Direct Memory Access (DMA): លក្ខណៈពិសេស ប្រតិបត្តិការ និងកម្មវិធី

Direct Memory Access (DMA) គឺជាវិធីសាស្រ្តដែលអនុញ្ញាតឱ្យកុំព្យូទ័រផ្ទេរទិន្នន័យកាន់តែមានប្រសិទ្ធភាព។ ជំនួសឱ្យ CPU គ្រប់គ្រងរាល់ការផ្ទេរ ឧបករណ៍បញ្ជា DMA ផ្ញើទិន្នន័យដោយផ្ទាល់រវាងអង្គចងចាំ និងឧបករណ៍។ នេះជួយសន្សំពេលវេលា កាត់បន្ថយការប្រើប្រាស់ថាមពល និងអនុញ្ញាតឱ្យ CPU ផ្តោតលើកិច្ចការផ្សេងទៀត។

គ១. ទិដ្ឋភាពទូទៅនៃការចូលប្រើអង្គចងចាំដោយផ្ទាល់

គ២. លក្ខណៈពិសេសចូលប្រើអង្គចងចាំដោយផ្ទាល់

គ៣. ប្រតិបត្តិការ DMA ជាជំហានៗ

គ៤. ឧបករណ៍បញ្ជា DMA និងការតភ្ជាប់របស់វា។

គ៥. របៀបផ្ទេរ DMA និងភាពខុសគ្នារបស់ពួកគេ

គ៦. រចនាប័ទ្មចម្បង DMA

គ៧. ខ្ចាត់ខ្ចាយ-ប្រមូលផ្តុំ DMA

គ៨. DMA និង Cache Synchronization

គ៩. តួនាទីរបស់ IOMMU ក្នុងសុវត្ថិភាព DMA

គ១០. ការព្រួយបារម្ភអំពីសន្តិសុខ៖ ការវាយប្រហារ និងការការពារ DMA

គ ១១. កម្មវិធីផ្សេងៗគ្នានៃ DMA

គ១២. សេចក្តីសន្និដ្ឋាន

គ១៣. សំណួរដែលគេសួរញឹកញាប់ [FAQ]

ទិដ្ឋភាពទូទៅនៃការចូលប្រើអង្គចងចាំដោយផ្ទាល់

Direct Memory Access ឬ DMA គឺជាវិធីសាស្រ្តដែលកុំព្យូទ័រប្រើដើម្បីផ្លាស់ទីទិន្នន័យកាន់តែមានប្រសិទ្ធភាព។ CPU ត្រួតពិនិត្យការផ្ញើព័ត៌មានពីកន្លែងមួយទៅកន្លែងមួយទៀតនៅខាងក្នុងកុំព្យូទ័រ។ វាត្រូវការពេលវេលា និងរក្សា CPU មមាញឹកជាមួយកិច្ចការតូចៗ។

ជាមួយនឹង DMA ផ្នែកពិសេសនៃប្រព័ន្ធដែលហៅថា DMA controller ទទួលយកការងារនេះ។ វាអនុញ្ញាតឱ្យឧបករណ៍ផ្ញើ ឬទទួលទិន្នន័យដោយផ្ទាល់ពីអង្គចងចាំរបស់កុំព្យូទ័រដោយមិនធ្វើឱ្យ CPU ដោះស្រាយគ្រប់ជំហាន។ ខណៈពេលដែលការផ្ទេរកំពុងកើតឡើង CPU គឺឥតគិតថ្លៃដើម្បីបន្តធ្វើការលើកិច្ចការផ្សេងទៀត។

ការរៀបចំនេះធ្វើឱ្យប្រព័ន្ធដំណើរការកាន់តែរលូនដោយសារតែស៊ីភីយូមិនត្រូវបានបន្ថយល្បឿនដោយចលនាទិន្នន័យថេរ។ វាក៏ជួយសន្សំថាមពល និងធ្វើអោយប្រសើរឡើងនូវដំណើរការរួមនៃកុំព្យូទ័រផងដែរ។

មុខងារចូលប្រើអង្គចងចាំដោយផ្ទាល់

ការផ្ទេរទិន្នន័យល្បឿនលឿន

DMA អនុញ្ញាតឱ្យផ្ទេរយ៉ាងឆាប់រហ័សនៃប្លុកទិន្នន័យធំដោយមិនចាំបាច់មានការចូលរួមពី CPU ដែលធ្វើអោយប្រសើរឡើងនូវទិន្នផល។

ការបញ្ចេញស៊ីភីយូ

ស៊ីភីយូត្រូវបានដោះលែងពីកិច្ចការផ្លាស់ទីទិន្នន័យម្តងហើយម្តងទៀត ទុកឱ្យវាអាចប្រើបានសម្រាប់ការគណនា។

