JPH02220162A - 計算機用dma転送装置 - Google Patents

計算機用dma転送装置

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JPH02220162A
JPH02220162A JP4112489A JP4112489A JPH02220162A JP H02220162 A JPH02220162 A JP H02220162A JP 4112489 A JP4112489 A JP 4112489A JP 4112489 A JP4112489 A JP 4112489A JP H02220162 A JPH02220162 A JP H02220162A
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JP
Japan
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dma
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JP4112489A
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Hisashi Kiyozawa
清沢 久
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Fuji Electric Co Ltd
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Fuji Electric Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は計算機の内部記憶装置と入出力装置との相互間
でデータを直接転送するD M A (DiroctM
emory Access)転送装置に関する。
〔従来の技術〕
計算機のRAM等の内°部記憶装置とディスク記憶装置
等の入出力装置との間のデータのやりとりないし転送は
、計算機の中央処理装!(以下cPUという)を介して
するのが本来であるが、cPUを通してデータを一々転
送するのではCPUに負担がそれだけ多く掛かり、かつ
CPUにデータを一旦入力しそれを再び出力させるのに
それだけ余分な時間も掛かることになるので、現在の計
算機ではほとんど例外なく、CPUを介在させずに内部
記憶装置と入出力装置の間でデータを直接転送するDM
A方式が採用され、それ専用のいわゆるDMAコントロ
ーラが市販されている。以下、よく知られていることで
あるが、第3図および第4図を参照してその概要を説明
する。
第3図において、CPUl0と内部記憶装置20とはア
ドレスバスlおよびデータバス2を介して接続され、入
出力袋jl130がデータバス2に接続され°ζいる。
DMA方式を用いないとき、データは図で細い実線の経
路Aで示すように内部記憶装置20または入出力装置3
0から一旦CPUl0内のレジスタll内に読み取られ
、次にそのデータがレジスタ11から入出力装置30ま
たは内部記憶装置20に移されることにより、再装置2
0と30どの間のデータ転送がCPUl0を介して行な
われる。
DMA方式を利用する場合には、前述のそれ専用のコン
トローラ40が計算機内に組み込まれ、図示のようにア
ドレスバス1に接続される。入出力装置30から内部記
憶装置20にデータを転送すべきとき、あるいは内部記
憶装置20からデータの転送を受けるべきとき、その旨
が第4図(a)に示すDMA指令DSの形で入出力装置
30からDMAコントローラ40に与えられる。このD
MA指令DSを受けたDMAコントローラ40は、それ
を第4図(ロ)に示す保持指令H3の形でCPUl0に
伝達する。
CPUl0はこれを受ける第4図の時点aではふつう同
図(C)のようにある命令を実行中で、この命令実行C
Eの終了時点すにアドレスバス1を浮動させた上で、保
持指令H3に対して同図(ロ)に示す保持確認H^をD
MAコントローラ40に帰す。
DMAコントローラ40はこの保持確認HAに基づいて
動作を開始し、浮動され従ってCPUl0側からは不使
用状態に置かれたアドレスバス1を利用して、内部記憶
装置20にデータを読み取りまたは書き込むべきアドレ
スを指定する。さらに、DMAコントローラ40は図で
は簡略に示された制御線3を介して、内部記憶装置20
には読取指令R5または書込指令USを、入出力装置3
0には逆に書込指令tisまたは読取指令R3をそれぞ
れ与える。これによって、データがデータバス2を介し
て内部記憶装置20から入出力装置30にまたはその逆
方向に、第3図にBで示すように同装置間のCPUl0
を介しない直接経路を介して転送される。なお、このD
MA転送はある比較的短いデータ単位ふつうは1バイト
