Прямой доступ к памяти (ПДП)

Подробности

Родительская категория: Ввод-вывод

Категория: 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.