កាត់បន្ថយការរំខានលើស

DMA កាត់បន្ថយចំនួននៃការរំខានបើប្រៀបធៀបទៅនឹង I/O ដែលបានរៀបចំកម្មវិធី ដោយកាត់បន្ថយការចំណាយលើប្រព័ន្ធ។

អង្គចងចាំដោយផ្ទាល់

គ្រឿងកុំព្យូទ័រអាចអានដោយផ្ទាល់ពី ឬសរសេរទៅអង្គចងចាំ ជៀសវាងការចម្លងដែលសម្របសម្រួលដោយ CPU បន្ថែម។

ការគាំទ្រពហុឆានែល

ឧបករណ៍បញ្ជា DMA ទំនើបគាំទ្របណ្តាញឯករាជ្យជាច្រើន ដែលអនុញ្ញាតឱ្យផ្ទេរក្នុងពេលដំណាលគ្នា។

សមត្ថភាពផ្ទេរផ្ទុះ

DMA គាំទ្ររបៀបផ្ទុះ ផ្ទេរប្លុកទិន្នន័យក្នុងស្ទ្រីមបន្តមួយសម្រាប់ប្រសិទ្ធភាព។

អាទិភាព និងអាជ្ញាកណ្តាល

ឧបករណ៍បញ្ជា DMA ប្រើកម្រិតអាទិភាពដើម្បីសម្រេចចិត្តថាតើឆានែលណាដែលទទួលបានសិទ្ធិចូលប្រើរថយន្តក្រុងអង្គចងចាំ។

របៀបផ្ទេរ

គាំទ្ររបៀបផ្សេងៗគ្នាដូចជា single, block, burst និងការផ្ទេរផ្អែកលើតម្រូវការអាស្រ័យលើតម្រូវការប្រព័ន្ធ។

ភាពឆបគ្នាជាមួយឡានក្រុងច្រើន។

ធ្វើការជាមួយឡានក្រុងប្រព័ន្ធផ្សេងៗសម្រាប់ការរួមបញ្ចូលដែលអាចបត់បែនបាន។

ការរកឃើញ និងការដោះស្រាយកំហុស

ប្រព័ន្ធ DMA ជាច្រើនរួមមានការត្រួតពិនិត្យភាពស្មើគ្នា ឬការកែតម្រូវកំហុស ដើម្បីធានាបាននូវសុចរិតភាពទិន្នន័យ។

ការផ្ទេរអង្គចងចាំទៅអង្គចងចាំ

ឧបករណ៍បញ្ជា DMA មួយចំនួនអនុញ្ញាតឱ្យចម្លងទិន្នន័យដោយផ្ទាល់ពីទីតាំងអង្គចងចាំមួយទៅទីតាំងមួយទៀតដោយមិនតម្រូវឱ្យមានអន្តរាគមន៍ស៊ីភីយូ។

ប្រតិបត្តិការ DMA ជាជំហានៗ

ឧបករណ៍បញ្ជា DMA និងការតភ្ជាប់របស់វា។

ផ្នែកសំខាន់គឺ CPU, អង្គចងចាំ, ឧបករណ៍បញ្ជា DMA និងឧបករណ៍បញ្ចូល/ទិន្នផល (I/O) ។ ឧបករណ៍បញ្ជា DMA ត្រួតពិនិត្យការផ្លាស់ប្តូរទិន្នន័យរវាងអង្គចងចាំ និងឧបករណ៍ I/O ដោយមិនចាំបាច់ CPU ដើម្បីធ្វើការងារទាំងអស់។

នៅពេលដែលឧបករណ៍ I/O ត្រូវការផ្ញើ ឬទទួលទិន្នន័យ វាផ្ញើសំណើទៅកាន់ឧបករណ៍បញ្ជា DMA ។ បន្ទាប់មកឧបករណ៍បញ្ជាសុំការអនុញ្ញាតឱ្យ CPU ប្រើ system bus ដែលជាផ្លូវសំខាន់សម្រាប់ទិន្នន័យនៅខាងក្នុងកុំព្យូទ័រ។ នៅពេលដែល CPU អនុញ្ញាតវា ឧបករណ៍បញ្ជា DMA គ្រប់គ្រង និងផ្ទេរទិន្នន័យដោយផ្ទាល់រវាងអង្គចងចាំ និងឧបករណ៍ I/O ។ បន្ទាប់ពីការផ្ទេរត្រូវបានបញ្ចប់ វាជូនដំណឹងដល់ CPU ថាការងារបានបញ្ចប់។

