9. Що таке режим прямого доступу до пам'яті і де він використовується?

Мікропроцесорна система забезпечує велику гнучкість роботи, вона здатна налаштовуватися на будь яку задачу. Ця гнучкість обумовлена тим, що функції, які виконує система, визначаються програмою, яку виконує процесор. Апаратна частина залишається незмінною при будь якій задачі. Шинна організація зв’язків мікропроцесорної системи дозволяє без проблем заміняти апаратні модулі на потужніші. Це дозволяє збільшити гнучкість системи, продовжити її час життя при змінах вимого до неї.

Проте, гнучкість мікропроцесорної системи визначається не лише апаратною частиною. Налаштовуватися на задачу також допомагає і вибір режиму роботи системи, тобто режиму обміну інформацією по системній магістралі (шині).

Практично всі мікропроцесорні системи підтримують три основні режими обміну по магістралі:

• Програмний обмін інформацією;

• Обмін з використанням переривань;

• Обмін в режимі прямого доступу до пам’яті (ПДП).

ПДП – режим, при якому обмін даними по системній шині проходить без участі процесора. Зовнішній пристрій, потребуючий обслуговування, подає сигнал процесору, що потрібен режим ПДП. У відповідь на це процесор припиняє виконання поточної команди та відключається від усіх шин, сигналізуючи даному пристрою, що можна почати обмін в режимі ПДП.

О перація ПДП зводиться до передачі інформації з пристрою вводу-виводу в пам'ять або ж у зворотному напрямку. Після закінчення пересилки інформації процесор знову повертається до перерваної програми та продовжує її виконання з місця розриву (див. рис.). Це може здатися схожим на обмін з використанням переривань, але в даному випадку процесор не бере участь у обміні.

У такому випадку потребується введення в систему додаткового пристрою (контролера ПДП), який здійснюватиме повноцінний обмін по системні магістралі без участі процесора. Причому процесор заздалегідь повинен повідомляти контролеру ПДП звідки йому брати інформацію або куди її поміщати. Контролер ПДП може вважатися спеціалізованим процесором, який не бере часті в обміні безпосередньо, не приймає в себе інформацію та не видає її (наступний рис.).

Контролер ПДП може входити до складу одного або кількох пристроїв вводу-виводу. Теоретично обмін у режимі прямого доступу до пам’яті може забезпечити більшу швидкість передачі інформації у порівнянні з програмним обміном, оскільки процесор передає дані повільніше ніж спеціалізований контролер ПДП. Але на практиці ця перевага реалізується далеко не завжди. Швидкість обміну в режимі ПДП зазвичай обмежена можливостями магістралі. До того ж необхідність програмного задання режимів контролера ПДП може «знищити» виграш від більш високої швидкості передачі даних в режимі ПДП. Через це режим ПДП досить рідко використовується.

Якщо в системі уже є самостійний контролер ПДП, то це у багатьох випадках може суттєво спростити апаратуру пристроїв вводу-виводу, працюючих в режимі ПДП. В цьому і полягає перевага режиму ПДП.

10. Які архітектури мікропроцесорних систем ви знаєте? в чому переваги та недоліки прінстонської архітектури порівняно із гарвардською?

Р озрізняють 2 основні типи архітектури мікропроцесорних систем: одношинна (прінстонська або фон-нейманівська) та архітектура з роздільними шинами команд (двошинна або гарвардська). У випадку прінстонської архітектури до складу системи входить одна загальна пам'ять як для даних так і для команд, та єдина шина для команд і даних (рис. вище).

З гідно з гарвардською архітектурою в системі окремо є пам'ять для даних та окремо для команд. Обмін процесора з кожним із типів пам’яті проходить по своїй шині.

Більш розповсюдженою є прінстонський тип архітектури, використовується в складних мікрокомп’ютерах, персональних комп’ютерах. Гарвардський тип використовується зазвичай в одно кристальних мікроконтролерах. Але кожна із них має свої переваги та недоліки.

ПРІНСТОНСЬКА АРХІТЕКТУРА

+ простіша, не потребує одночасного обслуговування двох шин, контролю обміну одразу по 2 шинах;

+ наявність єдиної пам’яті даних та команд забезпечує високу гнучкість розділення пам’яті між кодами команд та даних (наприклад: велика і складна програма при цьому мало даних та навпаки).

+ переадресація не викликає проблем, головне щоб програма і дані разом поміщались в пам’яті системи. Це дозволяє розв’язувати складні задачі.

ГАРВАРДСЬКА АРХІТЕКТУРА

• Обмежується коло задач через неможливість гнучкого перерозподілу п’яті (процесор працює одночасно з двома потоками кодів, обслуговує обмін по двох шинах одночасно. Програми можуть знаходитися в пам’яті програм, дані – в пам’яті даних)

• Складніша структура, вища ціна

+ вища швидкодія (одночасна паралельна передача команд і даних)

Переваги гарвардської архітектури найкраще реалізуються всередині однієї мікросхеми, тому зазвичай її використовують в мікроконтролера (розв’язання не дуже складних задач та висока швидкодія).