Лекция 17. Организация прямого доступа к памяти.
Введение
Одним из способов обмена данными с ВУ является обмен в режиме прямого доступа к памяти (ПДП). В этом режиме обмен данными между ВУ и основной памятью ЭВМ происходит без участия процессора. Обменом в режиме ПДП управляет не программа, выполняемая процессором, а электронные схемы, внешние по отношению к процессору. Обычно схемы, управляющие обменом в режиме ПДП, размещаются или в специальном контроллере, который называется контроллером прямого доступа к памяти, или в контроллере самого ВУ.
Обмен данными в режиме ПДП позволяет использовать в ЭВМ быстродействующие внешние запоминающие устройства, такие, например, как накопители на жестких магнитных дисках, поскольку ПДП может обеспечить время обмена одним байтом данных между памятью и ВЗУ, равное циклу обращения к памяти.
Для реализации режима прямого доступа к памяти необходимо обеспечить непосредственную связь контроллера ПДП и памяти ЭВМ. Для этой цели можно было бы использовать специально выделенные шины адреса и данных, связывающие контроллер ПДП с основной памятью. Но такое решение нельзя признать оптимальным, так как это приведет к значительному усложнению ЭВМ в целом, особенно при подключении нескольких ВЗУ. В целях сокращения количества линий в шинах ЭВМ контроллер ПДП подключается к памяти посредством шин адреса и данных системного интерфейса. При этом возникает проблема совместного использования шин системного интерфейса процессором и контроллером ПДП.
Способы совместного использования шин системного интерфейса процессором и контроллером ПДП
Можно выделить два основных способа ее решения: реализация обмена в режиме ПДП с "захватом цикла" и в режиме ПДП с блокировкой процессора.
Реализация обмена в режиме ПДП с "захватом цикла"
Существуют две разновидности прямого доступа к памяти с "захватом цикла". Наиболее простой способ организации ПДП состоит в том, что для обмена используются те машинные циклы процессора, в которых он не обменивается данными с памятью. В такие циклы контроллер ПДП может обмениваться данными с памятью, не мешая работе процессора. Однако возникает необходимость выделения таких циклов, чтобы не произошло временного перекрытия обмена ПДП с операциями обмена, инициируемыми процессором. В некоторых процессорах формируется специальный управляющий сигнал, указывающий циклы, в которых процессор не обращается к системному интерфейсу. При использовании других процессоров для выделения таких циклов необходимо применение в контроллерах ПДП специальных селектирующих схем, что усложняет их конструкцию. Применение рассмотренного способа организации ПДП не снижает производительности ЭВМ, но при этом обмен в режиме ПДП возможен только в случайные моменты времени одиночными байтами или словами.
Более распространенным является ПДП с "захватом цикла" и принудительным отключением процессора от шин системного интерфейса. Для реализации такого режима ПДП системный интерфейс ЭВМ дополняется двумя линиями для передачи управляющих сигналов "Требование прямого доступа к памяти" (ТПДП) и "Предоставление прямого доступа к памяти" (ППДП).
Принцип работы простого контроллера ПДП, обеспечивающего ввод данных в память ЭВМ по инициативе ВУ в режиме ПДП "Захват цикла"
Управляющий сигнал ТПДП формируется контроллером прямого доступа к памяти. Процессор, получив этот сигнал, приостанавливает выполнение очередной команды, не дожидаясь ее завершения, выдает на системный интерфейс управляющий сигнал ППДП и отключается от шин системного интерфейса. С этого момента все шины системного интерфейса управляются контроллером ПДП. Контроллер ПДП, используя шины системного интерфейса, осуществляет обмен одним байтом или словом данных с памятью ЭВМ и затем, сняв сигнал ТПДП, возвращает управление системным интерфейсом процессору. Как только контроллер ПДП будет готов к обмену следующим байтом, он вновь "захватывает" цикл процессора и т.д. В промежутках между сигналами ТПДП процессор продолжает выполнять команды программы. Тем самым выполнение программы замедляется, но в меньшей степени, чем при обмене в режиме прерываний.