ដ្យាក្រាមនេះក៏បង្ហាញពីបន្ទាត់ផ្សេងៗគ្នាដែលផ្ទុកព័ត៌មាន។ បន្ទាត់អាសយដ្ឋាន (ពណ៌ប្រផេះ) សម្រេចចិត្តថាទិន្នន័យគួរទៅកន្លែងណា បន្ទាត់ទិន្នន័យ (ពណ៌បៃតង) ផ្ទុកព័ត៌មានពិតប្រាកដ និងបន្ទាត់បញ្ជា (ពណ៌ទឹកក្រូច) គ្រប់គ្រងដំណើរការ។ រថយន្តក្រុង DMA ភ្ជាប់ឧបករណ៍ I/O ជាច្រើនទៅឧបករណ៍បញ្ជា។ ការរៀបចំនេះជួយប្រព័ន្ធគ្រប់គ្រងទិន្នន័យកាន់តែរលូន និងរក្សា CPU ដោយឥតគិតថ្លៃសម្រាប់កិច្ចការផ្សេងទៀត។

របៀបផ្ទេរ DMA និងភាពខុសគ្នារបស់ពួកគេ

រចនាប័ទ្មចម្បង DMA

ការគ្រប់គ្រងរថយន្តក្រុង (DMA ភាគីទីមួយ)

នៅក្នុង bus mastering ឧបករណ៍ខ្លួនឯងទទួលយកតួនាទីជាបណ្តោះអាសន្ននៃឧបករណ៍បញ្ជាឡានក្រុងប្រព័ន្ធ។ នេះមានន័យថាវាអាចអានដោយផ្ទាល់ពី ឬសរសេរទៅអង្គចងចាំដោយមិនចាំបាច់មានការត្រួតពិនិត្យ CPU ថេរ។ ដោយសារតែឧបករណ៍គ្រប់គ្រងការផ្ទេរដោយខ្លួនឯង ដំណើរការនេះមានល្បឿនលឿន និងមានប្រសិទ្ធភាព។ សមាសធាតុដែលមានប្រសិទ្ធភាពខ្ពស់ទំនើបដូចជា PCIe GPUs, NVMe drives និងកាតបណ្តាញជាញឹកញាប់ប្រើវិធីសាស្ត្រនេះ។ CPU ភាគច្រើនឥតគិតថ្លៃក្នុងអំឡុងពេលផ្ទេរទាំងនេះ ដែលធ្វើអោយប្រសើរឡើងនូវដំណើរការប្រព័ន្ធសរុប។

DMA ភាគីទីបី (ផ្អែកលើឧបករណ៍បញ្ជា)

នៅក្នុងគំរូនេះ ឧបករណ៍បញ្ជា DMA កណ្តាលទទួលខុសត្រូវលើការផ្ទេរទិន្នន័យក្នុងនាមឧបករណ៍ជាច្រើន។ ឧបករណ៍នីមួយៗផ្ញើសំណើរបស់ខ្លួនទៅកាន់ឧបករណ៍បញ្ជា ដែលបន្ទាប់មកគ្រប់គ្រងឡានក្រុងដើម្បីផ្លាស់ទីទិន្នន័យ។ វិធីសាស្រ្តនេះគឺជាស្តង់ដារនៅក្នុងប្រព័ន្ធកុំព្យូទ័រមុនៗ ហើយនៅតែជារឿងធម្មតានៅក្នុង microcontrollers បង្កប់ដែលផ្នែករឹងត្រូវតែនៅតែសាមញ្ញ និងមានប្រសិទ្ធភាព។ វាយឺតជាង bus mastering ព្រោះឧបករណ៍ទាំងអស់ចែករំលែកឧបករណ៍បញ្ជាដូចគ្នា ដែលណែនាំពេលវេលារង់ចាំ និងលើស។

ខ្ចាត់ខ្ចាយ-ប្រមូលផ្តុំ DMA

ក្នុងករណីជាច្រើន ទិន្នន័យនៅក្នុងអង្គចងចាំមិនត្រូវបានរក្សាទុកក្នុងបន្ទាត់ត្រង់មួយ។ វាអាចត្រូវបានបំបែកទៅជាកន្លែងផ្សេងគ្នា. Scatter-Gather DMA ធ្វើឱ្យវាអាចផ្លាស់ទីទិន្នន័យទាំងអស់នេះក្នុងពេលតែមួយ ទោះបីជាវាត្រូវបានរីករាលដាលក៏ដោយ។

