КР580ВТ57 — контроллер прямого доступа к памяти (4 канала)

Назначение

КР580ВТ57 — контроллер прямого доступа к памяти (ПДП, англ. DMA — Direct Memory Access) из обвязочного комплекта серии КР580, функциональный аналог американского Intel 8257. Его задача — организовать быстрый обмен блоками данных между памятью и периферийным устройством напрямую, минуя процессор КР580ВМ80: на время такой пересылки процессор отключается от шины, а весь маршрут «память ↔ устройство» ведёт сам ВТ57. Обмен через ПДП на порядок быстрее, чем если бы каждый байт гонялся через аккумулятор процессора обычными командами ввода-вывода, — а скорость и была узким местом там, где нужно перекачать не один байт, а сплошной поток: с диска, на экран, по каналу связи.

Внутри контроллера — четыре независимых канала ПДП, каждый со своей парой регистров адреса и счётчика байт, так что ВТ57 способен обслуживать до четырёх разных источников или приёмников данных, не перестраиваясь на лету между ними. Работает микросхема не сама по себе, а в связке с процессором КР580ВМ80 — как и вся остальная обвязка серии КР580.

Как работает ПДП и 4 канала

При обычном вводе-выводе обменом управляет процессор: он читает байт из памяти, кладёт во внутренний регистр, затем пишет его в порт устройства — на каждый байт уходит несколько машинных тактов и, что важнее, время самого процессора, который всё это время не может заниматься ничем другим. ПДП устроен иначе: контроллер обходится без участия процессора вовсе, «воруя» под пересылку отдельные такты системной шины (принцип cycle stealing), а не всё время передачи блока целиком.

Механика захвата шины держится на паре сигналов: контроллер выставляет запрос HRQ (Hold Request), процессор на границе машинного цикла отпускает шину и подтверждает это сигналом HLDA (Hold Acknowledge) — только после этого ВТ57 получает право выставлять адреса и стробы чтения/записи вместо процессора. Периферийное устройство, которому нужен обмен (например, контроллер гибкого диска), сигнализирует об этом отдельной линией запроса на свой канал, а контроллер отвечает подтверждением именно этому каналу.

Четыре канала — не декоративная опция, а способ параллельно «числить» до четырёх независимых пересылок: у каждого канала свой 16-разрядный регистр адреса и свой 14-разрядный счётчик оставшихся байт — то есть без перезагрузки регистров канал способен прогнать до ~16 Кбайт за один заход. Если запросы приходят от нескольких каналов одновременно, контроллер разруливает их между собой по приоритету, не роняя более медленное устройство. Отдельная тонкость — режим автозагрузки: канал 2 при обнулении счётчика может автоматически подхватить исходные адрес и счётчик из канала 3, что удобно там, где нужен непрерывно повторяющийся цикл пересылки одного и того же блока, — например, регенерация изображения на экране, когда один и тот же видеобуфер вычитывается заново много раз в секунду.

Где применяется

Контроллер ПДП востребован там, где узкое место — не логика обработки данных, а скорость их перекачки. Дисковые накопители: контроллер гибкого диска отдаёт байты быстрее, чем процессор успевал бы вычитывать их по одному через порты, и ВТ57 снимает это ограничение. Видеодисплей: если изображение строится из отдельного буфера памяти, его нужно вычитывать заново десятки раз в секунду — задача, под которую в контроллере предусмотрен как раз режим автозагрузки канала. Каналы связи и быстрая периферия — по той же причине: там, где идёт непрерывный поток данных, а не единичный обмен. Жёсткого списка серийных машин под именно эту микросхему не будет — многие простые любительские конструкции на КР580 обходились без ПДП вовсе, а ВТ57 встаёт в комплект ровно тогда, когда к процессору добавляется быстрая потоковая периферия.

Частые вопросы

Чем ПДП отличается от обычного обмена через порты ввода-вывода? При обычном вводе-выводе каждый байт проходит через процессор — он явно читает данные и явно их записывает, и всё это время не может делать ничего другого. При ПДП процессор в самой пересылке не участвует: контроллер сам выставляет адреса и стробы на шине, забирая под это лишь отдельные такты, а не всё время передачи блока.

Зачем нужны именно 4 канала, а не один? Каждый канал — независимый «маршрут» пересылки со своими регистрами адреса и счётчика байт. Четыре канала позволяют обслуживать до четырёх периферийных устройств без перенастройки контроллера между ними — например, диск и дисплей могут работать с ПДП одновременно, каждый на своём канале.

Что даёт автозагрузка канала 2 от канала 3? В этом режиме канал 2 при обнулении счётчика автоматически подхватывает исходные адрес и счётчик из канала 3, а не останавливается. Это удобно там, где один и тот же блок памяти нужно пересылать снова и снова без перезапуска контроллера программой, — характерный случай — регенерация изображения на экране.

Технические характеристики

Аналоги

Прямой зарубежный функциональный аналог — Intel 8257: те же четыре канала ПДП, тот же механизм захвата шины через HRQ/HLDA, та же логика регистров адреса и счётчика на канал. КР580ВТ57 повторяет 8257 функционально, как и остальные обвязочные микросхемы серии КР580 повторяют соответствующие чипы линейки Intel MCS-80.

Внешний вид и цоколёвка

См. также

КР580ВТ42 (регенерация ОЗУ — тоже эпизодически захватывает системную шину, но для обновления памяти, а не для пересылки данных), КР580ВИ53 (таймер, которым в системах на КР580 нередко тактируют периодические ПДП-пересылки), КР580ВМ80 — процессор, у которого ВТ57 «одалживает» шину на время своей работы.