Применение в ЭВМ обмена данными с ВУ в режиме ПДП всегда требует предварительной подготовки, а именно: для каждого ВУ необходимо выделить область памяти, используемую при обмене, и указать ее размер, т.е. количество записываемых в память или читаемых из памяти байт (слов) информации. Следовательно, контроллер ПДП должен обязательно иметь в своем составе регистр адреса и счетчик байт (слов). Перед началом обмена с ВУ в режиме ПДП процессор должен выполнить программу загрузки. Эта программа обеспечивает запись в указанные регистры контроллера ПДП начального адреса выделенной ВУ памяти и ее размера в байтах или словах в зависимости от того, какими порциями информации ведется обмен. Сказанное не относится к начальной загрузке программ в память в режиме ПДП. В этом случае содержимое регистра адреса и счетчика байт слов устанавливается переключателями или перемычками непосредственно на плате контроллера.
Блок-схема простого контроллера ПДП, обеспечивающего ввод данных в память ЭВМ по инициативе ВУ в режиме ПДП "Захват цикла", приведена на рис. 1.
Рис. 1. Контроллер ПДП для ввода данных из ВУ в режиме "Захват цикла" и отключением процессора от шин системного интерфейса
Перед началом очередного сеанса ввода данных из ВУ процессор загружает в регистры его контроллера следующую информацию: в счетчик байт - количество принимаемых байт данных, а в регистр адреса - начальный адрес области памяти для вводимых данных. Тем самым контроллер подготавливается к выполнению операции ввода данных из ВУ в память ЭВМ в режиме ПДП.
Байты данных из ВУ поступают в регистр данных контроллера в постоянном темпе. При этом каждый байт сопровождается управляющим сигналом из ВУ "Ввод данных", который обеспечивает запись байта данных в регистр данных контроллера. По этому же сигналу и при ненулевом состоянии счетчика байт контроллер формирует сигнал ТПДП. По ответному сигналу процессора ППДП контроллер выставляет на шины адреса и данных системного интерфейса содержимое своих регистров адреса и данных соответственно. Формируя управляющий сигнал "Вывод", контроллер ПДП обеспечивает запись байта данных из своего регистра данных в память ЭВМ. Сигнал ППДП используется в контроллере и для модификации счетчика байт и регистра адреса. По каждому сигналу ППДП из содержимого счетчика байт вычитается единица, и как только содержимое счетчика станет равно нулю, контроллер прекратит формирование сигналов "Требование прямого доступа к памяти".
На примере простого контроллера ПДП мы рассмотрели только процесс подготовки контроллера и непосредственно передачу данных в режиме ПДП. На практике любой сеанс обмена данными с ВУ в режиме ПДП всегда инициируется программой, выполняемой процессором, и включает два следующих этапа.
Этапы обмена данными с ВУ в режиме ПДП
На этапе подготовки ВУ к очередному сеансу обмена процессор в режиме программно-управляемого обмена опрашивает состояние ВУ (проверяет его готовность к обмену) и посылает в ВУ команды, обеспечивающие подготовку ВУ к обмену. Такая подготовка может сводиться, например, к перемещению головок на требуемую дорожку в накопителе на жестком диске. Затем выполняется загрузка регистров контроллера ПДП. На этом подготовка к обмену в режиме ПДП завершается и процессор переключается на выполнение другой программы.
Обмен данными в режиме ПДП начинается после завершения подготовительных операций в ВУ по инициативе либо ВУ, как это было рассмотрено выше, либо процессора. В этом случае контроллер ПДП необходимо дополнить регистром состояния и управления, содержимое которого будет определять режим работы контроллера ПДП. Один из разрядов этого регистра будет инициировать обмен данными с ВУ. Загрузка информации в регистр состояния и управления контроллера ПДП производится программным путем.
Режим прямого доступа к памяти с блокировкой процессора
Наиболее распространенным является обмен в режиме прямого доступ к памяти с блокировкой процессора. Он отличается от ПДП с "захватом цикла" тем, что управление системным интерфейсом передается контроллеру ПДП не на время обмена одним байтом, а на время обмена блоком данных. Такой режим ПДП используется в тех случаях, когда время обмена одним байтом с ВУ сопоставимо с циклом системной шины.
