Tecnologias

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Estructura y Tecnología de Computadores
Módulo E. Ell subsistema de E/S
E

Tema 9. Acceso directo a memoria (DMA) y procesadores de E/S

José Manuel Mendías Cuadros
Dpto. Arquitectura de Computadores y Automática
Dpto.
Universidad Complutense de Madrid

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contenidos

1. Acceso directo a memoria
Necesidad del DMA. El controlador de DMA. Etapas de una transferencia porDMA.Tipos de
transferencias: por ráfaga y por robo de ciclo.

2. El controlador de DMA
Estructura. Registros del DMAC. Señales de control del periférico. Funcionamiento de una
transferencia. Controlador DMA de varios canales.

3. Ejemplo
Controlador de DMA i82C37.

4. Procesadores de E/S
Función. Esquema típico de conexión. Tipos de procesadores de E/S: multiplexor, selector y
multiplexor porbloques. Evolución de los procesadores de E/S.

estructura y tecnología de computadores

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1. acceso directo a memoria
1.
Necesidad de DMA
Ö La E/S con espera de respuesta o por interrupciones resulta inadecuada para periféricos de
alta velocidad, sobre todo si hay que transferir una gran cantidad de datos
Ö Ejemplo periférico lento
Ø
Ø
Ø

Procesador a 200 MHz (tiempo ciclo = 5ns.; Ciclo medio por instrucción: CPI = 2 ciclos
ð Una instrucción tarda en promedio 2 x 5 ns = 10 ns ⇒ el computador puede ejecutar ~100 MIPS
Queremos imprimir un fichero de 10 Kbytes en una impresora láser de 20 páginas por minuto
1 página ≅ 3.000 caracteres (1 carácter = 1 byte)
ð La impresora imprime 60.000 caracteres por minuto = 1 Kbyte/s

a) E/S con espera de respuesta
Ø

La CPUentra en un bucle y envía un nuevo byte cada vez que la impresora está preparado para recibirlo
ð La impresora tarda 10 s en imprimir 10 Kbyte
ð La CPU está ocupada con la operación de E/S durante 10 s
(en ese tiempo la CPU podría haber ejecutado 1000 millones de instrucciones)

b) E/S por interrupciones
Ø

La impresora genera una interrupción cada vez que está preparada para recibir unnuevo byte
ð Suponemos que la RTI tiene 10 instrucciones (salvar contexto, comprobar estado, transferir byte, restaurar contexto, RTE)
ð Para transferir 10 Kbyte tenemos que ejecutar 10.000 veces la RTI
⇒ hay ejecutar 100.000 instrucciones para atender al periférico ⇒ la CPU tarda 0,001 s
ð La CPU está ocupada con la operación de E/S durante 0,001 s

CONCLUSIÓN
Ø

La E/S por interrupcionesreduce en 10.000 veces el tiempo que la CPU está ocupada gestionando la impresora

estructura y tecnología de computadores

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1. acceso directo a memoria
1.
Necesidad de DMA (cont.)
Ö Ejemplo periférico rápido
Ø
Ø
Ø

Procesador a 200 MHz (tiempo ciclo = 5 ns.; Ciclo medio por instrucción: CPI = 2 ciclos
ð Una instrucción tarda en promedio 2 x 5 ns = 10 ns ⇒ el computador puedeejecutar ~100 MIPS
Disco con velocidad de transferencia de 10 Mbytes/s (1 byte cada 2*10-7 seg)
Queremos transferir un fichero de memoria a disco de 10 Mbytes

a) E/S con espera de respuesta
Ø

La CPU entra en un bucle y envía un nuevo byte cada vez que el disco está preparado para recibirlo
ð El disco tarda 1 seg en recibir un fichero de 10 Mbyte
ð La CPU está ocupada con la operación de E/Sdurante 1 s
(en ese tiempo la CPU podría haber ejecutado 200 millones de instrucciones)

b) E/S por interrupciones
Ø

El disco genera una interrupción cada vez que está preparado para recibir un nuevo byte
ð Suponemos que la RTI tiene 10 instrucciones (salvar contexto, comprobar estado, transferir byte, restaurar contexto, RTE)
ð Para transferir 10 Mbytes tenemos que ejecutar 107 veces laRTI
⇒ hay ejecutar 100 millones de instrucciones para atender al periférico ⇒ la CPU tarda 1 s
ð La CPU está ocupada con la operación de E/S durante 1 s

CONCLUSIÓN
Ø

La E/S por interrupciones no mejora el tiempo que la CPU está ocupada en atender al periférico

La técnica de DMA permite la transferencia de datos entre un periférico y la memoria
sin intervención de la CPU (salvo en la...