10 DMA控制器
DMA工作原理
DMA工作原理DMA（Direct Memory Access，直接内存访问）是一种计算机技术，用于实现高速数据传输和处理。
DMA允许外设设备（如硬盘驱动器、网络适配器等）直接访问主存储器，而无需通过中央处理器（CPU）的干预。
这种直接访问的方式可以显著提高数据传输的效率和系统性能。
DMA的工作原理如下：1. 初始化：DMA控制器通过与主存储器和外设设备进行通信，获取相关的传输参数，包括数据的起始地址、传输长度、传输方向等。
DMA控制器还会与外设设备进行握手，确保传输的准备就绪。
2. 寻址：DMA控制器使用总线控制信号将外设设备与主存储器连接起来。
它会通过总线控制信号控制总线的使用权，从而实现对主存储器的直接访问。
3. 传输：DMA控制器根据事先设定的传输参数，将数据从外设设备读取到主存储器，或者将数据从主存储器写入到外设设备。
数据传输过程中，DMA控制器会实时监测传输状态，并根据需要进行错误处理或者中断处理。
4. 完成：一旦数据传输完成，DMA控制器会发出相应的中断信号，通知CPU 数据的可用性。
CPU可以通过查询或者中断处理程序来获取传输结果，并继续执行后续的操作。
DMA的工作原理可以分为两种模式：单一模式和循环模式。
- 单一模式：在单一模式下，DMA控制器只执行一次数据传输操作。
一旦传输完成，DMA控制器会住手工作，等待CPU的进一步指示。
- 循环模式：在循环模式下，DMA控制器会反复执行数据传输操作，直到收到CPU的住手指令。
这种模式适合于需要连续传输大量数据的场景，如音频和视频流的处理。
DMA的优点在于可以减轻CPU的负担，提高系统的并发性和响应速度。
通过直接访问主存储器，DMA可以在数据传输过程中与CPU并行工作，从而充分利用系统资源。
此外，DMA还可以减少数据传输的延迟和中断频率，提高系统的整体效率。
然而，DMA也存在一些限制和注意事项。
首先，DMA需要专门的硬件支持，包括DMA控制器和总线接口。
DMA工作原理
DMA工作原理概述：DMA（Direct Memory Access，直接内存访问）是一种计算机技术，允许外部设备直接访问系统内存，而无需CPU的干预。
DMA技术可以大大提高数据传输的效率，减轻CPU的负担，广泛应用于各种数据传输场景，如网络数据传输、磁盘IO等。
工作原理：DMA工作原理基于三个主要组件：DMA控制器、外设和系统内存。
下面将详细介绍DMA的工作原理。
1. DMA控制器：DMA控制器是DMA技术的核心组件，负责管理数据传输的过程。
它通常由寄存器、计数器和状态机组成。
- 寄存器：DMA控制器包含多个寄存器，用于存储配置信息、传输地址和传输长度等。
其中包括源地址寄存器、目的地址寄存器、传输长度寄存器等。
- 计数器：DMA控制器还包含一个计数器，用于记录已经传输的数据量，以便在传输完成时进行判断。
- 状态机：DMA控制器内部有一个状态机，用于控制传输的各个阶段，如启动传输、传输中、传输完成等。
2. 外设：外设是需要进行数据传输的设备，如网卡、磁盘控制器等。
外设通过DMA控制器直接访问系统内存，实现数据的读取和写入。
- 读取数据：外设通过DMA控制器提供的读取信号将数据从外设读取到DMA 控制器的缓冲区中。
- 写入数据：外设通过DMA控制器提供的写入信号将数据从DMA控制器的缓冲区写入到系统内存中。
3. 系统内存：系统内存是数据传输的目的地或来源地。
DMA控制器通过系统总线直接访问系统内存，将数据传输到指定的内存地址。
传输过程：DMA的传输过程可以分为以下几个阶段：1. 配置阶段：在传输开始之前，需要进行一些配置工作。
