В МПС используются два основных способа организации передачи данных между памятью и ПУ: программно управляемая передача и прямой доступ к памяти ПДП (Direct Memory Access - DMA).
Программно управляемая передача данных осуществляется при непосредственном участии и под управлением процессора. При этом действия, связанные с обращением к ОП и к ВУ, обычно требуют удлиненного цикла работы МП, что приводит к еще более существенным потерям производительности.
Прямой доступ к памяти - способ быстродействующего подключения ВУ, при котором оно обращается к ОП, не прерывая работы МП. Такой обмен происходит под управлением отдельного устройства - контроллера прямого доступа к памяти (КПДП). Схема включения КПДП в состав микропроцессорной системы представлена на рис.
Перед началом работы КПДП необходимо инициализировать: занести начальный адрес области ОП, с которой производится обмен, и длину передаваемого массива данных. В дальнейшем по сигналу запроса прямого доступа КПДП фактически выполняет все те действия, которые обеспечивал МП при программно управляемой передаче.
|
|
Последовательность действий КПДП при запросе на прямой доступ к памяти со стороны ВУ:
1. Принять запрос на ПДП (сигнал DRQ) от ВУ.
2. Сформировать запрос к МП на захват шин (сигнал HRQ).
3. Принять сигнал от МП (HLDA), подтверждающий факт перевода МП своих шин в 3е состояние.
4. Сформировать сигнал, сообщающий устройству ввода-вывода о начале выполнения циклов прямого доступа к памяти (DACK).
5. Сформировать на шине адреса компьютера адрес ячейки памяти, предназначенной для обмена.
6. Выработать сигналы, обеспечивающие управление обменом (IOR, MW для передачи данных из ВУ в оперативную память и IOW, MR для передачи данных из ОП в ВУ).
7. Уменьшить значение в счетчике данных на длину переданных данных.
8. Проверить условие окончания сеанса прямого доступа (обнуление счетчика данных или снятие сигнала запроса на ПДП). Если условие окончания не выполнено, то изменить адрес в регистре текущего адреса на длину переданных данных и повторить шаги 5-8.
Прямой доступ к памяти позволяет осуществлять обмен данными между ВУ и ОП параллельно с выполнением процессором программы. Структура КПДП представлена на рис. Контроллер состоит из 4 идентичных каналов, позволяющих подключить к системе до четырех устройств, работающих в режиме ПДП. В состав каждого канала входят следующие регистры:
· MR (Mode Register) - регистр режима. Определяет следующие параметры передачи:
o порядок изменения (увеличения или уменьшения) адреса ОП при передаче;
o возможность автоинициализации;
o режим обслуживания:
o одиночная передача (КПДП возвращает магистраль процессору после каждого цикла ПДП);
|
|
o блочная передача (контроллер владеет магистралью в течение передачи всего массива);
o по требованию (окончание передачи определяется снятием сигнала DRQ или подачей сигнала IEOP на внешний вход КПДП);
o каскадирование;
· CAR (Current Address Register) - регистр текущего адреса;
· BAR (Base Address Register) - базовый регистр адреса;
· CWR (Current Word Register) - текущий счетчик данных;
· WCR (Word Control Register) - базовый счетчик данных.
Значения в регистрах BAR и WCR устанавливаются при инициализации и в ходе циклов ПДП не меняются. В регистры CAR и CWR в начале выполнения ПДП заносятся значения из регистров BAR и WCR соответственно. При выполнении ПДП эти регистры изменяются.
Управляющие регистры, общие для всего контроллера:
· CR (Command Register) - регистр команд - определяет:
o режим память-память или обычный. В этом режиме осуществляется обмен по схеме ПДП между двумя областями ОП (только для каналов 0 и 1) с использованием буферного р-ра TR (Temporary Register);
o запрет/разрешение ПДП;
o порядок изменения приоритетов каналов:
o фиксированный приоритет;
o циклическое изменение приоритета после обработки запроса на ПДП по одному из каналов;
o явное указание наиболее приоритетного канала;
o уровень сигналов DRQ и DACK (настройка на активный уровень сигналов под особенности работы внешних устройств);
· SR (Status Register) - регистр условий: используется для фиксации признаков обмена по каждому из каналов и программных запросов на ПДП.
Во избежание ложных срабатываний ВУ, не использующих в данный момент режим прямого доступа, КПДП во время режима ПДП вырабатывает сигнал AEN, который блокирует работу остальных ВУ:
Для увеличения количества внешних устройств, которые могут быть подключены к МП в режиме ПДП, используется каскадное включение КПДП (рис.).
При этом ведомый КПДП подключается к одному из каналов ведущего контроллера по схеме подключения внешнего устройства, а непосредственно с микропроцессором связывается только ведущий контроллер. В стандартной конфигурации персональной ЭВМ применяются два КПДП (ведущий и ведомый), которые позволяют подключить до 7 внешних устройств, причем 2 канала закреплены за накопителями на жестком и гибком дисках. В максимальной конфигурации при использовании ведущего и 4 ведомых КПДП, подключенных к каждому из каналов ведущего, к МП можно подключить до 16 внешних устройств, работающих в режиме ПДП.