9.1. Способы обмена данными между устройствами
вычислительной системы.
В системах ввода-вывода используются два основных способа организации обмена данными: программно-управляемая передача и прямой доступ к памяти.
Программно-управляемый обмен данными осуществляется при непосредственном участии и под управлением МП.
Данные между основной памятью и периферийным устройством (ПУ) пересылаются через МП:
Операция ввода-вывода инициируется текущей командой прог-
раммы или
запросом прерывания от периферийного
устройства.
ОП
МП
ПУ
вывода, отвлекаясь от выполнения основной программы.
Программно-управляемый способ может быть эффективен только
для операций ввода-вывода отдельных байт (слов) и поэтому используется для обмена данными между МП и другими устройствами вычислительной системы.
В случае же обмена блоками данных между памятью и периферийным устройством при использовании этого способа МП придётся для каждой единицы блока (байта или слова) выполнять довольно много команд, чтобы обеспечить буферизацию данных, преобразование форматов, подсчёт количества переданных данных, формирование адресов в памяти и т.п.
В результате скорость передачи данных окажется недостаточной для работы с высокоскоростными периферийными устройствами (например, с ЗУ на дисках и барабанах, с АЦП и т.п.). Более того, эта скорость может оказаться вообще неприемлемой для систем, работающих в реальном масштабе времени.
Кроме того, операция пересылки данных логически слишком проста, чтобы эффективно загружать логически сложную быстродействующую аппаратуру процессора.
Поэтому для быстрого ввода-вывода блоков данных и разгрузки МП от управления операциями ввода-вывода используют прямой доступ к памяти.
Прямым доступом к памяти (ПДП) называется способ обмена данными, обеспечивающий автономно от микропроцессора установление связи и передачу данных между основной памятью и периферийным устройством.
ПДП освобождает МП от управления операциями ввода-вывода, позволяет совмещать во времени выполнение программы с обменом данными между периферийным устройством и основной памятью, причём производить этот обмен со скоростью, ограниченной только пропускной способностью памяти или периферийного устройства.
Прямым доступом к памяти управляет контроллер ПДП. При этом возможно использование как общей, так и отдельной шины для связи с памятью:
ОП
МП
Контроллер ПДП
ПУ
Инициирование
ПДП
Контроллер
ПДП выполняет следующие
функции:
а)
управление инициируемой МП или ПУ
передачей
данных между ОП и ПУ;
б) задание размера блока данных, который подлежит передаче, и области памяти, исполь- зуемой при передаче;
в) формирование адресов ячеек ОП, участвующих в передаче;
г) подсчёт числа единиц данных (байт, слов), передаваемых от ОП в ПУ или обратно, и определение момента завершения заданной операции ввода-вывода.
Структурная схема контроллера ПДП включает один или несколько буферных регистров РгБ, регистр-счётчик текущего адреса данных РгТАД, счёт-чик текущих данных СчТД и устройство управления УУ.
ОП
РгТАД
СчТД
УУ
РгБ
ПУ
При
инициировании операции ввода-вывода
в СчТД
заносится размер передаваемого блока
(число байт
или слов), а в РгТАД – начальный
адрес используемой
области памяти.
С передачей каждой единицы блока содер- жимое РгТАД увеличивается на 1. При этом формируется адрес очередной ячейки ОП, учас- твующей в передаче.
Одновременно уменьшается на 1 содержи- мое СчТД.
Обнуление СчТД указывает на завершение передачи.
Контроллер ПДП по сравнению с микропроцессором обычно имеет более высокий приоритет в занятии цикла памяти.
Управление памятью переходит к контроллеру ПДП сразу после завершения цикла её работы, выполняемого для текущей команды МП.
Высокая скорость обмена данными обеспечивается ПДП за счёт управления обменом аппаратными, а не программными средствами.