Прямой доступ к памяти

Хотя ввод-вывод, управляемый прерываниями, более эффективен, чем про­стой программируемый ввод-вывод, он все еще занимает много процессорного времени для передачи данных между памятью и контроллером ввода-вывода (при этом через процессор должны пройти все пересылаемые данные). Таким об­разом, обе описанные формы ввода-вывода обладают двумя недостатками.

1. Скорость передачи данных при вводе-выводе ограничена скоростью, с кото­рой процессор может проверять и обслуживать устройство.

2. Процессор занят организацией передачи данных; при вводе-выводе для ка­ждой передачи данных должна быть выполнена определенная последова­тельность команд.

Для перемещения больших объемов данных может использоваться более эффективный метод — прямой доступ к памяти (direct memory access — DMA). Функции DMA выполняются отдельным контроллером системной шины или могут быть встроены в контроллер ввода-вывода. В любом случае метод работает следующим образом. Когда процессору нужно прочитать или записать блок данных, он генерирует команду для модуля DMA, посылая ему следующую информацию:

• указание, требуется ли выполнить чтение или запись;

• адрес устройства ввода-вывода;

• начальный адрес блока памяти, использующегося для чтения или записи;

• количество слов, которые должны быть прочитаны или записаны.

Передав полномочия по выполнению этих операций контроллеру DMA, процессор продолжает работу. Контроллер DMA слово за словом передает весь блок данных в память или из нее» не задействуй при этом процессор. После окончания передачи контроллер DMA посылает процессору сигнал прерывания. Таким образом, процессор участвует только в начале и в конце передачи (рис. 1.19,в).

Для передачи данных в память и из нее контроллеру DMA нужен контроль над шиной. Если в это время процессору также нужна шина, может возникнуть конфликтная ситуация, и процессор должен ждать окончания работы модуля DMA. Заметим, что в этом случае нельзя говорить о прерывании, так как процессор не сохраняет информацию о состоянии задачи и не переходит к выполнению других операций. Вместо этого он вынужден сделать паузу на время выполнения одного цикла шины. В результате это приведет к тому, что во время передачи данных с использованием прямого доступа к памяти замедляется выполнение процессором тех команд, для которых ему требуется шина. Тем не менее при передаче большого количества информации прямой доступ к памяти намного более эффективен, чем программируемый ввод-вывод или ввод-вывод. управляемый прерываниями.

1.8. Рекомендуемая литература

Обсуждающиеся в этой главе темы детально описаны в книге [STAL00]. Кроме нее, имеется много других руководств по устройству и архитектуре компьютеров. В числе достойных внимания учебников можно отметить следующие: исчерпывающий обзор представлен в [РАТТ98]; [HENN96] — более специализи­рованная книга тех же авторов, в которой акцент делается на количественных аспектах, характеризующих структуру компьютера.

HENN96 Heiwesy J., Patterson D. Computer Architecture: A Quantitative Approach. — San Mateo, CA: Morgan Kaufmann.1996

PATT98 Patterson D., Hennesy J. Computer organization, and Design: The Hardware/Software Interface. — San Mateo, CA: Morgan Kaufmann,1998/

STAL00 Stallings W. Computer Organization and Architecture. 5^th ed. — Upper Saddle River, NJ: Prentice Hall, 2000.