ずつ行なわれる。
このデータ単位の転送の終了後、入出力装置30はDM
A指令DSを消失させ、DMAコントローラ40もそれ
に応じてこの時点Cに保持指令H5を第4図(ロ)に示
すように消失させる。CPUl0はこの保持指令H5の
消失に応じて、第4図の時点dにその保持確認HAを消
失させ、かつ次の命令実行CEの動作に入る。もちろん
、以上のDMA動作は所望のデータ量の転送が終わるま
で単位データずつ繰り返えして行なわれる。
これかられかるように、CPUl0の命令実行動作とD
MAコントローラ40のデータ転送動作との切り換えは
、両者間に交換される保持指令H5と保持i1認HAを
仲介として行なわれ、保持中のCPU10はそのアドレ
ッシング動作や読み書き指令動作をすべて一時停止して
、いわば保持指令H3の消失待ちの状態に置かれる。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかし、上述の従来のDMA装置では、入出力装置のデ
ータ転送の密度や速度が高くても、その性能を充分活用
できない問題がある。
二の原因はDMAコントローラからCPUに保持指令を
与えても、CPU側ではほとんど命令実行中なのでその
動作が終わるまでこの保持指令が受は付けられず、DM
Aコントローラ側ではCPUから保持確認を受けるまで
そのDMA動作の開始が待たされることにある。
CPUの1命令の実行時間は、その動作クロックでいう
と例えば8〜12クロック程度なので、上の待ち時間は
DMA動作1回について平均してその半分の4〜6クロ
ツク程度9時間にしてふつうは1〜2μs程度にしか過
ぎないが、LANの場合のように転送すべきデータ量が
多いときには、データ全体に対する待ち時間の合計がか
なり長くなり、従って入出力装置の見掛は能力がそれに
応じて落ち、とくに高性能の装置ではその利用効率が大
幅に低下してしまうのである。
本発明の目的はかかる問題を解決して、できるだけ簡単
な手段で、DMAコントローラの動作の開始待ち時間を
短縮できる計算機用DMA転送装置を得ることにある。
〔課題を解決するための手段〕
この目的は本発明によれば、待機指令により動作中状態
をそのまま保持する待機機能をもつCPUと、内部記憶
装置と入出力装置間のデータ転送を制御するDMAコン
トローラと、CPUからの読み書き指令とDMAコント
ローラからの転送指令を調停してCPUへの待機指令と
DMAコントローラへの転送許可を制御する指令調停回
路と、転送許可に応動して内部記憶装置に対するアドレ
ス指定をDMAコントローラ側に切り換える切換回路と
によりDMA転送装置を構成し、指令調停回路に読み書
き指令の方が早いときにはその消失まで転送指令に対す
る転送許可を保留させ、転送指令の方が早いときにはそ
れに基づいて転送許可を発しかつ転送指令の消失まで待
機指令を発しさせることにより達成される。
なお、上記の待機指令と転送許可は共用でき、指令調停
回路は論理ゲート等を組み合わせて、切換回路はマルチ
プレクサやバスドライバによりそれぞれ適宜に構成する
ことができる。
(作用〕 上記構成かられかるように、本発明はCPUが命令実行
中であってもDMA動作の開始を可能として、問題の待
ち時間の短縮に成功したもので、このため従来のように
CPUの保持機能を利用するかわりに、それがふつう持
っている待機機能を利用することに着目したものである
CPUのこの待機機能は、保持機能が命令実行動作を一
旦終了してから一時停止状態に入らねばならないのに対
し、待機指令を受けた時の動作状態をいわば凍結してそ
のまま保持することができるので、これの機能を利用し
て従来の保持指令のかわりに待機指令をCPUに与えれ
ば、原理的にはCPUの動作中にいわば割り込んで随時
DMA動作を開始できる。しかし、CPUが内部記憶装
置に対して読み書き動作をしている間に強制的にそれを
待a杖態に入れると、そのタイミングによっては読み書
き中のデータ等が失われ、あるいは待機が解けた後の読
み書巻に失敗して、データが間違って読み書きされるお
それがある。
ところで、CPUはその命令実行中に常に内部記憶装置
に対する読み書き動作をしているわけではなく、内部記
憶装置にアドレスを指定しているがまだ命令の読み取り
やデータの読み書きをしていない期間があり、また命令
の種類によってはデータを全く読み書きしない場合もあ
る0本発明はこの点に着目して、CPUが命令実行中で
あってもそれが内部記憶装置に対する読み書き動作中で
ない限り待機指令を与える。
このため上記構成にいう指令調停回路を設け、これにC
PUからの読み書き指令とDMAコントローラからの転
送指令を与えて、読み書き指令の方が早いときにはその
消失まで転送指令に対する転送許可を保留し、指令調停
回路により読み書き指令の方が早いときにはその消失ま
で転送指令に対する転送許可を保留するように両指令を