这包括设置源地址、目的地址、传输长度等参数。
这些参数通常由CPU通过对DMA控制器的寄存器进行写入来完成。
2. 启动传输：配置完成后，CPU向DMA控制器发送启动传输的命令。
DMA控制器接收到命令后，开始执行传输操作。
3. 传输过程：DMA控制器根据配置参数，从源地址读取数据，并将数据写入到目的地址。
DMA控制器
2021年1月30日星期六
图1-3 状态寄存器格式
2021年1月30日存器。各通道的屏蔽标志位可以用命令进行置位或复位，其 命令控制字有两种形式：
单个通道屏蔽字。这种屏蔽字的格式如图1-7所示。利用这个屏蔽字，每 次只能选择一个通道。其中D0D1的编码指示所选的通道，D2=1表示屏蔽位置位， D2=0表示屏蔽位复位，即允许DREQ请求。
1.8237A的内部结构 8237A的内部结构如图1-1所示。它主要有时序和控制逻辑、优先级编码及
控制逻辑、命令控制逻辑、数据和地址缓冲器组、内部寄存器组5个部分。
2021年1月30日星期六
图1-1 8237A内部结构图
2.8237A的内部引脚
DMAC在系统 中既是主控器 又是受控器， 所以其引脚和 其他的接口芯 片不同，8237A 是一种40引脚 的双列直插式 器件，其引脚 排列如图1-2所 示
（5）暂存寄存器。暂存寄存器为8位，仅用于存储器到存储器的传 送方式下，暂存从源单元读出的数据，又将它写入到目的单元。在传 送完成时，它暂存传送的最后一个字节。它可由CPU读取。在芯片复位 时被复位。
2021年1月30日星期六
（6）地址暂存器和计数暂存器。这是两个16位的暂存当前地址的地址暂存 器和暂存当前字节寄存器值的字节计数暂存器。它们不能被CPU读取，仅供芯片 内部使用。
图1-9 请求寄存器格式
（12）高/低触发器。8237A的数据线是8位，但其内部有16位寄存器。 高/低位寄存器指明目前数据线上传送的是低8位还是高8位数据。0表示 低8位，1表示高8位。
dma操作流程
DMA（Direct Memory Access）操作流程一、配置DMA 控制器在进行DMA 传输之前，需要先配置DMA 控制器。
这一步通常包括设置DMA 控制器的通道数量、数据传输宽度、传输方向等参数。
这些参数的设置将影响后续的DMA 传输操作。
二、设定传输参数在配置好DMA 控制器后，需要设定传输参数。
这些参数包括源地址、目标地址、传输数据量等。
源地址和目标地址指定了数据传输的起始位置，数据量则指定了要传输的数据量大小。
三、启动DMA 传输在设定好传输参数后，可以启动DMA 传输。
DMA 控制器会自动完成数据的传输，而不需要CPU 的干预。
这一步将数据从源地址传输到目标地址。
四、检查传输状态在DMA 传输过程中，可以通过查询DMA 控制器的状态寄存器来检查传输状态。
状态寄存器中包含了一些标志位，用于指示DMA 传输是否完成、是否出错等信息。
五、结束DMA 传输当DMA 传输完成后，可以通过设置DMA 控制器的相关寄存器来结束DMA 传输。
这一步通常包括清除DMA 控制器的中断标志位、停止DMA 控制器等操作。
六、回收资源在结束DMA 传输后，需要回收相关的资源。
这些资源包括DMA 控制器的通道、内存空间等。
回收资源可以避免资源泄漏，提高系统的效率。
七、异常处理在DMA 传输过程中，如果出现异常情况，如数据传输错误、地址对齐错误等，DMA 控制器会产生相应的中断信号。
在中断处理程序中，需要进行异常处理，例如重试传输或报告错误等操作。
总结：DMA 操作流程是一个相对复杂的过程，涉及到多个步骤和环节。
为了确保数据的正确传输和系统的稳定性，需要仔细地按照流程进行操作，并注意异常情况的处理和资源的回收。
