Одним из способов обмена данными с ПУ является обмен в режиме прямого доступа к памяти (ПДП). В этом режиме обмен данными между ПУ и основной памятью микроЭВМ происходит без участия процессора. Обменом в режиме ПДП управляет не программа, выполняемая процессором, а электронные схемы, внешние по отношению к процессору. Обычно эти схемы размещаются в специальном контроллере, который называется контроллером прямого доступа к памяти.
Режим ПДП обычно используется при начальной загрузке программ в основную память микроЭВМ из устройств ввода и для организации обмена данными с быстродействующими внешними запоминающими устройствами (дисковыми накопителями).
Контроллер ПДП подключается к основной памяти посредством системного интерфейса. При этом возникает проблема совместного использования шин системного интерфейса процессором и контроллером ПДП. Существует два основных способа решения этой проблемы:
1. Реализация обмена в режиме ПДП с захватом цикла.
2. Реализация обмена в режиме ПДП с блокировкой процессора.
Наиболее простой способ организации ПДП с захватом цикла состоит в использовании контроллером ПДП тех машинных циклов процессора, когда процессор не обменивается данными с памятью. В такие циклы контроллер ПДП может обмениваться данными с памятью, не мешая работе процессора и не снижая его производительности. Однако при использовании такого способа организации ПДП обмен возможен только в случайные моменты времени и одиночными байтами, что не всегда является удобно.
Поэтому на практике чаще используется режим ПДП с захватом цикла и принудительным отключением процессора от шин системного интерфейса. Для реализации такого режима системные интерфейс дополняется двумя линиями для передачи управляющих сигналов: «Запрос прямого доступа к памяти» (ЗПДП) и «Подтверждение прямого доступа к памяти» (ППДП).
Управляющий сигнал ЗПДП формируется контроллером ПДП. Процессор, получив этот сигнал, приостанавливает выполнение очередной команды, не дожидаясь ее завершения, выдает в системный интерфейс управляющий сигнал ППДП и отключается от шин системного интерфейса. С этого момента управление шинами системного интерфейса передается контроллеру ПДП. Контроллер по шинам системного интерфейса осуществляет обмен одним байтом или словом данных с памятью микроЭВМ, а затем, сняв сигнал ЗПДП, возвращает управление системным интерфейсом процессору.
Как только контроллер ПДП будет готов к обмену следующим байтом, он вновь захватывает цикл процессора. Эта процедура будет продолжаться до тех пор, пока не будут переданы все данные. В промежутках между сигналами ЗПДП процессор продолжает выполнять команды программы. Тем самым выполнение программы процессора замедляется, но в меньшей степени, чем при обмене в режиме прерывания.
Прямой доступ в память с блокировкой процессора отличается от ПДП с захватом цикла тем, что управление системным интерфейсом передается контроллеру ПДП на все время обмена блоком данных. Такой режим ПДП необходим в тех случаях, когда процессор не успевает выполнить хотя бы одну команду между очередными операциями обмена в режиме ПДП, и поэтому режим захвата цикла не имеет смысла. Такая ситуация возникает тогда, когда время обмена одним байтом между ПУ и памятью сопоставима с циклом процессора из-за малой производительности последнего.
Для организации обмена данными между памятью и ПУ контроллер должен иметь в своем составе регистр адреса для обращения к памяти и счетчик байт для подсчета числа переданных байт. Перед началом обмена процессор должен загрузить в регистр начальный адрес выделенной ПУ области памяти, а в счетчик байт – размер этой области. Таким образом, контроллер подготавливается к выполнению операции ввода данных в режиме ПДП. Далее в процессе передачи данных содержимое регистра адреса и счетчика байт изменяется. После передачи очередного байта в память содержимое регистра адреса увеличивается на единицу, а из содержимого счетчика байт вычитается единица. Как только содержимое счетчика станет равно нулю, контроллер прекратит передачу данных от ПУ в память, поскольку нужное количество байт уже передано и выделенная область памяти заполнена.
К одному контроллеру ПДП можно подключать несколько ПУ , которые получают право обмена данными с памятью в соответствии с их приоритетами.
Контроллеры ПДП обычно реализуются в виде одной микросхемы, к которой подключаются несколько ПУ.