調停させる。これにより、CPUの読み書き動作中はそ
の終了までご(短い待ち時間が発生するが、それ以外の
すべての場合は転送指令によって直ちにDMA動作を開
始させることができる。
〔実施例〕
以下、図を参照しながら本発明の詳細な説明する。第1
図は本発明装置を組み込んだ計′x41sIの構成を示
すもので、前に説明した第3図と同じ部分には同じ符号
が付されている。
第1図かられかるように、本発明の場合は第3図の構成
に対して指令調停回路50と切換回路60とが追加され
る0、指令調停回路50はCPUl0から読取指令R5
と書込指令−3を受け、これらはいずれも・通例のよう
にそのしの値で動作を指令するものである。この指令調
停回路50に対し、DMAコントローラ40からは従来
の保持指令に相当する転送指令TSが入出力装置30か
らのDMA指令DSに基づいて与えられ、これは従来の
保持指令と同じくhをその指令値とする。指令調停回路
はCPUl0とDMAコントローラ40から受けるこれ
らの指令に基づいて待機指令NTと転送許可TAを発す
るが、この実施例では両者には図示のように共通の信号
が用いられ、いずれもそのhの値によってこれらの指令
ないし許可を与えるものである。
指令調停回路50内のナンドゲー)51はCPUl0か
らの読取指令R3および書込指令Tl4Sをその入力に
それぞれ受け、その出力は両指令のいずれか一方が指令
値−になったとき−の状態になる。 RSフリップフロ
ップ55のセット人力Sに接続されたアンドゲート53
はナンドゲー)51の出力のインバータ52による補信
号と転送指令TSとを受け、フリップフロップ55のリ
セット人力Rに接続されたノアゲート54はナンドゲー
)51の出力と転送指令TSとを受け、フリップフロッ
プ55のQ出力からは上述の待機指令−丁と転送許可T
^が取り出される。
次にこの指令調停回路の動作を説明する。まず読取指令
R5および書込指令WSがいずれもbで、かつ転送指令
TSがものとき、つまり指令がすべてないときには、ノ
アゲート54はナンドゲー)51の出力のtと転送指令
TSの−を受け、その出力の−によってフリップフロッ
プ50をリセットしており、従ってそのQ出力である待
機指令WTと転送許可TAは−の状態にある。なお、こ
のときのアンドゲート53の出力はもちろんtの状態に
ある。
次に、この状態でCPUl0側からの指令がDMAコン
トローラ40側からより先に出たとすると、読取指令R
5または書込指令WSがtになり従ってナントゲート5
1の出力が〜になるから、アンドゲート53はインバー
タ52から−を受けてディセーブルされ、その後に転送
指令TSが−になってもフリップフロップはセットされ
ない、このとき、ノアゲート54の出力はtになるがフ
リップフロップ54のリセット状態は変わらず、その出
力の待機指令社等も−のままである。
つまり先に出た指令が優先され、CPUl0は読み書き
動作を進めることができる。この動作が終わって読み書
き指令が消失すると、ナントゲート51の出力が−にな
ってアンドゲート53はインバータ52からのbでイネ
ーブルされるので、この時までに転送指令TSが出てい
るとフリップフロップがセットされ、待機指令WTと転
送許可TAが−となっ”(CPUは待機状態に置かれ、
DMAコントローラ40は転送許可TAに基づいてDM
A動作を開始することができる。
CPUl0とDMAコントローラ40からの指令がない
前述の当初の状態では、アンドゲート53はインバータ
52の出力の〜でイネーブルされており、この状態でD
MAコントローラ40y!Jから先に転送指令TSが出
ると、フリップフロップ55がアンドゲート53の出力
の−により直ちにセットされ、待機1令−丁と転送許可
T^が−になり、これによってCPUl0は待機状態に
入り、DMAコントローラ40はDMA動作を開始する
ことができる。このDMA動作が終ねうてDMAコント
ローラ40からの転送指令TSがしになると、ノアゲー
ト54が開いてその出力の−によりフリップフロップ5
5がリセットされ、待機指令WTが−になってCPUl
0の待機状態が解除され、当初の状態に戻る。
以上の指令調停回路50の動作により、DMAコントロ
ーラ40はその転送指令TSにより、CPUIG側から
の読み書き指令が存在しないことを条件に直ちに、存在
するときはそれに基づく読み書き動作の終了後に、CP
Ul0を待機状態に入れてそのDMA動作を開始するこ
とができる。
なお、この実施例と同等ないしは同様な機能をもつ指令
調停回路50は種々な態様で構成できる。
例えば、多少動作は異なるが第1図のゲート52〜54
とフリップフロップ55とを、ナントゲート2個で構成
されたRSフリップフロップで置き換えて、その回路構
成を簡単化することができる。
第1図の切換回路60中のアドレスバス切換回路61は