DMA工作原理
DMA工作原理一、概述DMA（Direct Memory Access，直接内存访问）是一种计算机系统中的数据传输方式，它允许外设设备直接与内存进行数据交换，而无需通过CPU的介入。
DMA的工作原理是通过使用专门的DMA控制器来实现数据的高速传输，提高系统的效率和性能。
二、DMA的组成部份1. DMA控制器：DMA控制器是实现DMA功能的核心部件。
它负责控制数据的传输、地址的生成和数据的存储等功能。
DMA控制器通常集成在主板上，可以通过配置寄存器来设置传输的起始地址、传输的长度、传输的方向等参数。
2. 外设设备：外设设备是需要进行数据传输的设备，例如硬盘、网卡、声卡等。
外设设备通过DMA控制器与内存进行直接的数据交换，提高数据传输的效率。
3. 内存：内存是存储数据的地方，DMA控制器通过直接访问内存来实现数据的读取和写入。
内存中的数据可以被CPU和外设设备共享。
三、DMA的工作流程1. 配置DMA控制器：在进行DMA传输之前，需要通过配置DMA控制器来设置传输的参数。
这些参数包括传输的起始地址、传输的长度、传输的方向等。
配置完成后，DMA控制器就可以根据这些参数进行数据的传输。
2. 启动DMA传输：一旦DMA控制器被配置好，就可以启动DMA传输。
DMA控制器会根据配置的参数自动进行数据的传输。
在传输过程中，DMA控制器会从外设设备读取数据，并将数据写入内存，或者从内存读取数据，并将数据写入外设设备。
3. 完成DMA传输：当DMA传输完成后，DMA控制器会发送一个中断信号给CPU，通知传输的完成。
CPU可以通过处理中断来获取传输的结果，并进行相应的处理。
四、DMA的优势1. 提高系统的效率：由于DMA控制器可以直接访问内存，无需通过CPU的介入，因此可以大大提高数据传输的效率。
这样可以释放CPU的负担，使CPU能够更多地处理其他任务。
2. 减少数据传输的延迟：DMA传输可以在CPU执行其他任务的同时进行，减少了数据传输的延迟。
微机原理 第10章 DMA控制器8237A 习题及参考
第十章DMA控制器8237A1．试说明在DMA方式下，传输单个数据的全过程。
答：内存往外设传输单个数据：（1）当一个接口准备就绪，要进行DMA传输时，该接口往DMA 控制器发一个DMA请求；（2）DMA控制器采样到DRED有效电平后，若屏蔽寄存器是开放的，便往控制总线上发一个总线保持请求；（3）若CPU允许让出总线，则发回一个总线保持允许信号；（4）DMA控制器接到此信号后，就将其内部地址寄存器的内容送到地址总线上；（5）同时，DMA控制器往接口发一个DMA回答信号，并发出一个内存读信号和一个I／O写信号；（6）接口收到DMA回答信号后，撤除DMA请求信号，且内存把数据送到数据总线上；（7）接口锁存数据总线上的数据后，一般往DMA控制器回送一个准备好信号；（8）DMA控制器的地址寄存器内容加1或减1，字节计数器的值减1；（9）DMA控制器撤除总线保持请求信号，CPU收回总线控制权。
这样，就完成了对一个数据的DMA输出过程。
外设往内存传输单个数据的过程：（1）当一个接口中有数据要输入时，就往DMA控制器发一个DMA 请求信号；（2）DMA控制器接到DMA请求后，（若屏蔽触发器是开放的）便往控制总线上发一个总线保持请求信号；（3）若CPU允许让出总线，则发回一个总线保持允许信号；（4）DMA控制器接到此信号后，就将其内部地址寄存器的内容送到地址总线上；（5）同时，DMA控制器往接口发一个DMA回答信号，并发一个I ／O读信号和一个内存写信号；（6）接口收到DMA回答信号后，撤除DMA请求信号，并将数据送到数据总线上；（7）内存在收到数据后，一般往DMA控制器回送一个准备好信号；（8）DMA控制器的地址寄存器内容加1或减1，字节计数器的值减1；（9）DMA控制器撤除总线保持请求信号，CPU收回总线控制权。