Заключение
В ЭВМ можно использовать несколько ВУ, работающих в режиме ПДП. Предоставление таким ВУ шин системного интерфейса для обмена данными производится на приоритетной основе. Приоритеты ВУ реализуются так же, как и при обмене данными в режиме прерывания, но вместо управляющих сигналов "Требование прерывания" и "Предоставление прерывания" (Организация прерываний в ЭВМ) используются сигналы "Требование прямого доступа" и "Предоставление прямого доступа", соответственно.
Список Литературы
Мелехин В. Ф. , Павловский Е. Г. Вычислительные машины системы и сети.
Уэйкерли Дж. Ф.Проектирование цифровых устройств. том I, II
Хоровиц П. , Хилл У.Искусство схемотехники. том I, II, III
Гилмор Ч. Введение в микропроцессорную технику.
Вопросы
В режиме ПДП (прямого доступа к памяти) обмен данными происходит:
а) без участия процессора(+)
б) с участием процессора
в) без участия контроллера ПДП
Управляющий сигнал ТПДП(«Требования прямого доступа к памяти») формируется:
а) С помощью микропроцессора
б) контроллером прямого доступа к памяти(+)
в) устройством вода-вывода
Загрузка информации в регистр состояния и управление контроллера ПДП производится:
а) программным путем(+)
б) загрузка не производится
в) механическим путем
В ЭВМ можно использовать:
а) одно ВУ, работающее в режиме ПДП
б) три ВУ, работающих в режиме ПДП
в) несколько ВУ, работающих в режиме ПДП(+)
Контроллер ПДП должен обязательно иметь в своем составе
а) несколько дополнительных входов
б) несколько дополнительных выходов
в) регистр адреса и счетчик байтов
- Курс лекций «Вычислительные машины, системы и сети»
- Часть 1. Вычислительные машины. 3
- Часть 2. Вычислительные системы. 202
- 1.3 Материнская плата
- 1.4 Процессор
- 1.5 Устройства хранения данных
- Лекция 2. Эволюция микрокомпьютеров.
- 1.1.Основные направления эволюции микрокомпьютеров.
- Лекция 3. Машинная организация процессора 80286
- 1.1. Введение.
- 2.2. Структура памяти.
- 2.3. Сегментация памяти.
- 2.4. Структура ввода-вывода.
- 2.5. Регистры.
- Лекция 4. Операнды и режимы адресации операндов.
- Лекция 5. Общая организация памяти.
- Лекция 6. Прерывание микропроцессора в эвм.
- Организация обработки прерываний в эвм
- Цепочечная однотактная система определения приоритета запроса прерывания
- Обработка прерываний в персональной эвм
- Лекция 7. Последовательный интерфейс rs–232c.
- Общие сведения о интерфейсе rs–232c
- Виды сигналов
- Тестовое оборудование для интерфейса rs–232c
- Лекция 8. Последовательный интерфейс сом-порт.
- Использование сом-портов
- Функции bios для сом-портов
- Сом-порт и РпР
- Лекция 9. Программируемый связной интерфейс.
- Лекция 10. Передача данных между эвм с помощью модемов. Типы и характеристики модемов.Набор ат-команд.
- Ат-команды
- Лекция 11. Программируемый периферийный интерфейс.
- Лекция 12. Параллельный интерфейс:lpt-порт. Понюхов е. В.
- Интерфейс Centronics
- Сигналы интерфейса Centronics
- Традиционный lpt-порт
- Функции bios для lpt-порта
- Расширения параллельного порта
- Физический и электрический интерфейс
- Режимы передачи данных
- Полубайтный режим ввода — Nibble Mode
- Конфигурирование lpt-портов
- Использование параллельных портов
- Неисправности и тестирование параллельных портов
- Лекция 13. Программируемые таймеры и счетчики событий.
- Лекция 14. Универсальная последовательная шина usb.
- 2.Шина usb.Общая характеристика.
- Структура usb
- 3.Физический интерфейс
- Протокол
- Устройства usb - функции и хабы
- Хост-контроллер
- Лекция 15. Протокол работы usb-шины.
