入缓存中,但並未將外部記憶體的資料更新,若在缓存中的資料尚未更新到外部記憶體前發生了 DMA,則 DMA 過程將會讀取到未更新的資料。

相同的,如果外部裝置寫入新的值到外部記憶體內,則 中央處理器 若存取缓存时則會存取到尚未更新的資料。

這些問題可以用兩種方法來解決:

  1. 快取同調系統(Cache-coherent system):以硬體方法來完成,當外部裝置寫入記憶體時以一個信號來通知缓存控制器某記憶體位址的值已經過期或是應該重新更新資料。
  2. 非同調系統(Non-coherent system):以軟體方法來完成,操作系统必須確認缓存讀取時,DMA 程序已經開始或是禁止 DMA 發生。

第二種的方法會造成 DMA 的系統負擔。

DMA 引擎[编辑]

除了与硬件交互相关外,DMA也可为昂贵的内存耗费减负。比如大型的拷贝行为或scatter-gather操作,从中央處理器到专用的DMA引擎。Intel的高端服务器包含这种引擎,它被称为I/O Acceleration Technology (IOAT)。

參考[编辑]

外部連結[编辑]