Trabajo de Investigación

CC51B

ULTRA DMA/33

Juan Gustavo Pavez Vera

Fecha: 26 de Noviembre de 1998

TABLA de Contenidos

Resumen *

DMA *

Ultra DMA *

Desempeño y Beneficios *

Incremento en la tasa de envío *

Utilización de CPU *

Integridad de Datos *

Plug & Play *

Consideraciones de uso de Ultra DMA *

Sistema operativos que Soportan Ultra DMA *

Discos Duros / BIOS / Interfaz Ultra DMA *

Conclusiones *

Bibliografía y Referencias *

Sitios Web *

 

Resumen

La tecnología Ultra DMA, conocida también como DMA/33, es una tecnología de interface EIDE que permite tranferencias de datos a alta velocidad utilizando comandos DMA que logran tranferencias de hasta 33MB/s, el doble del actual DMA.

Ultra DMA se basa en la tecnología DMA, la cual es un método de transaferencia de información desde dispositivos tales como discos duros o una tarjeta controladora directamente a memoria RAM, sin que intervenga el procesador. Debido a que el procesador no interfiere en esta operación, las transaferencia directas son usualmente más rápidas.

Además, para mejorar la rapidez, Ultra DMA desarrolló un nuevo control de errores para la interfaces EIDE: CRC, Cyclical Redundany Check, la cual detecta los errores de transmisión manteniendo la integridad de datos.

Para utilizar UltraDMA es necesario contar con lo siguiente

    1. Un Disco duro Compatible con Ultra DMA
    2. Una Bios Compatible con Ultra DMA
    3. Un sistema Operativo que soporte Ultra DMA

 

Los precursores en esta tecnología fueron Intel y Quantum, en particular este último quien es el que patentó la tecnología Ultra DMA.

Actualmente trabajan en Ultra DMA las potencias en la Industria de los Discos Duros:

 

Estos avances se han visto reflejados el las mejoras de desempeño de aplicaciones que son intensivas en disco, sobre todo en aplicaciones de multimedias "pesadas".

Los nombres con los que también es conocido a Ultra DMA son Ultra ATA y Fast ATA-2

Una alternatva de estas tecnologías es la Programmed Input/Output, Interfaz en la cual todos los datos transmitidos pasan por CPU.

 

Nota: Una copia de este docupento se encuentra en http://www.dcc.uchile.cl/~jpavez/ultradma.html

DMA

Direct Memory Access es la capacidad que proveen algunas arquitecturas de buses de computadas que permiten enviar datos de disco u otro dispositivo directamente a memoría, sin que intervenga el procesador en esta operación.

La transferencia del DMA es controlada por un chip especial conocido como el Controlador DMA. La mayoría de los PCs ocupan dos de estos Chip para proveer ocho canales numerados del 0 al 7. De estos sólo se usan siete: el canal 4 con el 2 están juntos. El resto se divide de la siguiente manera:

 

En una configuración con DMA, por lo general una porción de memoria es detinada para el uso de acceso directo. En el estandar de Buses ISA, se puede usar hasta los 16MB direccionados por DMA. En el estandar EIDE y MCA se permite accesar todas las direcciones de memoria, asumiendo obviamente que son direccionables por 32 bits.

Ultra DMA

En Folsom, California el 14 de Junio de 1996 Quantum e Intel anuncian un nuevo protocolo para discos de Interfaz ATA/IDE, que duplica la actual tasa de transferencia a 33 MB/s. El nuevo protocolo, llamado Ultra DMA/33 es una tecnología patentada por Quantum. Para su exito es crucial que los nuevos chips para PCs permitan tomar ventaja de la velocidad de transferencia y es ahí donde interviene Intel.

El nuevo protocolo de transferencia fue de interés de la principales Industrias líderes en fabricación de discos duros como IBM, Maxtor, Seagate Technology, Western Digital, Fujitsu y Toshiva, entre otras. Mientras tanto, Quantum trabajaba desarrollando el estandar ATA con los Fabricantes de Chips.

Ya a comienzos de 1997, parten los primeros productos con Ultra DMA, el cual duplica la velocidad del actual sin tener que hacer cambios drásticos en el cableado ni conexiones de dispositivos (como lo sería cambiar a SCSI).

Desempeño y Beneficios

A grandes rasgos se podría decir que Ultra DAM duplica la velocidad de transferencia de disco a RAM, pero eso no es todo. Ultra DMA tiene otras ventajas que son dignas de mensionar.

Incremento en la tasa de envío

Cuando se utiliza un mecanismo normal de traspaso ed información, se necesitan buffers en memoria grandes para mejorar el desempeño de las aplicaciónes intensivas en disco. Con la Interfaz Ultra DMA, se puede mantener un pequeño buffer en memoria, debido a su alta tasa de tranferencia.

