计算机组成原理第五章——DMA方式
dma实现原理范文
dma实现原理范文DMA（Direct Memory Access，即直接内存访问）是一种计算机系统中的数据传输技术。
它可以绕过中央处理器（CPU）的直接控制，在外部设备和内存之间直接进行数据传输。
DMA的实质就是让外设直接和主存进行数据传输，减少了CPU的负担，提高了系统的效率。
下面将详细介绍DMA的实现原理。
一、DMA的基本原理在传统的I/O操作中，数据传输需要经过CPU来控制，即每次数据的传输都需要CPU发出指令，然后CPU从外设中读取数据，再将数据写入内存。
在这个过程中，CPU不仅要花费大量时间来处理I/O操作，而且会占用CPU的大量资源，导致CPU处理其他任务的效率低下。
而DMA技术的引入，可以将CPU与I/O设备之间的数据传输解耦，直接由DMA控制器来完成数据的传输。
具体来说，DMA的实现主要有以下几个步骤：1.设置DMA控制器：首先需要使用DMA控制器的设备驱动程序将DMA控制器进行初始化设置，包括指定数据的传输方向（输入或输出）、数据传输的长度、源地址和目的地址等参数。
2.请求DMA传输：外设需要进行数据传输时，会向DMA控制器发出请求（DMA请求信号），告知需要进行数据传输。
一旦DMA控制器接收到请求信号，它就会立即检测总线是否可用，并向CPU发送一个DMA请求，并暂时将总线控制权交给自己。
3.中断CPU：DMA控制器的DMA请求信号会引起CPU的注意，CPU会在执行指令的当前周期结束后，对DMA请求进行响应，并暂停当前的任务。
4.确认DMA请求：CPU响应DMA请求后，会向DMA控制器发出确认信号，告知它可以开始数据传输。
5.执行数据传输：DMA控制器获取总线控制权后，会直接从外设或内存中读取数据，并将数据写入内存或外设中，完成一次数据传输。
6.通知CPU：数据传输完成后，DMA控制器会向CPU发送一个中断请求，通知CPU数据传输已经完成。
以上就是DMA的基本原理。
通过将数据传输的任务从CPU转移到DMA控制器，避免了CPU频繁参与数据传输的过程，从而提高了系统的整体性能。
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。
dma方式的定义 -回复
dma方式的定义 -回复DMA（Direct Memory Access）是一种计算机系统中用于数据传输的技术。
它允许外设设备直接与主存储器进行数据交换，而无需通过中央处理器的参与。
这种方式大大提高了数据传输的效率和系统的性能，被广泛应用于各种计算机系统和设备中。
首先，我们需要了解D MA的基本工作原理。
在传统的计算机系统中，当外设设备需要将数据传输到内存中，或者将内存中的数据传输给外设设备时，通常需要通过CPU来进行数据交换。
CPU将负责控制和处理数据传输的全部过程，这就需要大量的CPU时间和资源。
而DMA 则可以直接将数据传输到内存中，或者从内存中读取数据，从而绕过CPU，提高数据传输的速度和效率。
DMA方式的数据传输分为三个主要步骤：初始化，执行和结束。
首先是初始化阶段。
在这个阶段，CPU与DMA 控制器进行通信，告知它们要进行的数据传输任务的相关信息。
这包括传输的数据大小、传输的方向、数据的起始地址等。
DMA控制器根据这些信息来配置自身的工作模式和参数。
接下来是执行阶段。
在这个阶段，DMA控制器独立地执行数据传输任务，不需要CPU的干预。
它通过控制总线的方式与外设设备和内存进行数据交换。
当数据传输开始时，DMA控制器根据初始化阶段的参数，向外设设备发送读取/写入的命令，并从外设设备读取或写入数据。
然后，DMA控制器将数据直接传输到内存中的指定位置，或从内存中读取数据，并将其传输到外设设备。
这个过程不需要CPU进行任何的干预，CPU可以继续处理其他任务。
最后是结束阶段。
在数据传输完成后，DMA 控制器会向CPU发送一个中断信号，通知其数据传输已经完成。
CPU可以根据需要进行进一步的处理，比如检查传输是否成功，处理接收到的数据等。
然后，CPU可以重新配置DMA控制器，为下一次数据传输做准备。
DMA方式的优势在于减少了CPU的负担，提高了数据传输的效率和系统的性能。
它特别适用于需要大量数据传输的应用场景，比如存储器、网络接口卡和硬盘等设备的数据传输。
计算机组成原理dma
计算机组成原理dmaDMA（Direct Memory Access，直接内存访问）是计算机组成中的一种技术，通过它，外部设备可以直接与主存进行数据传输，而无需经过中央处理器（CPU）的介入。