、CPUl0からのアドレスバス12とDMAコントロ
ーラ40からのアドレスバス42を受ける一種の切換ス
イッチであって、アドレスバスlを転送許可TAのtお
よびhに応じてCPUl0のアドレスバス12またはD
MAコントローラ40のアドレスバス42暢それぞれ接
続する役目を果たし、例えば1個のマルチプレクサや2
個のバスドライバがこれに用いられる。この実施例で切
換回路6oの一つとして設けられている制御線切換回路
62も同様な切換スイッチであって、制御線3に乗せる
べき読取指令R3および書込指令lISを転送許可TA
のtまたはbに応じて、CPUl0側またはDMAコン
トローラ40側に切り換える役目を果たす。
第2図は上述のように構成されたDMA転送装置の動作
を説明するためのものである。同図(a)はCPUl0
用の動作クロックパルスCPを示し、そのふつう8〜1
2個に相当する図のTが1命令実行サイクル期間であっ
て、通例のように命令読取期間Trと命令実行期間To
とからなる。命令読取期間Trにはふつう内部記憶装置
20から命令内容の読み取りないしフェッチが行なわれ
、命令実行期間Toには読み取った命令の実行9例えば
内部記憶装置20のデータの読み書き動作が行なわれる
第2図(ハ)はアドレスバスlの状態を示し、CPUl
0から命令読取期間Trには命令アドレッシングCAが
、命令実行期間Teには例えばデータアドレッシングD
Aがそれぞれ行なわれる。同図(C)は読み書き用の制
御線3の状態を示し、雨期間TrおよびTeとも前半は
アドレッシングのみで制御線3は使われず、命令読取期
間Trの後半には命令の読取指令R3がこれに乗せられ
、命令実行期間Toの後半にはデータの読取指令R3ま
たは書込Jr1令−3である読み書き指令RWが乗せら
れる。
二の第2図(C)において、CPUl0から読取指令R
3または読み書き指令■が発せられていない期間に、D
MAコントローラ40から転送指令TSが発せられると
、指令調停回路50から前述のように直ちに待機指令−
丁と転送許可TAが出され、DMA動作が待ち時間なく
開始される0図ではこれがDMA動作開始可能期間Td
として示されている。これ以外の期間にDMAコントロ
ーラから転送指令TSが発せられたときは、CPUIQ
の読み書き動作の終了後のこの期間Tdの当初にDMA
動作が開始されることになる。
DMAコントローラ40からの転送指令TSが任意の時
刻に発せられるとすると、上述の説明かられかるように
待ち時間の発生確率は2分の1で、1回の待ち時間は命
令実行サイクル期間Tの8分の1になるから、平均待ち
時間はTの16分の1になり、これを従来のDMA動作
の平均待ち時間が前述のようにTの2分の1であるのと
比べると、本発明によりDMA動作の待ち時間が従来の
8分の1に短縮されることがわかる。
以上のようにしてDMA動作が開始された時、CPUl
0は待機指令WTにより待機状態に入り、この間にもそ
のアドレスバス12はアドレッシング状態に置かれるが
、アドレスバス切換回路61が転送許可TAによりアド
レスバス42の方に切り換わり、DMAコントローラ4
0側からアドレスバスlにアドレッシングを行なうこと
ができる。同時に読取指令R3と書込指令−5がDMA
コントローラ40から制御線切換回路61を介して内部
記憶袋W120と入出力袋!30に与えられ、これによ
り両装置間でデータの直接転送がなされるのは従来と同
じである。
なお、上述の動作かられかるように制御線切換回路61
は必ずしも必要ではないが、この実施例では読み書き指
令の関係で無用なトラブルが発生しないよう安全のため
設けたものである。
第2図(ロ)および(e)に示した動作例では、命令読
取期間Tr内の動作は前述と同じであるが、命令実行期
間Te内ではCPUl0は専らその内部レジスタ間のみ
で動作を行ない、内部記憶装置20に対する読み置台動
作は行なわれない。
すなわちこの場合には、命令実行期間Te内でCPUl
0から同図(d)のように外部に対するアドレッシング
はなされず、同図(e)のように読み書き指令RWも発
せられない、従って、DMA動作開始可能期間Tdは同
図(C)の場合と比べて長くなり、待ち時間の発生確率
は4分の1.平均待ち時間は命令実行サイクル期間Tの
32分の1となり、従来と比べて16分の1になる。C
PUl0の実際の動作には第2図(C)と(e)の双方
の場合が混在するから、結局本発明によってDMA動作
開始時の平均待ち時間を従来の10分の1程度に短縮で
きる。
以上の実施例に限らず本発明は種々の態様で実施をする
ことができる0例えば、内部記憶装置と入出力装置間の
データの直接転送要領はDMAコントローラの種類によ
り若干具なって来る。指令調停回路の回路構成自体にも
自由度があるほか、指令類の−1−の使い分けの様子に
応じて適宜具体構成すべきものである。CPUの動作や