这样，就完成了对一个数据的DMA输入过程。
2．为使DMA控制器正常工作，系统对DMA控制器进行初始化的过程分为哪两个主要方面？答：(1) 将数据传输缓冲区的起始地址或结束地址送到地址寄存器中；(2) 将传输的字节数或字数送到计数器中。
dma硬件工作的逻辑原理
dma硬件工作的逻辑原理DMA（Direct Memory Access，直接内存访问）是一种计算机硬件技术，它允许外设通过绕过中央处理器（CPU）直接访问系统内存，从而提高数据传输的效率。
DMA的工作原理主要涉及三个主要组成部分：DMA控制器、外设和系统内存。
DMA控制器是DMA的核心组件，它负责管理数据传输过程。
DMA控制器通常包含一个或多个通道，每个通道都与一个外设设备连接。
DMA控制器通过与CPU进行协调，控制数据传输的开始、停止和完成。
外设是需要进行数据传输的设备，如硬盘、网卡、音频设备等。
外设通过与DMA控制器连接，可以向DMA控制器发送传输请求，并接收传输完成的通知。
系统内存是存储数据的地方。
DMA控制器可以直接访问系统内存，将外设传输的数据读取到内存中，或将内存中的数据传输到外设。
DMA的工作流程如下：1. 外设发起传输请求：外设需要进行数据传输时，会向DMA控制器发送传输请求。
传输请求包含了需要传输的数据的起始地址、目标地址、传输长度等信息。
2. DMA控制器初始化：DMA控制器接收到传输请求后，会对传输进行初始化设置。
这些设置包括选择合适的通道、设置数据传输方向（读或写）、设置传输模式（单次传输或循环传输）等。
3. DMA控制器与CPU协调：DMA控制器与CPU之间需要进行协调，以确保数据传输的正确进行。
在传输开始之前，DMA控制器会向CPU发送中断请求，请求CPU暂停当前任务，以便DMA控制器可以独占使用系统总线。
4. 数据传输：一旦DMA控制器获得了总线的控制权，它会直接读取或写入数据，而无需通过CPU。
数据传输过程中，DMA控制器会根据设定的传输模式和长度，逐步传输数据，直到传输完成。
5. 传输完成通知：当数据传输完成后，DMA控制器会向外设发送传输完成的通知。
外设可以根据这个通知来进行后续的处理，比如处理传输结果或发起下一次传输请求。
需要注意的是，DMA的数据传输过程是异步的，即外设和CPU可以并行进行各自的任务。
dma控制器名词解释
dma控制器名词解释
DMA（Direct Memory Access）控制器是一种计算机硬件设备，
用于实现直接内存访问。
它充当了主机CPU和系统内存之间的数据
传输中介，可以在不占用CPU时间的情况下，直接将数据从外设传
输到内存，或者从内存传输到外设。
DMA控制器的主要作用是减轻CPU的负担，提高数据传输的效率。
传统上，当需要进行数据传输时，CPU需要通过程序控制来完
成数据的读取或写入操作，这会消耗大量的CPU时间和资源。
而有
了DMA控制器，数据传输可以在CPU的干预下进行，CPU只需进行
一次初始化设置，之后可以将控制权交给DMA控制器，从而释放出
更多的CPU资源来处理其他任务。
DMA控制器通常与外设设备（如硬盘、网络适配器、显卡等）
相连，通过DMA通道进行数据传输。
控制器通过直接访问系统总线，绕过了CPU，实现了高速的数据传输。
在数据传输过程中，DMA控制
器会负责处理数据的读取、写入、校验和中断等操作，以确保数据
的可靠性和完整性。
