Принципы организации ПДП

Структурная схема организации канала ПДП показана на рис. 6.30. Прямой доступ к памяти прсдоставляется по завершении текущего машинного цикла процессора. В отличие от прерывания обмен по каналу ПДП выполняется без участия программы, поэтому содержимое рабочих регистров процессора сохраняется и на вхождение в режим ПДП не требуется затрат времени (отсутствует необходимость хранения в стеке содержимого рабочих регистров процессора).

Центральный процессор выполняет программирование контроллера, настраивая его на требуемый режим работы, и следит за состоянием контроллера. Во время обмена данными по каналу ПДП процессор отключен, а контроллер вырабатывает сигналы управления обменом для памяти и внешнего устройства. Связь ВУ с памятью осуществляется по шинам адреса и данных системного интерфейса. Проблема совместного использования шин центрального процессора и ВУ решается двумя способами: организацией режима обмена с «захватом цикла» и (пакетного, или непрерывного) режима с блокировкой ЦП.

В режиме с захватом цикла обмен ведется одиночными передачами, когда для прямого доступа к памяти выделяются отдельные циклы (такты), т. е. передача данных (слов) перемежается с выполнением программы.

Один из вариантов обмена с захватом цикла состоит в использовании тех тактов, в которых ЦП не обменивается данными с памятью. Такие такты должны быть известны контроллеру ПДП. Некоторые процессоры вырабатывают специальный сигнал, указывающий, используется ли процессором в данном цикле память. Например, такой сигнал (VMA) вырабатывает микропроцессор Motorola 6800. Процессор Intel 8080 никогда не использует 4-й и 5-й такты машинных циклов для доступа к внешней памяти. Кроме того, каждый командный цикл начинается с машинного цикла Mj — выборки команды. В такте декодирования принятой процессором команды этого машинного цикла системные шины не используются. На это время системные шины можно отдать для передачи одного слова по каналу ПДП. При;

Рис. 6.30. Общий принцип организации канала прямого доступа к памяти менение рассмотренного способа организации обмена не снижает производительности процессоров, однако:

• • требует дополнительных аппаратных затрат и позволяет реализовать только случайные, нерегулярные передачи;
• • скорость обмена будет не быстрой, темп обмена нерегулярен, так как длительности циклов различных команд различны, и, кроме того, прямой доступ может замедлить выполнение программы, если цикл ПДП не превышает интервал, соответствующий такту процессора.

Более распространенным является вариант способа с «захватом цикла» , при котором ЦП принудительно отключается от системных шин адреса и данных. Его реализация связана с введением двух линий: для передачи сигналов запроса на захват шин (ЗЗхв) и подтверждения захвата (ПЗхв). Сигнал ЗЗхв формируется контроллером ПДП. После получения сигнала ЗЗхв процессор:

• • приостанавливает выполнение очередной команды, не дожидаясь ее завершения;
• • выдает в системный интерфейс сигнал подтверждения захвата П3хв;
• • отключается от шин адреса и данных, переводя в высокоомное состояние шинные формирователи.

После получения сигнала ПЗхв контроллер ПДП использует шины системного интерфейса для обмена байтом или словом между ВУ и памятью. Затем снимает сигнал запроса ЗЗхв и возвращает управление шинами центральному процессору. Подготовив очередной байт или слово данных, контроллер ПДП вновь посылает сигнал 33хв процессору и т. д.

Как уже отмечалось, режим ПДП не требует сохранения состояния регистров процессора в стеке. Поэтому передача данных с «захватом цикла» происходит с большей скоростью, чем при обмене в режиме прерываний.

Способ ПДП с блокировкой процессора отличается от способа с захватом цикла тем, что управление шинами контроллеру передается на время обмена блоком данных, а не на время обмена байтом или словом. Его следует применять, когда время обмена байтом сопоставимо с циклом процессора. В этом случае между двумя операциями обмена процессор не успевает выполнить ни одной команды. При непрерывной передаче массива данных скорость обмена ограничивается длительностью циклов устройства памяти, быстродействием самого контроллера и скоростью выдачи/приема данных внешним устройством.

Обмен данными по каналу ПДП требует предварительной подготовки контроллера. Она заключается в том, что программа загрузки устанавливает необходимые параметры для передачи:

• • количество байтов (слов) данных, которые должны быть переданы;
• • начальный адрес передаваемых данных (адрес первого байта или слова);
• • направление передачи (запись/чтение).

Для занесения этих параметров в контроллере предусмотрены регистр адреса и счетчик байтов (слов).