Direct Memory Access
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Der Begriff Speicherdirektzugriff oder englisch Direct Memory Access (DMA) bezeichnet in der Computertechnik eine Zugriffsart, die über ein Bussystem direkt auf den Speicher zugreift.
Die DMA-Technik erlaubt angeschlossenen Peripheriegeräten, wie Netzwerkkarte oder Soundkarte, ohne Umweg über die CPU direkt mit dem Arbeitsspeicher zu kommunizieren. Der Vorteil der DMA-Technik ist die schnellere Datenübertragung bei gleichzeitiger Entlastung des Prozessors.
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[Bearbeiten] Adressierungsverfahren
Man unterscheidet zwei verschiedene Adressierungsverfahren. Beim so genannten Explicit Adressing (auch Two Cycle Transfer) holt der DMA-Controller zunächst ein Datum ab und speichert es in einem internen Register. Danach adressiert er die Zielkomponente und überträgt ihr das Datum. Für dieses Vorgehen werden also zwei Buszyklen benötigt. Beim Implicit Adressing (oder Single Bus Transfer) entfällt die Zwischenspeicherung in einem Register: Der DMA-Controller adressiert das zu holende Datum und stellt es sofort zum Zielbaustein durch. Es wird nur ein einziger Buszyklus benötigt. Dieses Verfahren ist nicht für Speicher-zu-Speicher-Übertragungen geeignet, da jeweils nur eine Adresse am Speicher anliegen kann.
[Bearbeiten] Entwicklungsrichtungen für DMA-Controller
Als DMA-Controller im weiteren Sinne muss jeder Baustein verstanden werden, der einen Speicherzugriff (entweder auf den Hauptspeicher selbst oder auf eine Peripheriekomponente) durchführen kann, ohne dabei die CPU in Anspruch zu nehmen. Dieses Grundprinzip kann jedoch vielfach variiert werden. So gibt es etwa Systeme mit einem zentralen DMA-Coprozessor, aber auch Systeme, in denen jede Komponente über einen eigenen, dezentralen DMA-Controller verfügt. Das letztere Verfahren unterscheidet sich von der Verwendung eines zentralen Controllers dadurch, dass keine DMA-Kanäle existieren. Vielmehr reserviert der anfordernde Schaltkreis den Bus für sich und adressiert diesen auch selbst. Jede Komponente, wie Prozessor oder periphere Bauteile können dabei der Initiator sein, der die Befehlsmacht über den Hauptspeicher (Adressierung, Datentransfer und Bussteuersignale) übernimmt. Der Busmaster überträgt nun seinem Ziel, dem Target, die für ihn vorgesehenen Daten. Zu einem bestimmten Zeitpunkt kann prinzipiell immer nur eine Komponente Busmaster sein. So können etwa PCI-Controller zugleich auch DMA-Busmaster sein.
[Bearbeiten] DMA und ISA
Die klassische DMA-Technik des ISA-Busses basiert dabei auf der Signalisierung der Peripherie für Transferbedarf durch einzelne Datenleitungen, die so genannten DMA-Kanäle. Wird nun solch ein Kanal angesteuert, so liefern Schaltkreise, die der Bus-Steuerung zugehörig sind, Adressen auf den Bus, die je Zyklus inkrementiert oder konstant gehalten sein können, während der initiierende periphere Schaltkreis entweder die aufgeschalteten Daten entgegennimmt oder aber selbst Daten auf den Bus aufschaltet. Da DMA die normale Bus-Tätigkeit unterbricht, ist eine Operation mit der CPU in diesem Zeitraum nicht möglich. Da es mehrere DMA-Initiatoren gibt, muss mit entsprechenden Prioritätsschemata gearbeitet werden. Weiterhin muss ein DMA-Kanal zunächst initialisiert werden und die Beschaltung des Busses mit Adress- und Steuersignalen muss ebenso erst per Software vorgegeben werden. Nach erfolgreichem Transfer wird meist ein Interrupt ausgelöst, der der System-Software mitteilt, dass der Vorgang abgeschlossen ist. Daraufhin werden die DMA-Schaltkreise meist so umprogrammiert, dass sie auf den nächsten zu bearbeitenden Datenblock verweisen.
[Bearbeiten] DMA - Direct Memory Access
Soll von einer Eingabe-Ausgabe-Einheit Daten direkt in den Arbeitsspeicher geschrieben werden, so muss dies der Prozessor veranlassen. Erst liest er die Daten in sein internes Register. Danach schreibt er es in den Arbeitsspeicher. Dafür sind viele Taktschritte notwendig, die die Ausführungsgeschwindigkeit laufender Programme verringert. Unter DMA (übersetzt direkter Speicherzugriff) ist eine Schaltungs- und Steuermaßnahme zu verstehen, die über spezielle Datenleitungen auf dem Motherboard eine Verbindung zwischen Steckkarten und dem Arbeitsspeicher herstellen. Dadurch können die Daten ohne Umweg über den Prozessor direkt in den Speicher geschrieben werden. So lässt sich die Ausführungsgeschwindigkeit erhöhen. Es gibt nur eine reale DMA-Leitung. Der Zugriff der unterschiedlichen Komponenten (Steckkarten) wird anhand eines Index unterschieden. Demnach darf ein DMA-Index nur einem Gerät zugeordnet werden. Der Index gibt die Nummer des DMA-Kanals an. Insgesamt gibt es 8 DMA-Kanäle. Die Kanäle 0, 2 und 4 sind für interne Zwecke bereits fest vergeben. Die Kanäle 1, 3, 5, 6 und 7 können frei belegt werden. Die Kanäle 0, 1, 2 und 3 arbeiten mit 8 Bit. Die Kanäle 4, 5, 6 und 7 arbeiten mit 16 Bit.
[Bearbeiten] Funktionsweise des DMA-Controllers
In modernen Chipsätzen ist der DMA-Controller (DMA-C) fest integriert. Ältere Motherboards haben einen separaten Baustein. Z. B. den 8237 von Intel. Will der Prozessor Daten senden oder empfangen, trennt der DMA-Controller den Prozessor vom Bussystem. Der DMA-Controller führt dann die Anforderung mit hoher Geschwindigkeit aus. Danach wird die Verbindung zwischen Prozessor und Bussystem wieder hergestellt. Für den Speichertransfer benötigt der Prozessor ca. 40 Takte. Der DMA-Controller führt den Zugriff innerhalb von 4 Takten aus. Der DMA-Controller ist dafür gedacht, Daten zwischen Arbeitsspeicher und Peripherie zu transportieren und den Prozessor mit diesen Aufgaben zu entlasten. In Zeiten von langsamen Prozessoren machte sich der Geschwindigkeitsunterschied bei großen Datenmengen bemerkbar.