 

Modo de Transferencia

PIO Mode 1

PIO Mode 3

PIO Mode 4

DMA Multi-Palabra

Ultra DMA

Mode 2

Tasa (max) de Transferencia

5.2 MB/s

11.1 MB/s

16.6 MB/s

16.6 MB/s

33.3 MB/s

Utilización de CPU

El impacto en la utilización de la CPU es notable. El siguiente es el resultado del WinBench 97 benchmark, realizado sobre un Fireball ST de Quantum y una Motherboard Intel MMX.

Modo

Read/Utilización CPU

Write/Utilización CPU

PIO Mode 4

80.2 %

96.8 %

DMA Mode 2

68.9 %

76.2 %

Ultra DMA/33

60.4 %

49.6 %

 

Como se muestra en la tabla, Ultra DMA tiene mejor desempeño que el resto de los Modos ATA.

Con Ultra DMA, la CPU puede ser liberada para realizar otras operaciones, lo cual se traduce en mejoras en el tiempo de proceso.

Además, con este envió masivo de datos a estas velocidades, los ciclos de espera también son eliminados, lo cual incrementa la velocidad real de ejecución del los programas.

Integridad de Datos

Además de los benefición de desempeño, el protocolo Ultra DMA también introduce un mecanismo de protección de datos, llamado Cyclical Redundancy Check (CRC). El CRC es calculado para cada envío (como un Checksum) tando por el computador como por el disco duro y luego almacenado en el Registro de CRC. Una vez que la transferencia termina, el computador le reenvía el contenido del Registro CRC al disco, el cual ahora lo compara con su propio registro.

Plug & Play

Aun cuando no todas las Motherboard aprovechan las ventajas del una interfaz Ultra DMA/33, esto no impide que los discos puedan se ocupados como ATA comunes. Es más, son reconocidos como ATA por la BIOS que reconocen ATA estandar.

Hoy en día (20-Nov-98) la mayoría de los fabricantes de Motherboard Soportan Ultra DMA.

Consideraciones de uso de Ultra DMA

La mayoría de los discos Quantum que están en el mercado de interfaz EIDE son Ultra DMA, pero antes de comprar uno, hay que considerar lo siguiente:

Sistema operativos que Soportan Ultra DMA

Sistema Operativo

Soportado

Comentario

DOS

No

 

Windows 95

Si, con upgrade

Los drivers de Windows 95 soporta soportan sólo PIO. Ultra DMA es soportado completamente actualizando a los últimos driver para Bus Master DMA de Intel.

Windows NT

Si, con upgrade

Idem.

Windows 98

Si

Los drivers de Windows 98 soportan completamente DMA y Ultra DMA.

OS/2 Warp 4.0

Si, con upgrade

Ultra DMA es soportado actualizando a los últimos driver para Bus Master DMA de IBM OS/2.

 

Los upgrade nombrados anteriomente se deberían obtener en Intel o IBM, según corresponda el caso.

Discos Duros / BIOS / Interfaz Ultra DMA

 

El uso de las ventajas del Ultra DMA, depende de si se cuenta con los requerimientos necesarios de hardware y Software.

 

Como se aprecia en la imagen, se pueden dar los siguiente casos:

La BIOS consulta al disco usando PIO

La BIOS levanta el Disco y el Chipset

El Sistema Operativo detecta soporte para DMA.

      1. Si es soportado DMA o Ultra DMA, entoces se utilizan comandos DMA para lectura y escritura.
      2. Si no es soportado DMA ni Ultra DMA o si la BIOS no soporta al DMA, entonces el default es trabajar con PIO.

 

Conclusiones

 

Ultra DMA se convierte en una alternativa real de mejoramiento de desempeño de los computadores personales que ejecutan aplicaciones intensivas en disco, como lo son la mayoria de las aplicaciones multimediales. Se puede decir que es lo que faltaba en desarrollo tecnológico de Discos, frente al gran avance que han tenido los chips.

Aun cuando hay algunos retractores que plantean que esta tecnología está lejos de ser popular, a mi parecer esto se debe nada más al hecho de la inercia que existe en el mercado de computadores, que en un corto plazo termina por adoptar lo mejor.

Por otra parte, la tendencia actual de los precios de las componentes (en particular discos) es seguir bajando, por lo que las modificaciones que se deben hacer para adoptar esta tecnología son relativamente pequeñas:

 

Por lo tanto, se puede decir que se está frente de una alternativa de altos beneficios con un bajo impacto, permitiendo acercar los beneficios de los avances tecnológicos al escritorio de cada persona.

Bibliografía y Referencias

    1. The complete PC Upgrade & Maintenance Guide; Mark Minasi
    2. Sitios Web

    3. Quantum Corportion :
    4. http://www.quantum.com

    5. Western Digital Corporation :
    6. http://www.wdc.com/products/drives/drivers-ed/udmatp.html

    7. Maxtor Corporation
    8. http://www.maxtor.com

    9. Intel
    10. http://developer.intel.com/design/pcisets/busmastr/bmfaq.htm

    11. Whatis?

http://www.whatis.com/ultradma.htm