機能にも若干の差があり、これに応じて本発明装置を適
宜構成することができる。
〔発明の効果〕
以上のように本発明では、待機指令により動作中状態を
そのまま保持する待機機能をもつ中央処理装置と、内部
記憶装置と入出力装置間のデータ転送を制御するDMA
コントローラと、中央処理装置からの読み書き指令とD
MAコントローラからの転送指令を調停して中央処理装
置への待機指令とDMAコントローラへの転送許可を制
御する指令調停回路と、転送許可に応動して内部記憶装
置へのアドレス指定をDMAコントローラ側に切り換え
る切換回路とでDMA転送装置を構成し、指令調停回路
により読み書き指令の方が早いときにはその消失まで転
送指令に対する転送許可を保留し、転送指令の方が早い
ときにはそれに基づいて転送許可を発するとともに転送
指令の消失まで待機指令を発するようにしたので、CP
Uが命令実行中であっても読み書き動作中でない限り直
ちに待機状態に入れてDMA動作を開始することができ
、この動作開始までの待ち時間を従来の10分の1程度
に短縮することができる。
従って、本発明の実施により従来の最大問題であったD
MA動作開始までの待ち時間は実質上問題でなくなり、
入出力装置のもつデータ転送機能をほぼ完全に活かすこ
とができる。各単位データ例えば1バイトごとに短縮で
きる待ち時間は前述のように1〜2u程度と一見僅かで
あるが、総転送量に対する節約時間は大きな値になり、
入出力装置のもつ転送能力の利用効率を格段に高めるこ
とができるからである。とくに入出力装置が大容量のデ
ィスク記憶装置やLAN装置であってデータ転送量が大
きい場合、本発明によりその読み書き時間や通信時間を
大幅に節約できる0本発明はデータ転送密度や速度の高
い入出力装置に適用して効果が高く、とくにその単位デ
ータの転送時間がCPUのアドレッシング時間と同程度
の場合、CPUをDMA側の動作によりあまり影響され
ずに動作させることができる。
このように、本発明は入出力装置の能力を活かして計算
機の運用効率を上げ、データの転送時間や通信時間を節
約できる著効を存する。
【図面の簡単な説明】
第1図および第2図が本発明に関し、第1図は本発明に
よるDMA転送装置を組み込んだ計算機の構成例の回路
図、第2図はその動作を説明するCPUの動作状態図で
ある。第3図以降は従来技術に関し、第3図は従来のD
MA転送装置を組み込んだ計算機の回路図、第4図はそ
の動作波形図である0図において、 1ニアドレスバス、2=データバス、3:制御線、to
:cpuないし中央処理装置、11:レジスタ、12;
CPUのアドレスバス、20:内部記憶装置ないしはR
AM、30:入出力装置、40:DMAコントローラ、
42iDMA用アドレスバス、50:指令調停回路、5
1:ナンドゲート、52:インバータ、53:アンドゲ
ート、54:ノアゲート、55:フリップフロップ、6
0:切換回路、61+アドレスバス切換回路、62:制
御線切換回路、A+CPUを介するデータ転送経路、B
 : DMAによるデータ転送経路、axd:動作時点
、CA:命令アドレッシング、CI!:命令実行動作、
CP:CPUの動作クロックパルス、DA:データアド
レッシンク、DS二〇MA指令、HA:保持確認、H1
保持指令、R1読取指令、R賀:読み書き指令、T:命
令実行サイクル期間、TAj転送許可、TdiDMA動
作開始可能期間、Te:命令実行期間、Tr:命令読取
期間、TS:転送指令、Ill書込指令、−丁:待機指
令、で第 図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 計算機の内部記憶装置と入出力装置間でデータを直接転
    送する装置であって、待機指令により動作中状態をその
    まま保持する待機機能をもつ中央処理装置と、内部記憶
    装置と入出力装置間のデータ転送を制御するDMAコン
    トローラと、中央処理装置からの読み書き指令とDMA
    コントローラからの転送指令を調停して中央処理装置へ
    の待機指令とDMAコントローラへの転送許可を制御す
    る指令調停回路と、転送許可に応動して内部記憶装置に
    対するアドレス指定をDMAコントローラ側に切り換え
    る切換回路とを備え、指令調停回路により読み書き指令
    の方が早いときにはその消失まで転送指令に対する転送
    許可を保留し、転送指令の方が早いときにはそれに基づ
    いて転送許可を発するとともに転送指令の消失まで待機
    指令を発するようにしたことを特徴とする計算機用DM
    A転送装置。
JP4112489A 1989-02-21 1989-02-21 計算機用dma転送装置 Pending JPH02220162A (ja)

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