ឧបករណ៍បញ្ជា DMA រក្សាបញ្ជីនៃកន្លែងដែលទិន្នន័យនីមួយៗមានទីតាំងនៅ។ បន្ទាប់មកវាធ្វើតាមបញ្ជីនោះដើម្បីប្រមូលបំណែក ហើយផ្ទេរវាជាប្លុកតែមួយ។

អត្ថប្រយោជន៍នៃការ Scatter-Gather DMA

• ផ្លាស់ទីទិន្នន័យដែលខ្ចាត់ខ្ចាយដោយគ្មានជំហានបន្ថែម។

• ត្រូវការសញ្ញាតិចជាងទៅ CPU ។

• ធ្វើឱ្យការផ្ទេរទិន្នន័យកាន់តែលឿន និងរលូន។

• សន្សំទំហំអង្គចងចាំដោយជៀសវាងច្បាប់ចម្លងបន្ថែម។

DMA និងសមកាលកម្មឃ្លាំងសម្ងាត់

DMA ផ្លាស់ទីទិន្នន័យដោយផ្ទាល់រវាងឧបករណ៍ និងអង្គចងចាំ ខណៈពេលដែល CPU ជាញឹកញាប់ធ្វើការជាមួយឃ្លាំងសម្ងាត់ផ្ទាល់ខ្លួនរបស់វា។ ដោយសារតែនេះ CPU និង DMA ពេលខ្លះអាចមើលឃើញកំណែផ្សេងគ្នានៃទិន្នន័យដូចគ្នា។ វាជាបញ្ហាព្រោះប្រសិនបើឃ្លាំងសម្ងាត់ CPU នៅតែមានទិន្នន័យចាស់ ការផ្លាស់ប្តូរដែលធ្វើឡើងដោយឧបករណ៍អាចត្រូវបានមិនអើពើ។ ប្រសិនបើ CPU មានទិន្នន័យថ្មីតែនៅក្នុងឃ្លាំងសម្ងាត់របស់វា ឧបករណ៍អាចអានតម្លៃហួសសម័យពីអង្គចងចាំ។ វាត្រូវបានជួសជុលដោយ៖

• ស៊ីភីយូអាចបញ្ចេញឃ្លាំងសម្ងាត់មុនពេលឧបករណ៍អាន ដូច្នេះអង្គចងចាំមានទិន្នន័យថ្មីបំផុត។

• CPU អាចធ្វើឱ្យឃ្លាំងសម្ងាត់មានសុពលភាពបន្ទាប់ពីឧបករណ៍សរសេរ ដូច្នេះវាផ្ទុកទិន្នន័យដែលបានធ្វើបច្ចុប្បន្នភាពពីអង្គចងចាំ។

• ប្រព័ន្ធដំណើរការទំនើបប្រើឃ្លាំងសម្ងាត់ DMA ដែលគ្រប់គ្រងវាដោយស្វ័យប្រវត្តិ។

តួនាទីរបស់ IOMMU ក្នុងសុវត្ថិភាព DMA

ការព្រួយបារម្ភអំពីសន្តិសុខ៖ ការវាយប្រហារ និងការការពារ DMA

ហានិភ័យសន្តិសុខ

• ការលួចទិន្នន័យតាមរយៈការចូលប្រើ DMA ដោយគ្មានការអនុញ្ញាត។

• ការចាក់មេរោគទៅក្នុងអង្គចងចាំប្រព័ន្ធ។

• Thunderbolt អ្នកបំរើអាក្រក់វាយប្រហារលើកុំព្យូទ័រយួរដៃ។

2 ការការពារ

• បើក IOMMU / VT-d / AMD-Vi ។

• ប្រើការការពារខឺណែល DMA (វីនដូ)។

• បិទច្រកខាងក្រៅដែលមិនបានប្រើ។

• ប្រើកុំព្យូទ័រដែលមានសុវត្ថិភាព និងការរឹតបន្តឹង BIOS/UEFI ។

កម្មវិធីផ្សេងៗគ្នានៃ DMA

ការផ្ទេរថាស និងឧបករណ៍ផ្ទុក

DMA អនុញ្ញាតឱ្យ hard drive, SSD និង optical drives ផ្លាស់ទីប្លុកទិន្នន័យធំដោយផ្ទាល់ទៅក្នុងអង្គចងចាំដោយមិនដាក់បន្ទុកដល់ CPU ។

ចំណុចប្រទាក់បណ្តាញ

កាតបណ្តាញប្រើ DMA ដើម្បីផ្ទេរកញ្ចប់ព័ត៌មានចូល និងចេញយ៉ាងឆាប់រហ័ស ដែលអនុញ្ញាតឱ្យមានការទំនាក់ទំនងល្បឿនលឿនដោយមិនបន្ថយល្បឿនដំណើរការ។