- Описание протоколов используемых при передаче данных Структура usb пакета
- Поля usb пакета
- Типы usb пакетов
- Приоритеты передач по usb-шине
- Источники информации
- Лекция 16. Интерфейс ieee-1394 (FireWire).
- Технические характеристики
- Топология шины
- Пример топологии ieee-1394
- Совместимость
- Кабели и разъемы
- Список литературы
- Лекция 17. Организация прямого доступа к памяти.
- Лекция 18. Устройства ввода эвм. Клавиатура. Введение
- 1. Основные части клавиатуры
- 1.1. Клавиши пишущей машинки (алфавитно-цифровая клавиатура)
- Режимы ввода символов
- Названия специальных знаков
- 1.2. Служебные клавиши
- Индикаторы режимов
- Клавиши управления курсором
- 1.3. Функциональные клавиши
- 1.4. Малая цифровая клавиатура
- 2. Принципы работы клавиатуры
- Лекция 19. Интерфейс эвм с видеотерминалом. Видеоадаптер. Режимы изображений: текстовый и графический режимы. Видеопамять. Анимация изображений. Интерфейс эвм с видеотерминалом.
- Видеоадаптер.
- Лекция 20. Накопитель магнитных дисков: гибкий и жесткий. Структура дисков: дорожки, сектора, блоки. Обмен информации между эвм и магнитными дисками.
- Лекция 21. Сканер. Считывание изображения. Типы обрабатываемых изображений. Качество изображения.
- Лекция 22. Назначение и функции операционной системы.
- Часть 2. Вычислительные системы. Лекция 23. Классификация систем параллельной обработки данных.
- Сеть с топологией кольцо
- Литература
- Лекция 24. Классификация мультипроцессорных систем по способу организации основной памяти.
- Лекция 25. Обзор архитектур многопроцессорных вычислительных систем.
- Лекция 26. Направление развития в высокопроизводительных вычислительных системах.
- Универсальные системы с фиксированной структурой
- Направления развития микропроцессоров
- Системы с фиксированной структурой из серийных микропроцессоров
- Специализированные системы с фиксированной структурой
- Специализированные системы с программируемой структурой
- Технологическая база развития современных архитектур
- Архитектуры многопотоковых процессоров
- Кластер Green Destiny
- Программируемый микропроцессор
- Однородные вычислительные среды
- Литература
- Однокристальный ассоциативный процессор сам2000
- Литература
- Однокристальный векторно-конвейерный процессор sx-6
- Литература
- Лекция 27. Принципы построения телекоммуникационных вычислительных систем.
- 2.Компоненты телекоммуникационной системы
- 3. Типы телекоммуникационных сетей.
- 4. Топологии вычислительной сети.
- 5. Модем
- Часть 3. Вычислительные сети. Лекция 28. Эталонная модель взаимодействия открытых систем.
- Лекция 29. Локальные вычислительные сети.
- 10Base-2 или тонкий Ethenet
- 10Base-5 или толстый Ethenet
- 2.2.2. Компоненты сети
- 2.2.3. Проводная сеть в умном доме(LexCom Home)
- Лекция 30. Беспроводные сети на основе службы gprs.
- Чем привлекательна эта технология?
- Передача данных: gprs и gsm
- Что дает абоненту технология gprs?
- Принципы построения системы gprs
- Терминальное оборудование gprs
- Скорости передачи в системе gprs
- Перспективы развития услуг на базе gprs
- Перспективы пакетной передачи данных
- Gprs модемы существуют в нескольких исполнениях:
- Лекция 31. Беспроводные сети Radio-Ethernet.
- Заключение
- Лекция 32. Беспроводные локальные сети на основе Wi-Fi - технологии. Введение.
- Архитектура, компоненты сети и стандарты
- Организация сети
- Физический уровень ieee 802.11
- Канальный уровень ieee 802.11
- Типы и разновидности соединений
- 2. Инфраструктурное соединение.
- 4. Клиентская точка.
- 5. Соединение мост.
- Список использованной литературы: