JP2000132499A - コンピュータシステム - Google Patents

コンピュータシステム

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JP2000132499A
JP2000132499A JP10308247A JP30824798A JP2000132499A JP 2000132499 A JP2000132499 A JP 2000132499A JP 10308247 A JP10308247 A JP 10308247A JP 30824798 A JP30824798 A JP 30824798A JP 2000132499 A JP2000132499 A JP 2000132499A
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data
memory
dma
hdd
circuit
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Yoichi Takahashi
洋一 高橋
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NEC Engineering Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 HDD等の外部I/Oシステム側のDMA転
送完了待ち時間を必要とせず、また、DMA処理により
CPUがバスを占有されることがなく、システムパフォ
ーマンスを向上する。 【解決手段】 BF6を構成するDPRAM60及び6
1の各々は、各別にアクセスすることが可能な2組のア
クセスポートを有している。DPRAM60及び61
は、MP8によってCPU1のメモリ空間にマッピング
され、CPU1からダイレクトにアクセスすることがで
きる。リード時、HDC7は、HDD111からデータ
を読み出し、DMA回路5の制御によって、BF6へD
MA転送する。ライト時、HDC7は、DMA回路5の
制御によってBF6のデータをDMA転送して、HDD
111へ書き込む。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、中央処理装置(C
PU:central processing unit〜以下「CPU」と称
する)として、いわゆるマイクロコンピュータを用いた
マイクロコンピュータシステムのごときコンピュータシ
ステムに係り、特に外部ハードディスクを制御するハー
ドディスクコントローラ(以下、「HDC」と称する)
等のような外部入出力(I/O:input/output〜以下、
「入出力」は「I/O」と称する)システムへアクセス
する場合のシステムのパフォーマンスの向上技術に関す
る。
【0002】
【従来の技術】一般的に、マイクロコンピュータシステ
ムは、HDC等の外部I/Oシステムに対するデータ転
送が開始されると、ダイレクトメモリアクセス(DM
A:direct memory access〜以下、「DMA」と称す
る)コントローラ、すなわちDMA回路に転送要求が送
出され、DMA回路はCPUに対してバスホールドを要
求する。この要求を受けて、CPUはDMA回路に対し
てバスホールド信号を送信してバス使用権を放棄し、電
気的にバスを切り離す。DMA回路は、外部I/Oシス
テムに対して、DMA転送によりデータを転送する。D
MA転送が終了すると、CPUはバスホールド状態を解
除し、バスの使用権を再び得て電気的に接続される。
【0003】図6は、従来のマイクロコンピュータシス
テムの一例の構成を示している。図7は、図6のシステ
ムにおけるDMA転送の具体的な動作の一例を模式的に
示している。図8は、図7に示すDMA転送動作を説明
するためのタイムチャートである。
【0004】図6に示すマイクロコンピュータシステム
は、CPU101、リードオンリメモリ(ROM:read
only memory〜以下、「ROM」と称する)102、ラ
ンダムアクセスメモリ(RAM:random access memory
〜以下、「RAM」と称する)103、インタフェース
(以下、「I/F」と称する)回路104、DMA回路
105、バッファメモリ(以下、「BF」と称する)1
06、ハードディスクコントローラ(HDC:hard dis
k controller〜以下、「HDC」と称する)107、及
びハードディスクドライブ(HDD:hard disk drive
〜以下、「HDD」と称する)111を有する一般的な
システムである。
【0005】CPU101は、システムバスに接続さ
れ、該システムバスには、ROM102、RAM10
3、I/F回路104、DMA回路105、BF106
及びHDC107が接続されている。HDD111はH
DC107に接続されている。
【0006】CPU101は、処理プログラムを実行す
る。ROM102は、主として処理プログラムを格納す
る。RAM103は、主に処理プログラム実行時のパラ
メータ及び処理プログラムの実行に伴うデータを格納す
る。I/F回路104は、例えばI/Fカード等として
構成され、外部機器との間のデータの授受を司る。DM
A回路105は、DMA転送によるデータ転送動作を司
る。BF106は、外部I/O装置であるHDD111
への書込み又はHDD111からの読出しの際に一時的
にデータを格納する一時的なメモリとして用いられる。
HDC107は、HDD111への書込み又はHDD1
11からの読込みを制御する。HDD111は、DMA
転送によるデータ転送の対象となる外部I/O装置であ
る。
【0007】図6に示すマイクロコンピュータシステム
において、HDD111からデータを読み込むときに
は、DMA回路105により制御されて、BF106と
HDC107との間でシステムバスを介してDMA転送
動作が行われて、読み込まれたデータがBF106に格
納される。また、HDD111にデータを書き込むとき
も、同様にDMA回路105により制御されて、BF1
06とHDC107との間でシステムバスを介してDM
A転送動作が行われる。DMA転送動作中はDMA回路
105がシステムバスを使用するため、CUP101
は、バス使用権を放棄する必要がある。また、CPU1
01がバス使用権を放棄した場合、CPU101は、R
OM102、RAM103及びI/F回路104へのア
クセスはできなくなる。
【0008】図7は、図6のマイクロコンピュータシス
テムにおける具体的なDMA転送動作を説明する模式的
な構成を示しており、図8のタイムチャートに従って動
作する。ここで、図8のタイムチャートを参照して、図
7に示すDMA転送動作を説明する。
【0009】HDC107からDMA回路105にDM
Aリクエスト信号DREQが送出されると、DMA回路
105はCPU101に対してシステムバス(アドレス
バス及びデータバス)のバス使用権を得るためにバス使
用要求REQを送出する。CPU101は、バス使用要
求に応答してシステムバスを電気的に切り離すと、DM
A回路105へバスホールド信号HOLDを送出する。
蓮ホールド信号HOLDを受けたDMA回路105は、
DMA開始信号DACKをHDC107へ送出し、シス
テムバスはDMA回路105に占有されてDMA転送サ
イクルに入る。DMA転送サイクルにおいては、HDC
107からBF106へ、予め設定されている個数のデ
ータが書き込まれる。
【0010】このように、従来のマイクロコンピュータ
システムでは、システムバスが共通であるため、DMA
転送サイクル中は、CPU101及びDMA回路105
を同時に動作させることができなかった。
【0011】図6のシステムのように、CPUとDMA
回路がシステムバスを共通に使用する回路の例は、特開
平3−202945号公報及び特開平5−100996
号公報等にも示されている。
【0012】しかしながら、近年においてはCPUバス
とDMAバスとを分離したマイクロコンピュータシステ
ムが実用化されている。このようにCPUバスとDMA
バスとを分離したマイクロコンピュータシステムの一例
を図9に示している。
【0013】図9に示すマイクロコンピュータシステム
において、CPU101、ROM102、RAM103
及びI/F回路104は、図6と同様に機能する。図9
に示す構成では、DMA回路115及びBF116はシ
ステムバスに接続されておらず、CPU101に接続さ
れたシステムバスには、ROM102、RAM103、
I/F回路104及びHDC117のみが接続されてい
る。
【0014】すなわち、DMA回路115は、HDC1
17により制御されて、BF116とHDC117との
間でDMA転送を行わせる。すなわち、HDD111か
らデータを読み込むときは、DMA回路115により、
BF116とHDC117との間でシステムバスを介さ
ずに直接的にDMA転送動作が行われて読込データがB
F116に格納される。また、HDD111へデータを
書き込むときも、同様にDMA回路115により、BF
116とHDC117との間でシステムバスを介さずに
直接的にDMA転送動作が行われる。この構成では、D
MA転送に際して、CPU1のシステムバスを使用しな
いためDMA転送動作中でもCPU1側は、システムバ
スを使用することが可能である。
【0015】したがって、図9のマイクロコンピュータ
システムによれば、図6のマイクロコンピュータシステ
ムにおける欠点が改善される。
【0016】図9のマイクロコンピュータシステムにお
いて、HDD111からデータを読み込んだ場合データ
は、一時的にBF116に格納されるが、再度HDD1
11からデータを読み込む場合は、BF116のデータ
をCPU101からHDC117を介してRAM103
へ退避しておき、このRAM103のデータが読み込ま
れる。このとき、BF116へのアクセスに着目してみ
ると、DMA転送動作中は、DMA回路115とHDC
117とが動作中であるため、CPU101はDMA転
送動作が完了するまで待ってからBF116にアクセス
する必要がある。このため、図9に示す構成でもさらな
るパフォーマンスの改善が必要である。
【0017】また、一時的なBF(バッファメモリ)と
して、2組のアクセスポートを有するデュアルポートR
AMを使用したDMA回路をマイクロコンピュータシス
テムで使用することが考えられている。この手法によれ
ば、デュアルポートRAMに装備されている2ポートの
バスに、CPU側のシステムバスとHDC側のローカル
バスとがそれぞれ接続されて、CPU及びHDCが互い
に各ポートからデータを単独で書込み/読出しをするこ
とが可能となった。しかしながら、HDDからデータを
読み出すためには、HDD側のDMA転送が完了してか
らBFに一時的に蓄えられた情報を読み取ることになる
ため、待ち時間が必要となる。
【0018】また、CPUからデュアルポートRAMへ
のアクセスには、DMA回路を使用するため、DMA転
送動作中はシステムバスがDMA転送に占有されること
は改善されていない。このように、BFにデュアルポー
トRAMを使用した場合の構成を図10に示す。図10
において、デュアルポートRAMからなるBF120は
一方のポートからシステムバスを介してCPU101に
接続され、該CPU101とBF120との間のデータ
転送には第1のDMA回路121の制御によるDMA転
送が用いられる。また、BF120は他方のポートから
ローカルバスを介してHDC117に接続され、該HD
C117とBF120との間のデータ転送には第2のD
MA回路122の制御によるDMA転送が用いられる。
【0019】近年のマルチメディアの発展等に基づく取
り扱い情報量の拡大にともない、データベースのデータ
検索スピード等のデータアクセスの高速性が一層要求さ
れつつある。そのような状況の下で、マイクロコンピュ
ータシステムにおいても、動画を取り込んで記憶するビ
デオキャプチャ処理等のHDD等への高速なアクセスが
要求されている。
【0020】
【発明が解決しようとする課題】図6に示すような構成
の従来のマイクロコンピュータシステムにおいて、HD
D111をリード/ライトする場合は、DMA回路10
5がバスマスタとなってシステムバスを占有し、CPU
101はホールドするため、他の処理ができないという
問題があった。
【0021】また、図9に示すような構成のマイクロコ
ンピュータシステムでは、HDD111からのデータの
読込み時には、DMA回路115の制御により、BF1
16とHDC117との間でDMA転送動作が行われ
て、読み込まれたデータがBF116に格納される。ま
た、HDD111へデータを書き込む時も、同様にDM
A回路115の制御により、BF116とHDC117
との間でDMA転送動作が行われる。このように、CP
U101のシステムバスを使用しないためDMA転送動
作中でもCPU101側は、システムバスを使用するこ
とが可能であり、図6のシステムの問題点を改善するこ
とができる。
【0022】HDD111からデータを読み込んだ場合
データは、一時的にBF116に格納されるが、再度H
DD111からデータを読み込む場合には、BF116
のデータをCPU101からHDC117を介してRA
M103へ退避することが行われる。しかし、この場
合、BF116へのアクセスに着目すると、DMA転送
動作中は、DMA回路115とHDC117が動作中で
あるため、CPU101はDMA転送動作が完了するま
でが待ってからBF116へアクセスしなければならな
いという問題がある。
【0023】また、図10に示したように、一時的なB
F120にデュアルポートRAMを使用したDMA制御
をマイクロコンピュータシステムで使用する手法を用い
れば、デュアルポートRAMに装備されている2ポート
のバスに、CPU101側のシステムバスとHDC11
7側のローカルバスがそれぞれ接続されて、それぞれD
MA回路121及び122により、互いに各ポートから
データを単独で書込み/読出しすることが可能となると
考えられる。
【0024】しかしながら、HDD101からデータを
読み出すためには、DMA回路122によるHDC11
7(HDD111)側のDMA転送が完了してから、B
F116に蓄えられた一時的な情報を読み取るため、待
ち時間を必要とする。また、CPU101からデュアル
ポートRAMへのアクセスにも、DMA回路121を使
用するため、このDMA転送中はシステムバスをDMA
に占有されることになり、CPUは他の処理ができない
という問題があった。
【0025】本発明は、上述した事情に鑑みてなされた
もので、HDD等の外部I/Oシステム側のDMA転送
完了待ち時間を必要とせず、また、DMA処理によりC
PUがバスを占有されることがなく、システムパフォー
マンスが良好なコンピュータシステムを提供することを
目的とする。
【0026】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の第1の観点に係るコンピュータシステム
は、プログラムを実行する中央処理手段と、前記プログ
ラムのコード、並びに該プログラムを実行するときのパ
ラメータ及びデータを格納するメモリ手段と、外部入出
力装置を制御するためのプロトコルを司る外部装置制御
手段と、前記外部装置制御手段により制御され、ダイレ
クトメモリアクセス転送により、前記中央処理手段を介
さずに前記外部入出力装置に対してダイレクトにリード
/ライト動作を行うダイレクトメモリアクセス手段と、
前記ダイレクトメモリアクセス手段がダイレクトメモリ
アクセス転送を行うときに転送データを一時的に格納す
るとともに、前記中央処理手段及びダイレクトメモリア
クセス手段から各別にアクセス可能なバッファメモリ手
段と、前記バッファメモリ手段を前記中央処理手段のア
ドレス空間にマッピングするメモリマッピング手段と、
を具備する。
【0027】前記バッファメモリ手段は、それぞれ2組
以上のアクセスポートを有し、前記中央処理手段及び前
記外部装置制御手段により異なるアクセスポートを介し
て各別にアクセスされる2個以上のメモリを含んでいて
もよい。
【0028】前記メモリマッピング手段は、前記バッフ
ァメモリ手段の一部を選択的に前記中央処理手段のメモ
リ空間にマッピングする手段を含んでいてもよい。
【0029】本発明の第2の観点に係るコンピュータシ
ステムは、プログラムを実行する中央処理装置と、前記
プログラムのコードを格納するリードオンリメモリと、
前記プログラムを実行するときのパラメータ及びデータ
を格納するランダムアクセスメモリと、外部機器と接続
してデータを授受するインタフェース回路と、外部入出
力装置を制御するためのプロトコルを司る外部装置制御
装置と、前記外部装置制御装置により制御され、ダイレ
クトメモリアクセス転送により、前記中央処理装置を介
さずに前記外部入出力装置に対してダイレクトにリード
/ライト動作を行うダイレクトメモリアクセス回路と、
それぞれ2個以上のデュアルポートランダムアクセスメ
モリを有し、前記中央処理装置及び前記外部装置制御装
置により異なるアクセスポートを介して各別にアクセス
されて、前記ダイレクトメモリアクセス回路がダイレク
トメモリアクセス転送を行うときに転送データを一時的
に格納するバッファメモリと、前記バッファメモリの少
なくとも1個のデュアルポートランダムアクセスメモリ
を選択的に前記中央処理装置のアドレス空間にマッピン
グするメモリマッピング回路と、を具備する。
【0030】本発明のコンピュータシステムにおいて
は、外部I/O装置を制御する外部装置制御手段により
制御されるDMA手段によるDMA転送により、前記中
央処理手段を介さずに前記外部I/O装置に対してダイ
レクトにリード/ライト動作を行うDMA転送における
転送データを一時的に格納するバッファメモリ手段を、
前記中央処理手段及びDMA手段により各別にアクセス
可能とするとともに、メモリマッピング手段にて中央処
理手段のアドレス空間にマッピングする。したがって、
HDD等の外部I/Oシステム側のDMA転送完了待ち
時間を必要とせず、また、DMA処理によりCPUがバ
スを占有されることがない。
【0031】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。
【0032】図1〜図5を参照して本発明によるマイク
ロコンピュータシステムの実施の形態を説明する。
【0033】図1〜図3は、本発明の実施の形態に係る
マイクロコンピュータシステムの構成を示している。図
1は、本発明の実施の形態に係るマイクロコンピュータ
システムの全体構成を示している。図2は、図1のマイ
クロコンピュータシステムにおいてメモリ群をCPUの
アドレス空間にマッピングするためのアドレスマッピン
グ回路の構成を詳細に示している。図3は、図1のマイ
クロコンピュータシステムによりHDDへリード/ライ
トするときの動作を説明するための図である。
【0034】図1に示すマイクロコンピュータシステム
は、CPU1、ROM2、RAM3、I/F(インタフ
ェース)回路4、DMA回路5、BF(バッファメモ
リ)6、HDC(ハードディスクコントローラ)7、メ
モリマッピング回路(以下、「MP」と称する)8、ア
ドレスバス(以下、「A−BUS」と称する)9、デー
タバス(以下、「D−BUS」と称する)10及びHD
D(ハードディスクドライブ)111を備えている。C
PU1、ROM2、RAM3、I/F回路4、DMA回
路5、HDC7、及びHDD111については、それぞ
れ図9に示したCPU101、ROM102、RAM1
03、I/F回路104、DMA回路115、HDC1
17、及びHDD111とほぼ同様の機能を有してい
る。
【0035】CPU1は、A−BUS9及びD−BUS
10からなるシステムバスに接続され、これらA−BU
S9及びD−BUS10には、ROM2、RAM3、I
/F回路4、BF6及びHDC7が接続されている。D
MA回路5はBF6及びHDC7に接続されている。M
P8はBF6に接続されている。HDD111はHDC
7に接続されている。
【0036】CPU1は、処理プログラムを実行する。
ROM2は、主として処理プログラムのコードを格納す
る。RAM3は、主に処理プログラムを実行するときの
パラメータを格納するとともに、処理プログラムの実行
時の作業用メモリとして、該処理プログラムの実行に伴
うデータを格納する。I/F回路4は、例えばI/Fカ
ード等として構成され、例えばビデオ出力装置等の外部
機器と接続してデータを授受し、動画等のデータを取り
込むことができる。DMA回路5は、DMA転送による
データ転送動作を司り、この場合CPU1を介さずに外
部I/O装置であるHDD111に対してダイレクトに
リード/ライト動作を行う。BF6は、HDD111へ
の書込み又はHDD111からの読出しの際に一時的に
データを格納する一時的なメモリとして用いられる。H
DC7は、HDD111への書込み又はHDD111か
らの読込みを制御するプロトコルを司る。MP8は、B
F6構成するメモリ群をCPU1のアドレス空間にマッ
ピングするための回路である。A−BUS9及びD−B
US10は、当該マイクロコンピュータシステムのシス
テムバスを構成し、それぞれアドレス信号及びデータ信
号の伝送路となる。HDD111は、DMA転送による
データ転送の対象となる外部I/O装置である。
【0037】また、BF6は、少なくとも2個のデュア
ルポートRAM(以下、「DPRAM」と称する)60
及び61を含んで構成される。DPRAM60及び61
の各々は、各別にアクセスすることが可能な2組のアク
セスポートを有している。
【0038】通常の場合、HDD111は、アプリケー
ションプログラムやオペレーティングシステム(OS:
operating system)を格納しているが、特にアプリケー
ションプログラムから大量のデータを高速に記憶する装
置として運用されている。アプリケーションプログラ
ム、すなわちソフトウェアのうち、頻繁にHDD111
にアクセスするソフトウェアには、データベースソフト
ウェアがある。データベースソフトウェアにおいては、
大量に蓄えられているデータの中から必要な情報を検索
するが、その処理は高速であればあるほど良い。また、
1回に検索するデータの単位は、4KB(キロバイト)
単位が一般的である。
【0039】最近では、動画を取り込んで記憶するビデ
オキャプチャシステムがシステムのオプションカード、
すなわちビデオキャプチャカード等の形で普及してい
る。動画をコマ落ちさせずに取り込むには30フレーム
レイト(1秒間にキャプチャする画面の数が30フレー
ム)が必要である。コマ落ちをさせず記憶するために
は、画面を圧縮する処理能力と圧縮したデータをHDD
111に高速に書き込むシステムが必要となる。このよ
うな場合、データの単位としては64KB〜128KB
程度の大きな値が使われる。また、動画を40分〜60
分記録するには8GB(ギガバイト)相当のHDDが必
要になる。
【0040】このようなシステムでは、HDD111と
の間のデータ転送スピードは、5MB/S(メガバイト
/秒)以上が必要となるが、本発明によるマイクロコン
ピュータシステムでは、DMA回路5を50MHzで動
作させることができる場合、40MB/Sまでの処理が
可能である。この実施の形態におけるマイクロコンピュ
ータシステムは、データベースソフトなどの4KB単位
のアクセスでも有効であるが、特に画像などの大量なデ
ータを一度にアクセスするときに効果を発揮する。
【0041】以下、この実施の形態におけるマイクロコ
ンピュータシステムの動作について説明する。
【0042】図1においては、このマイクロコンピュー
タシステムの中で特にHDD111のリード/ライトに
係る機能を果たすHDDリード/ライト機能部11を破
線で囲んで示している。このHDDリード/ライト機能
部11の機能を図2及び図3を参照して説明するととも
に、その従来と比較した具体的な動作を図4および図5
のタイムチャートを参照して説明する。
【0043】HDDリード/ライト機能部11は、HD
D111をリード/ライトするための回路部分であり、
DMA回路5、BF6、HDC7及びMP8で構成され
ている。DPRAM60及び61を用いて構成したBF
6の一方のポートのアドレスバス及びデータバスはCP
U1側のシステムバスであるA−BUS9及びD−BU
S10にそれぞれ接続されている。BF6の他方のポー
トのアドレスバス及びデータバスは、DMA回路5及び
HDC7にそれぞれ接続されている。BF6へはCPU
1側からとHDC7側から各別にアクセスすることがで
きる。また、図1及び図3においては、BF6はDPR
AM60とDPRAM61の2個のDPRAMを示して
いるが、実際の運用上は2個以上であればいくつ設けて
もよい。
【0044】1.まず、CPU1側からのアクセス方法
について説明する。
【0045】BF6の一方のポートのアドレスバス及び
データバスは、CPU1のシステムバスのA−BUS9
及びD−BUS10にそれぞれ接続されており、MP8
によって80000hからBFFFFh番地のメモリ空
間の位置に存在すべくマッピングされている。このシス
テムの構成の特徴として、CPU1側のアクセスにDM
Aを使用していないため、DMA動作によりシステムバ
スが占有されることなく、CPU1から特定のアドレス
にアクセスするだけで容易にHDD111をアクセスす
ることができる。
【0046】次に図2を参照してMP8の機能について
説明する。
【0047】システムバスの上位4ビットのアドレスA
16〜A19は、デコード回路80に入力される。
【0048】デコード回路80の出力であるROMチッ
プセレクト(以下、「ROMCS」と称する)信号は、
ROM1にCS(チップセレクト)信号として入力され
る。同様にRAMチップセレクト(以下、「RAMC
S」と称する)信号は、RAM2にCS信号として入力
される。同様にして、第1DPRAMチップセレクト
(以下、「DPRAM1CS」と称する)信号は、DP
RAM60にCS信号として入力され、第2DPRAM
チップセレクト(以下、「DPRAM2CS」と称す
る)信号は、DPRAM61のCS信号に入力される。
この実施の形態によるマイクロコンピュータシステムに
おいては、例えばROM1は128KBの容量、RAM
2は512KBの容量とし、そしてDPRAM60及び
DPRAM61はそれぞれ128KBの容量とする。
【0049】CPU1が特定のメモリアドレスをアクセ
スした場合、上位アドレスであるアドレスA16〜A1
9には、アクセスする特定のアドレスの上位4ビットが
出力されるが、該上位4桁の値が0〜7の場合はRAM
CS信号がアクティブローとなりRAM2が選択され
る。該上位4桁の値が8と9の時は、DPRAM1CS
信号がアクティブローとなりDPRAM60が選択され
る。該上位4桁の値がAとBの時は、DPRAM2CS
信号がアクティブローとなりDPRAM61が選択され
る。そして、該上位4桁の値がEとFの時は、ROMC
S信号がアクティブローとなりROM1が選択される。
該上位4桁のCとDの値については、この実施の形態で
は使用されない。
【0050】このように、BF6のDPRAM60とD
PRAM61のデュアルポートRAMは、MP8によっ
てCPU1のメモリ空間にマッピングされ、CPUから
ダイレクトにアクセスすることが可能となっている。
【0051】2.次にHDC7側からのアクセスの方法
について、図3を参照して説明する。
【0052】BF6の上述した他方のアドレスバス及び
データバスは、DMA回路5及びHDC6にそれぞれ接
続されている。
【0053】DMA回路5のアドレスバスA−BUS5
は、BF6のDPRAM60及びDPRAM61にアド
レス信号を出力する。HDC7のデータバスD−BUS
7は、BF6のDPRAM60及びDPRAM61のデ
ータバスに接続されている。DMA回路5に機能として
含まれる切り替え回路50は、第1のチップセレクト
(以下、「CS1」と称する)信号及び第2のチップセ
レクト(以下、「CS2」と称する)信号を送出する。
CS1信号は、DPRAM60にチップセレクト信号と
して供給され、該CS1信号がアクティブローの時にD
PRAM60のリード/ライトが可能になる。CS2信
号は、DPRAM61にチップセレクト信号として供給
され、該CS2信号がアクティブローの時にDPRAM
61のリード/ライトが可能になる。
【0054】切り替え回路50は、CPU1からの命令
により、CS1信号及びCS2信号のうちのいずれか一
方を選択する。CS1信号とCS2信号が同時に選択さ
れることはない。
【0055】また、切り替え回路50はアドレスを監視
して切り替える機能を備えており、アドレスA−BUS
5の値が規定の値を超えた場合に切り替えることができ
る。このシステムにおける1つのDPRAMの容量は1
28KBであるので、128KBを超えた時点で切り替
えるためには、アドレスの値が20000hを超えた時
点で切り替える。このようにすると2つのDPRAM6
0及び61を一つのメモリとして取り扱うことが可能に
なるため、1回の読み出し及び書き込み処理を2倍の2
56キロバイト最大まで行うことが可能になる。すなわ
ち、DPRAMを複数個備えるシステムにおいてもアド
レスを監視することで、複数個のDPRAMを1つのメ
モリとして取り扱うことが可能である。
【0056】(1)HDDからの読み出し動作を説明す
る。
【0057】HDC7は、HDD111からデータを読
み出すと同時にDMA回路5対し、DMA動作開始要求
を出す。DMA回路5は、HDC7からの要求によりD
MA転送を開始すると同時にアドレスをBF6へ送出す
る。HDC7は、DMA回路5のアドレスと同期してデ
ータをBF6へ送出する。
【0058】(2)HDDへの書き込み動作を説明す
る。
【0059】HDC7は、DMA回路5に対しDMA動
作開始要求を出す。DMA回路5は、HDC7からの要
求によりDMA転送を開始すると同時にアドレスをBF
6へ送出する。HDC7は、DMA回路5のアドレスと
同期してBF6からデータを受け取り、HDD111へ
書き込む。
【0060】このように、BF6へはCPU1側からと
HDC7側から各別にアクセスすることが可能である。
【0061】次に、この実施の形態によるマイクロコン
ピュータシステムの全体の動作について、図4および図
5に示すタイムチャートを参照して説明する。
【0062】図4(A)は、図6に示した従来のマイク
ロコンピュータシステムにおけるリード動作シーケンス
を示す。
【0063】CPU1は、HDC107に対してリード
コマンドを発行する。このリードコマンドの発行に要す
る処理時間を(a0)とする。次にHDC107は、H
DD111からデータを読み出してDMA回路105を
介してBF106に格納する。このHDD111のデー
タの読出し転送に要する処理時間を(b0)とする。次
にCPU101は、一時的に蓄えられたBF106のデ
ータをRAM103へ転送する。このBF106からの
データの読出し転送に要する処理時間を(c0)とす
る。同様にして、上述の動作をさらに2回繰り返した場
合におけるコマンド発行、HDDデータの読出し転送及
びBFデータの読出し転送の各所要時間は、それぞれ
(a1)、(b1)及び(c1)、並びに(a2)、
(b2)及び(c2)である。これら3回のリード動作
に要する全体の経過時間はTr1である。
【0064】一方、図4(B)は、図1に示す本発明の
実施の形態によるマイクロコンピュータシステムにおけ
るリード動作シーケンスを示す。
【0065】この場合、CPU1は、HDC7に対して
リードコマンドを発行する。このリードコマンド発行に
要する処理時間を(a0′)とする。次に、HDC7
は、HDD111からデータを読み出してBF6の一方
のDPRAM60に格納する。このHDD111のデー
タの読出し転送に要する処理時間を(b0′)とする。
次にCPU1は、2回目のリードコマンドを発行する。
この2回目のリードコマンド発行に要する処理時間を
(a1′)とする。次にHDC7は、HDD111から
データを読み出してBF6の他方のDPRAM61に格
納する。このHDD111のデータの2回目の読出し転
送に要する処理時間を(b1′)とする。
【0066】CPU1は、HDC7がHDD101から
データを読み出している時間(b1′)の期間内に、最
初の読出しで一方のDPRAM60に蓄えられたデータ
をRAM3へ転送する。このDPRAM60からのデー
タの読出し転送に要する処理時間を(c0′)とする。
【0067】HDD111のデータの2回目の読出し転
送(期間b1′)の完了後に、CPU1は、3回目のリ
ードコマンドを発行する。この3回目のリードコマンド
発行に要する処理時間を(a2′)とする。次にHDC
7は、HDD111からデータを読み出してBF6の一
方のDPRAM60に格納する。このHDD111のデ
ータの3回目の読出し転送に要する処理時間を(b
2′)とする。CPU1は、HDC7がHDD111か
らデータを読み出している時間(b2′)の期間内に、
2回目のリード動作でDPRAM61に蓄えられたデー
タをRAM3へ転送する。このDPRAM61からのデ
ータの読出し転送に要する処理時間を(c1′)とす
る。次にCPU1は、HDC7によるHDD111から
のデータの読出し転送(期間b2′)の完了後に、DP
RAM60に蓄えられたデータをRAM3へ転送する
(期間c2′)。この場合の3回のリード動作に要する
全体の経過時間はTr2である。
【0068】ここで、HDD111の平均転送レイト
は、2MB/S(メガバイト/秒)〜10MB/Sが一
般的であるが、図1に示すこの実施の形態でのCPU1
側のアクセススピードは、HDD111の平均転送レイ
トの2倍以上であるものとする。よって、CPU1側の
処理時間(c0′)は、時間(b1′)の1/2以下で
あり、HDC7がリード動作を実行している間に、CP
U1側の処理時間(c0′)は終了しているため、リー
ド動作が終了しても、すぐに次のリード動作を実行する
ことができる。また、BF6のDPRAM60及びDP
RAM61は交互に使用される。
【0069】このように、HDD111からのデータの
読み出しの最中でも、CPU1のシステムバスを介して
BF6へアクセスすることができる。そのため、図4
(A)に示す従来のマイクロコンピュータシステムのリ
ード動作シーケンスに要する時間Tr1よりも、本発明
のマイクロコンピュータシステムによる図4(B)のリ
ード動作シーケンスに要する時間Tr2のほうが、同等
の処理に対する処理時間を時間Tr3だけ短縮すること
ができる。
【0070】図5(A)は、図6に示した従来マイクロ
コンピュータシステムにおけるライト動作シーケンスを
示す。
【0071】CPU101は、HDD111に書き込も
うとするデータを予めRAM103からBF106へ転
送する。この書込みデータのBF106への転送に要す
る処理時間を(d0)とする。次にCPU101は、H
DC107に対してライトコマンドを発行する。このラ
イトコマンドの発行に要する処理時間を(e0)とす
る。次にHDC107は、BF106に格納されたデー
タを転送してHDD111へ書き込む。このHDD11
1へのデータの転送書込みに要する処理時間を(f0)
とする。同様にして、上述の動作をさらに2回繰り返し
た場合におけるBF106への書込みデータの転送、ラ
イトコマンド発行及びHDD111への転送書き込みの
各所要時間は、それぞれ(d1)、(e1)及び(f
1)、並びに(d2)、(e2)及び(f2)である。
これら3回のライト動作に要する全体の経過時間はTw
1である。
【0072】一方、図5(B)は、図1に示す本発明の
実施の形態によるマイクロコンピュータシステムにおけ
るライト動作シーケンスを示す。
【0073】この場合、CPU1は、HDD111に書
き込もうとするデータを予めRAM3からBF6の一方
のDPRAM60へ転送する。この書込みデータのBF
6への転送に要する処理時間を(d0′)とする。次に
CPU1は、HDC7に対してライトコマンドを発行す
る。このライトコマンドの発行に要する処理時間を(e
0′)とする。次にHDC7は、BF6のDPRAM6
0に格納されたデータを転送してHDD111へ書き込
む。このHDD111へのデータの転送書込みに要する
処理時間を(f0′)とする。このHDC7によるHD
D111へのライト動作中に、CPU1は次に書き込む
べきデータをRAM3からBF6の他方のDPRAM6
1に転送する。この書込みデータのBF106への転送
に要する処理時間を(d1′)とする。
【0074】次にCPU1は、2回目のライトコマンド
を発行する。この2回目のライトコマンドの発行に要す
る処理時間を(e1′)とする。次にHDC7は、BF
6の他方のDPRAM61に格納されたデータを転送し
てHDD111へ書き込む。このHDD111へのデー
タの2回目の転送書込みに要する処理時間を(f1′)
とする。
【0075】このHDC7によるHDD111への2回
目のライト動作中に、CPU1は次に書き込むべきデー
タをRAM3からBF6の一方のDPRAM60に転送
する。この書込みデータのBF106への3回目の転送
に要する処理時間を(d2′)とする。
【0076】次にCPU1は、HDD111へのデータ
の2回目の転送書込み(期間f1′)の終了後に、3回
目のライトコマンドを発行する。この3回目のライトコ
マンドの発行に要する処理時間を(e2′)とする。次
にHDC7は、BF6の一方のDPRAM60に格納さ
れたデータを転送してHDD111へ書き込む。このH
DD111へのデータの3回目の転送書込みに要する処
理時間を(f2′)とする。この場合の3回のライト動
作に要する全体の経過時間はTw2である。
【0077】ここで、リード動作の場合と同様に、HD
D111の平均転送レイトは、2MB/S〜10MB/
Sが一般的であり、この実施の形態でのCPU1側のア
クセススピードは、HDD111の平均転送レイトの2
倍以上であるものとする。よって、CPU1側の処理時
間(d1′)は、時間(f0′)の1/2以下であり、
HDC7がライト動作を実行している間に、CPU1側
の処理時間(d1′)は終了しているため、ライト動作
が終了しても、すぐに次のライト動作を実行することが
できる。また、BF6のDPRAM60及びDPRAM
61は交互に使用される。
【0078】このように、HDD111へのデータの書
き込みの最中でも、CPU1のシステムバスを介してB
F6へアクセスすることができる。そのため、図5
(A)に示す従来のマイクロコンピュータシステムのラ
イト動作シーケンスに要する時間Tw1よりも、本発明
のマイクロコンピュータシステムによる図5(B)のラ
イト動作シーケンスに要する時間Tw2のほうが、同等
の処理に対する処理時間を時間Tw3だけ短縮すること
ができる。
【0079】上述においては、リードコマンド及びライ
トコマンドを3回発行したときの処理時間の短縮効果を
説明した。実際の運用において、CPU1の処理時間と
HDC7側の処理時間の比を3対7とすると、CPU1
側の処理は、HDC7側の処理の間に行うためほぼゼロ
に等しい。よって、HDD111へのアクセス処理時間
を3割程度短縮できることになり、上述のようなマイク
ロコンピュータシステムとすることによるメリットは大
きい。また、上述のマイクロコンピュータシステムで
は、BF6がCPU1のメモリ空間にマッピングされる
ためHDD111からリードしてBF6へ格納してある
データを加工する必要がない場合には、直接I/F回路
4等へ出力することができる。そのためRAM3へ一時
的に転送する必要が無くなり、マイクロコンピュータシ
ステムのパフォーマンスが一層向上する。
【0080】なお、本発明は、マイクロコンピュータシ
ステムに限らず、同様のDMA転送を用いる種々のコン
ピュータシステムにおいて、上述と同様に実施すること
ができる。
【0081】上述したコンピュータシステムにおいて
は、HDD111を制御するHDC7により制御される
DMA回路5によるDMA転送により、CPU1を介さ
ずにHDD111に対してダイレクトにリード/ライト
動作を行うDMA転送における転送データを一時的に格
納するBF6を、CPU1及びDMA回路5により各別
にアクセス可能とするとともに、MP8にてCPU1の
アドレス空間にマッピングする。したがって、HDD1
11等の外部I/Oシステム側のDMA転送完了待ち時
間が必要なくなり、また、DMA処理によりCPU1が
バスを占有されることがなくなる。
【0082】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
HDD等の外部I/Oシステム側のDMA転送完了待ち
時間を必要とせず、また、DMA処理によりCPUがバ
スを占有されることがなく、システムパフォーマンスが
良好なコンピュータシステムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態に係るマイクロコンピュー
タシステムの構成を示すブロック図である。
【図2】図1のマイクロコンピュータシステムにおける
アドレスマッピング回路(MP)の構成を示すブロック
図である。
【図3】図1のマイクロコンピュータシステムにおける
バッファメモリ(BF)及びダイレクトメモリアクセス
(DMA)回路の構成を示すブロック図である。
【図4】図1のマイクロコンピュータシステムと従来の
システムとにおけるリード動作シーケンスを比較して示
すタイムチャートである。
【図5】図1のマイクロコンピュータシステムと従来の
システムとにおけるライト動作シーケンスを比較して示
すタイムチャートである。
【図6】従来のマイクロコンピュータシステムの一例の
構成を示すブロック図である。
【図7】図6のマイクロコンピュータシステムにおける
ダイレクトメモリアクセス動作を説明するための模式的
ブロック図である。
【図8】図6のマイクロコンピュータシステムにおける
ダイレクトメモリアクセス動作を説明するためのタイム
チャートである。
【図9】従来のマイクロコンピュータシステムの他の一
例の構成を示すブロック図である。
【図10】従来のマイクロコンピュータシステムの問題
を解決するために考えられる構成の一例を示すブロック
図である。
【符号の説明】
1 中央処理装置(CPU) 2 リードオンリメモリ(ROM) 3 ランダムアクセスメモリ(RAM) 4 インタフェース(I/F)回路 5 ダイレクトメモリアクセス(DMA)回路 6 バッファメモリ(BF) 7 ハードディスクコントローラ(HDC) 8 メモリマッピング回路(MP) 9 アドレスバス(A−BUS) 10 データバス(D−BUS) 50 切り替え回路 60 デュアルポートRAM(DPRAM) 61 デュアルポートRAM(DPRAM) 111 ハードディスクドライブ(HDD)

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】プログラムを実行する中央処理手段と、 前記プログラムのコード、並びに該プログラムを実行す
    るときのパラメータ及びデータを格納するメモリ手段
    と、 外部入出力装置を制御するためのプロトコルを司る外部
    装置制御手段と、 前記外部装置制御手段により制御され、ダイレクトメモ
    リアクセス転送により、前記中央処理手段を介さずに前
    記外部入出力装置に対してダイレクトにリード/ライト
    動作を行うダイレクトメモリアクセス手段と、 前記ダイレクトメモリアクセス手段がダイレクトメモリ
    アクセス転送を行うときに転送データを一時的に格納す
    るとともに、前記中央処理手段及びダイレクトメモリア
    クセス手段から各別にアクセス可能なバッファメモリ手
    段と、 前記バッファメモリ手段を前記中央処理手段のアドレス
    空間にマッピングするメモリマッピング手段と、を具備
    することを特徴とするコンピュータシステム。
  2. 【請求項2】前記バッファメモリ手段は、 それぞれ2組以上のアクセスポートを有し、前記中央処
    理手段及び前記外部装置制御手段により異なるアクセス
    ポートを介して各別にアクセスされる2個以上のメモリ
    を含むことを特徴とする請求項1に記載のコンピュータ
    システム。
  3. 【請求項3】前記メモリマッピング手段は、 前記バッファメモリ手段の一部を選択的に前記中央処理
    手段のメモリ空間にマッピングする手段を含むことを特
    徴とする請求項1又は2に記載のコンピュータシステ
    ム。
  4. 【請求項4】プログラムを実行する中央処理装置と、 前記プログラムのコードを格納するリードオンリメモリ
    と、 前記プログラムを実行するときのパラメータ及びデータ
    を格納するランダムアクセスメモリと、 外部機器と接続してデータを授受するインタフェース回
    路と、 外部入出力装置を制御するためのプロトコルを司る外部
    装置制御装置と、 前記外部装置制御装置により制御され、ダイレクトメモ
    リアクセス転送により、前記中央処理装置を介さずに前
    記外部入出力装置に対してダイレクトにリード/ライト
    動作を行うダイレクトメモリアクセス回路と、 それぞれ2個以上のデュアルポートランダムアクセスメ
    モリを有し、前記中央処理装置及び前記外部装置制御装
    置により異なるアクセスポートを介して各別にアクセス
    されて、前記ダイレクトメモリアクセス回路がダイレク
    トメモリアクセス転送を行うときに転送データを一時的
    に格納するバッファメモリと、 前記バッファメモリの少なくとも1個のデュアルポート
    ランダムアクセスメモリを選択的に前記中央処理装置の
    アドレス空間にマッピングするメモリマッピング回路
    と、を具備することを特徴とするコンピュータシステ
    ム。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7143205B2 (en) * 2001-06-18 2006-11-28 Renesas Technology Corp. DMA controller having a trace buffer

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7143205B2 (en) * 2001-06-18 2006-11-28 Renesas Technology Corp. DMA controller having a trace buffer

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