ដំណើរការអូឌីយ៉ូ និងវីដេអូ

កាតសំឡេង ដំណើរការក្រាហ្វិក និងឧបករណ៍ចាប់យកវីដេអូពឹងផ្អែកលើ DMA ដើម្បីដោះស្រាយការផ្សាយទិន្នន័យបន្តជាមួយនឹងភាពយឺតយ៉ាវតិចតួចបំផុត។

ប្រព័ន្ធបង្កប់

Microcontrollers ប្រើ DMA ដើម្បីបញ្ចេញចលនាទិន្នន័យម្តងហើយម្តងទៀត (ដូចជាការអាន ADC ឬសតិបណ្ដោះអាសន្ន UART) ដោយសេរីវដ្ត CPU សម្រាប់កិច្ចការត្រួតពិនិត្យ។

ការបង្ហាញក្រាហ្វិក

GPUs អនុវត្ត DMA សម្រាប់ការផ្ទុកវាយនភាព និងការអាប់ដេតស៊ុម គាំទ្រការបង្ហាញដោយរលូននៅក្នុងហ្គេម និងកម្មវិធីដែលមើលឃើញ។

សេចក្តីសន្និដ្ឋាន

Direct Memory Access (DMA) បង្កើនប្រសិទ្ធភាពកុំព្យូទ័រដោយផ្លាស់ទីទិន្នន័យដោយផ្ទាល់រវាងអង្គចងចាំ និងឧបករណ៍ដោយមិនពឹងផ្អែកលើ CPU ។ នេះកាត់បន្ថយការពន្យារពេល កាត់បន្ថយការប្រើប្រាស់ថាមពល និងអនុញ្ញាតឱ្យប្រតិបត្តិការកាន់តែរលូននៅក្នុងកិច្ចការដូចជាការផ្ទុក បណ្តាញ និងក្រាហ្វិក។ ជាមួយនឹងមុខងារគ្រប់គ្រងកំហុស និងសុវត្ថិភាពដែលភ្ជាប់មកជាមួយ DMA នៅតែជាវិធីសាស្រ្តដែលអាចទុកចិត្តបានសម្រាប់ការផ្ទេរទិន្នន័យរហ័ស និងមានប្រសិទ្ធភាព។

សំណួរដែលគេសួរញឹកញាប់ [FAQ]

តើ DMA ខុសពី I/O ដែលបានសរសេរកម្មវិធីយ៉ាងដូចម្តេច?

DMA ផ្ទេរទិន្នន័យដោយប្រើឧបករណ៍បញ្ជា ខណៈពេលដែល I/O ដែលបានសរសេរកម្មវិធីពឹងផ្អែកលើ CPU សម្រាប់រាល់ការផ្ទេរ។

តើ DMA សន្សំថាមពលដោយរបៀបណា?

វាដោះលែងស៊ីភីយូពីការផ្ទេរថេរ, អនុញ្ញាតឱ្យវាចូលទៅក្នុងស្ថានភាពថាមពលទាបកាន់តែញឹកញាប់.

តើអង្គចងចាំអ្វីដែល DMA អាចចូលប្រើបាន?

DMA អាចចូលប្រើ RAM ប្រព័ន្ធ អង្គចងចាំវីដេអូ អង្គចងចាំសតិបណ្ដោះអាសន្ន និងពេលខ្លះចម្លងទិន្នន័យរវាងតំបន់អង្គចងចាំ។

តើ DMA អាចគ្រប់គ្រងឧបករណ៍ច្រើនក្នុងពេលតែមួយបានទេ?

បាទ ឧបករណ៍បញ្ជា DMA ប្រើអាទិភាព និងអាជ្ញាកណ្តាលដើម្បីសម្រេចចិត្តថាឧបករណ៍ណាមួយផ្ទេរមុនគេ។

តើអ្វីទៅជាដែនកំណត់ចម្បងរបស់ DMA?

វាមិនមានប្រសិទ្ធភាពសម្រាប់ការផ្ទេរតូចៗ ហើយអាចបណ្តាលឱ្យមានភាពមិនស៊ីសង្វាក់គ្នានៃឃ្លាំងសម្ងាត់ដោយគ្មានការធ្វើសមកាលកម្មត្រឹមត្រូវ។

ហេតុអ្វីបានជា DMA មានសារៈសំខាន់នៅក្នុងប្រព័ន្ធជាក់ស្តែង?

វាផ្តល់នូវការផ្ទេរទិន្នន័យលឿន និងមានភាពយឺតយ៉ាវទាប ដូច្នេះ CPU អាចផ្តោតលើកិច្ចការសំខាន់ៗ។