DMA控制器的工作原理大致如下，首先，CPU通过DMA控制器的
寄存器设置传输的起始地址、目的地址、数据长度等参数。
然后，DMA控制器根据这些参数控制总线的访问，直接将数据从外设读取到内存，或者从内存写入到外设。
在数据传输完成后，DMA控制器可以触发中断信号，通知CPU数据传输已完成。
总之，DMA控制器是一种重要的硬件设备，它可以提高数据传输的效率，减轻CPU的负担，实现高速、可靠的数据传输。
通过直接访问内存，它允许外设设备与内存之间进行直接的数据传输，提升系统的整体性能。
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复习思考题
第章DMA控制器
1．试说明在DMA方式时内存往外设传输数据的过程。
2．对一个DMA控制器的初始化工作包括哪些内容？
3．DMA控制器8237A什么时候作为主模块工作？什么时候作为从模块工作？在这两种情况下，各控制信号处于什么状态？
4．8237A有哪几种工作方式？各自用在什么场合？
5．什么叫DMA控制器的自动预置功能？这种功能是用得很普遍的，举一个例子说明它的使用场合。
6．用DMA控制器进行内存到内存的传输时，有什么特点？
7．DMA控制器8237A是怎样进行优先级管理的？
8．设计8237A的初始化程序。
8237A的端口地址为0000－000FH，设通道0工作在块传输模式，地址加1变化，自动预置功能；通道1工作于单字节读传输，地址减1变化，无自动预置功能；通道2、通道3和通道1工作于相同方式。
然后对8237A设控制命令，使DACK 为高电平有效，DREQ为低电平有效，用固定优先级方式，并启动8237A工作。
9．CPU对DMA控制器的总线请求响应要比对中断请求响应快，请分析其原因。
10．8237A在进行单字节方式DMA传输和块方式DMA传输时，有什么区别？
11．什么是DMA传送？DMA传送与中断方式传送的基本区别是什么？
12．8237A在实行存储器与存储器之间传输时，与存储器和外设之间的传输有什么不同？13．8237A采用压缩时序方式，试估算在最好情况下传送10KB数据需要多少时间？再试用最高效的程序衽同样数量数据的传输，大约要多少时间？(时钟都以5MHz算)
14．8237A为了在16位以上的微机系统中应用，必须设计适当的页面地址寄存器。
如个人计算机中那样设计，请问：
(1)如何知道什么时候该换页？如何换页？
(2) 换页时应对DMA控制器作什么处理？
(3) 如果通道0也需要页面地址，如何获得RA、RB的控制信号？
15．在个人计算机中8237A的通道2为什么设置成单字节传送？如果用成块传送会发生什么问题？如何解决？
16．ADSTB信号与AEN有什么不同？它们各自起什么作用？
17．一个系统需要接6个用DMA控制的外设，如何用8237A实现这个系统的连接，请画出连接图，并说明方式控制字应如何设置。
如用固定优先级请列出你所设计方案中6个设备的优先级排列。
18．用简化框图形式表示一个DMA系统的基本构成，请标明DMA控制器与CPU、系统总线及外设连接的关键信号。
19．8237A上设有一个READY控制端以适应慢速存储器或外设的需要，这是否与DMA的快速传送宗旨相违背？为什么？
20．DMA操作过程中，DMA控制器将代替CPU控制系统总路线，根据它的这一任务，请列出DMA控制器必须具有的几项功能。
21．单字节传送、成组传送与请示传送三种DMA方式在传送方式、DMA请示方面有什么差别？
22．图中是一个DMA系统框图，DMA控制器是个可编程器件，外设也由一个可编程接口电路控制。
请在各框图间连上必要的线，并标明它胶的名称。
(附图6-55)。