link560 link561 link562 link563 link564 link565 link566 link567 link568 link569 link570 link571 link572 link573 link574 link575 link576 link577 link578 link579 link580 link581 link582 link583 link584 link585 link586 link587 link588 link589 link590 link591 link592 link593 link594 link595 link596 link597 link598 link599 link600 link601 link602 link603 link604 link605 link606 link607 link608 link609 link610 link611 link612 link613 link614 link615 link616 link617 link618 link619 link620 link621 link622 link623 link624 link625 link626 link627 link628 link629 link630 link631 link632 link633 link634 link635 link636 link637 link638 link639 link640 link641 link642 link643 link644 link645 link646 link647 link648 link649 link650 link651 link652 link653 link654 link655 link656 link657 link658 link659 link660 link661 link662 link663 link664 link665 link666 link667 link668 link669 link670 link671 link672 link673 link674 link675 link676 link677 link678 link679 link680 link681 link682 link683 link684 link685 link686 link687 link688 link689 link690 link691 link692 link693 link694 link695 link696 link697 link698 link699

PersCom — Компьютерная Энциклопедия Компьютерная Энциклопедия

Ввод-вывод

Прямой доступ к памяти (ПДП)

Прямой доступ к памяти (ПДП)

В ЭВМ используются два основных способа организации передачи данных между памятью и периферийными устройствами: программно- управляемая передача и прямой доступ к памяти (ПДП).

Программно-управляемая передача данных осуществляется при непосредственном участии и под управлением процессора. Например, при пересылке блока данных из периферийного устройства в оперативную память процессор должен выполнить следующую последовательность шагов:

  1. Cформировать начальный адрес области обмена ОП.
  2. Занести длину передаваемого массива данных в один из внутренних регистров, который будет играть роль счетчика.
  3. Выдать команду чтения информации из УВВ. При этом на шину адреса из МП выдается адрес УВВ, на шину управления — сигнал чтения данных из УВВ, а считанные данные заносятся во внутренний регистр МП.
  4. Выдать команду записи информации в ОП. При этом на шину адреса из МП выдается адрес ячейки оперативной памяти, на шину управления — сигнал записи данных в ОП, а на шину данных выставляются данные из регистра МП, в который они были помещены при чтении из УВВ.
  5. Модифицировать регистр, содержащий адрес оперативной памяти.
  6. Уменьшить счетчик длины массива на длину переданных данных.
  7. Если переданы не все данные, то повторить шаги 3-6, в противном случае закончить обмен.

Программа чтения данных в память, реализующая описанные выше действия, может иметь следующий вид:

SETUP: MOV AX,SEGMENT ; настройка сегментного регистра

MOV DS,AX

MOV DI,OFFSET ; настройка адреса

MOV CX,COUNT ; количество байт

MOV DX,IOPORT ; DX = порт ввода/вывода

READ: IN AL,DX ; чтение байта из порта

MOV [DI],al ; сохранить данные

INC DI ; увеличить индекс

LOOP READ ; продолжить до тех пор, пока CX = 0

CONT: ...... ; продолжение программного кода

Как видно, программно-управляемый обмен ведет к нерациональному использованию мощности микропроцессора, который вынужден выполнять большое количество относительно простых операций, приостанавливая работу над основной программой. При этом действия, связанные с обращением к оперативной памяти и к периферийному устройству, обычно требуют удлиненного цикла работы микропроцессора из-за их более медленной по сравнению с микропроцессором работы, что приводит к еще более существенным потерям производительности ЭВМ.

Альтернативой программно-управляемому обмену служит прямой доступ к памяти — способ быстродействующего подключения внешнего устройства, при котором оно обращается к оперативной памяти, не прерывая работы процессора. Такой обмен происходит под управлением отдельного устройства — контроллера прямого доступа к памяти (КПДП). Структура ЭВМ, имеющей в своем составе КПДП, представлена на рисунке (см. рисунок ниже).

 

Процедура передачи данных в режиме ПДП состоит в следующем:

  • Запрос DREQ (Dma REQuest) на начало передачи поступает в контроллер ПДП в виде элек-трического сигнала из внешнего устройства.
  • КПДП посылает в процессор запрос канала HOLD.
  • Процессор заканчивает текущий канальный цикл и предоставляет канал, о чем сообщает сигналом HLDA (предоставление канала).
  • КПДП сообщает устройству ввода-вывода о начале выполнения циклов прямого доступа к памяти (DACK).
  • КПДП генерирует канальные циклы (т.е. нужные адреса и последовательности управляющих сигналов), в которых между памятью и внешним устройством происходит обмен байтами (или словами).

Временная диаграмма режима ПДП приведена на рисунке (см. рисунок ниже).

 

Перед началом обмена программа должна указать контроллеру ПДП:

  • начальный адрес массива в памяти, куда (или откуда) будет передача;
  • направление передачи (в память или из нее);
  • количество байтов (или слов), которые надо передать;
  • как реагировать на сигнал запроса......
  • некоторые другие условия (см. далее описание КПДП для PC-совместимых компьютеров).

Передача массива данных по каналу состоит из последовательности так называемых циклов DMA. Цикл DMA для передач между памятью и устройством ввода-вывода представляет собой комбинацию одновременного выполнения шинных команды обращения к памяти (-MEMR или -MEMW) и команды обращения к порту (-IOW или -IOR, соответственно), во время которого на шине адреса активен адрес памяти. Активный порт в цикле DMA определяется косвенным образом по комбинации активных сигналов DRQ и -DACK. Реагировать на сигналы -IOW и -IOR в цикле DMA может только тот порт, который вызвал активизацию сигнала DRQ и получил подтверждение в виде соответствующего сигнала -DACK.

После того как один из каналов запрограммирован на необходимую передачу (запрограммирован канал контроллера DMA и регистр памяти страниц DMA), запускается устройство ввода-вывода, подключенное к этому каналу. С этого момента обслуживание обмена поручается подсистеме DMA, а микропроцессор может быть занят чем-либо другим. Когда устройство становится готовым к обмену, оно выдает запрос на обслуживание DRQ (см. рисунок ниже). Если данный канал в этот момент не замаскирован, подсистема DMA выдает запрос на захват шины у микропроцессора.

Когда микропроцессор готов освободить шину, он подтверждает запрос на захват шины сигналом HOLDA, а шина поступает в распоряжение подсистемы DMA. После этого выполняются действия по выдаче адреса ячейки памяти, с которой будет выполняться обмен по каналу контроллера DMA.

Начало передачи может происходить не только по внешнему сигналу, но и по команде, устанавливающей нужный бит в нужном порте, — по аналогии с прерыванием.

В ходе передачи КПДП может поддерживать три режима передачи:

  1. Одиночная передача — на каждый фронт сигнала запроса передается одно слово данных. DRQ должен быть активным, пока не активизируется соответствующий DACK. Если DRQ активен на протяжении одиночной передачи, контроллер переходит в неактивное состояние по выполнении одной передачи и освобождает шину системе.
  2. Передача по запросу — после подачи сигнала запроса передача продолжается до тех пор, пока сигнал запроса активен, и прекращается, если ВНУ снимает сигнал запроса, хотя передача и не завершена (т.е. не передано количество слов, указанное при программировании КПДП
  3. Блочная передача — после подачи сигнала запроса передаются все запрошенные слова, независимо от дальнейшего поведения сигнала запроса. DRQ должен быть активным, пока не появится активный DACK.

В качестве примера отметим шину ISA. Магистраль обеспечивает подключение до семи внешних устройств, работающих в режиме прямого доступа к памяти, и до 11 запросов прерываний от УВВ. Еще четыре запроса прерываний зарезервированы за устройствами, входящими в состав стандартной конфигурации ЭВМ, и на магистраль не выведены.



Программирование

Перед началом работы необходимо запрограммировать все регистры, представленные в таблице (см. таблица ниже). Часть из них программируется при инициализации системы.

Программируются:

•начальный адрес памяти для обмена;
•уменьшенное на единицу число передаваемых байтов;
•направление обмена,
•требуемые режимы работы (разрешить или запретить циклическое изменение приоритетов, автоинициализацию, задать направление изменения адреса при обмене и т. д.);
•запрограммированный канал должен быть демаскирован (бит маски канала устанавливается при этом в 0), после чего он может принимать сигналы "Запрос на ПДП", генерируемые тем внешним устройством, которое обслуживается через этот канал. Сигнал "Запрос на ПДП" может быть также инициирован установкой в 1 бита запроса данного канала в регистре запросов контроллера.