11.2. Прямой доступ к памяти

В системах ввода-вывода 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 (рис. II. 1, а) осуществляется при непосредственном участии и под управлени­ем процессора, который при этом выполняет специальную под­программу ввода-вывода. Данные между памятью и периферий­ным устройством пересылаются через процессор. Операция вво­да-вывода инициируется те ,ей командой программы или-запросом прерывания от пер рийного устройства

При программно-управляемой передаче данных процессор на все время этой операции отвлекается от выполнения основной программы решения задачи. Операция пересылки данных логи­чески слишком проста, чтобы эффективно загружать логически сложную быстродействующую аппаратуру процессора. В ре­зультате при использовании программно-управляемой передачи данных снижается производительность вычислительной машины.

Вместе с тем при пересылке блока данных процессору при­ходится для каждой единицы передаваемых данных (байт, сло­во) выполнять довольно много команд, чтобы обеспечить буфе­ризацию данных, преобразование форматов, подсчет количества переданных данных, формирование адресов в памяти и т. п. В результате скорость передачи данных при пересылке блока данных даже через высокопроизводительный процессор не пре­вышает 0,02—0,05 Мбайт/с, что недостаточно для работы с вы­сокоскоростными периферийными устройствами (например, с ЗУ на дисках и барабанах, с аналого-цифровыми преобразователя­ми и т. п.), и может оказаться вообще неприемлемой для систем управления, работающих в реальном времени. Между тем по­тенциально возможная максимальная скорость обмена данными при вводе-выводе определяется пропускной способностью памя­ти, которая, например, при цикле памяти 0,5 мкс составляет 2b Мбайт/с, где b — ширина выборки, измеряемая числом байт, одновременно записываемых (считываемых) в памяти.

Для быстрого ввода-вывода блоков данных и разгрузки процессора от управления операциями ввода-вывода используют прямой доступ к памяти. Прямым доступом к памяти называется способ обмена данными, обеспечивающий автономно от процессора установление связи и передачу данных между ОП и ПУ (рис. 11.1,6 и в).

Прямой доступ к памяти освобождает процессор или микро­процессор от управления операциями ввода-вывода, позволяет осуществлять параллельно во времени выполнение процессором (микропроцессором) программы с обменом данными между пе­риферийным устройством и ОП, производить этот обмен со ско­ростью, ограничиваемой только пропускной способностью ОП или ПУ. Таким образом, ПД-П, разгружая процессор (микропро­цессор) от обслуживания операций ввода-вывода, способствует возрастанию общей производительности ЭВМ или микроЭВМ. Повышение предельной скорости ввода-вывода информации де­лает машину более приспособленной для работы в системах реального времени. Прямым доступом к памяти управляет ион-, троллер ПДП, который- выполняет следующие функции:

управление инициируемой процессором или ПУ передачей данных между ОП и ПУ;

задание размера блока данных, который подлежит передаче, и области памяти, используемой при передаче, - формирование адресов ячеек ОП, участвующих в передаче;

подсчет числа единиц данных (байт, слов), передаваемых от ПУ в ОП или обратно, и определение момента завершения за­данной операции ввода-вывода.

Указанные функции реализуются контроллером ПДП обыч­но с помощью одного или нескольких буферных регистров РгБ,

регистра — счетчика текущего адреса данных РгТАД и счет­чика текущих данных ТСчД (рис. 11.2).

При инициировании опера­ции ввода-вывода в ТСчД зано­сится размер подлежащего пере­даче блока (число байт или слов), а в РгТАД— начальный адрес области памяти, использу­емой при передаче. При переда­че каждого байта содержимое РгТАД увеличивается на 1, при этом формируется адрес очеред­ной ячейки 0/7, участвующей в передаче. Одновременно умень­шается на 1 содержимое ТСчД. Обнуление ТСчД указывает на завершение передачи. Контрол­лер ПДП обычно имеет более высокий приоритет в занятии цикла памяти по сравнению с про­цессором. Управление памятью переходит к контроллеру ПДП, как только завершится цикл ее работы, выполняемый для теку­щей команды процессора,

Прямой доступ к памяти обеспечивает высокую скорость обмена данными за счет того, что управление обменом произво­дится не программным путем, а аппаратурными средствами.

В крупных и средних ЭВМ ПДП является основным спосо­бом осуществления операций ввода-вывода. Некоторые микро­ЭВМ имеют программно-управляемый обмен данными при вво­де-выводе. Однако при необходимости имеется возможность^ добавления в состав микроЭВМ корпуса микросхемы контролле­ра ПДП. В таком случае программно-управляемый обмен со­храняют для операций ввода-вывода отдельных байт (слов), которые выполняются быстрее, чем при ПДП, так как исключа­ются потери времени на программно-управляемую установку начальных состояний регистров и счетчиков контроллера ПДП.