DMA技术的引入大大提高了计算机系统的性能和效率。
在传统的I/O数据传输方式中，CPU需要负责控制数据的传输过程，即CPU从外部设备读取或写入数据，并将数据转移到主存中。
这种方式会占用CPU的大量时间和资源，限制了计算机系统的整体性能。
而引入DMA技术后，外设可以直接将数据传输到主存中，或从主存中读取数据，而无需CPU的直接参与。
DMA技术的基本原理是，通过在计算机系统中添加一个DMA控制器，它可以独立地控制数据的传输过程。
当外设需要进行数据传输时，它会向DMA控制器发送请求，并提供存储器地址、传输数据大小等信息。
DMA控制器接收到请求后，会与主存进行通信，直接将数据传输到指定的存储器地址中。
通过使用DMA技术，可以显著减少CPU的负载，提高数据传输的速度和效率。
DMA技术在许多应用中都得到了广泛的应用，例如网络通信、磁盘读写、音视频处理等领域。
除了提高性能和效率之外，DMA技术还有其他一些优点。
首先，它可以提高系统的可靠性和稳定性，因为数据传输过程中不需要CPU的介入，减少了出错的可能性。
其次，DMA技术可以节省CPU的能耗，因为数据传输过程中CPU可以进入低功耗状态。
最后，DMA技术可以提供更好的实时性能，特别是在需要快速响应的应用中。
然而，DMA技术也存在一些限制和挑战。
首先，由于DMA控制器需要占用一定的系统资源，因此系统中只能同时支持有限数量的DMA传输。
其次，DMA传输需要与主存进行通信，可能会引起总线竞争和冲突，需要进行合理的调度和管理。
此外，由于DMA传输是由硬件直接控制的，因此对于某些特定应用，可能需要额外的软件支持来进行配置和管理。
总的来说，DMA技术是计算机系统中重要的组成部分，通过它可以提高系统的性能和效率。
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的使用方法
dma的使用方法一、dma是什么？1.1 dma呢，就是直接存储器访问（Direct Memory Access）的简称。
这可是个相当厉害的技术，就像是给数据传输开了个“绿色通道”。
它可以让设备直接在存储器之间传输数据，不需要经过CPU这个“大管家”来中转。
这就好比是快递员直接把包裹从一个仓库送到另一个仓库，而不需要先送到快递公司总部再转发，节省了不少时间呢。
1.2 打个比方，如果把CPU比作一个超级忙碌的厨师，要处理各种食材（数据）的加工和分配。
dma就像是一个小助手，它可以直接把食材从仓库（存储器）搬到厨房（其他设备），厨师就可以专注于做菜（处理更重要的计算任务），效率大大提高。
二、dma的使用步骤。
2.1 首先得有支持dma的硬件设备。
这就像你要开车，得先有一辆车一样。
没有这个硬件基础，dma就无从谈起。
比如说你的电脑主板得支持dma功能，还有像硬盘、显卡这些设备也要能配合才行。
这是“万事俱备，只欠东风”中的“万事”，硬件是基础，少了它就不行。
2.2 然后就是软件方面的设置了。
在操作系统或者相关的驱动程序里，要开启dma功能。
这一步可不能马虎，就像你要启动汽车，得插入钥匙拧一下一样。
不同的操作系统或者设备可能设置的地方不太一样。
有的可能在设备管理器里，有的可能在BIOS设置里。
这就需要你“按图索骥”，根据设备的说明书或者网上的教程来操作。
如果设置错了，可能就无法发挥dma的优势，甚至会导致设备出现问题。
2.3 最后就是要确保数据传输的两端都能正确地与dma配合。
这就像是两个人要配合默契地传球一样。
比如说你要从硬盘传输数据到内存，硬盘要知道怎么把数据交给dma，内存也要知道怎么接收dma传来的数据。
这中间要是出了岔子，数据就可能“丢三落四”，传输就会失败。
三、dma使用中的注意事项。
3.1 兼容性是个大问题。
不是所有的设备都能很好地与dma兼容。
就像不是所有人都能合得来一样。
有时候新的设备和老的设备在dma的使用上可能会有冲突。
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，允许外设设备直接访问主内存，而不需要经过中央处理器（CPU）的干预。
它可以提高数据传输的效率，减少CPU的负载，提升系统的整体性能。
本文将详细介绍DMA的工作原理。
一、DMA的基本原理DMA的基本原理是通过在外设和主内存之间建立一条专用的数据通道，使外设能够直接读写主内存的数据。
CPU只需在开始和结束时对DMA进行设置和控制，而不需要每次数据传输都进行干预。
这种直接的数据传输方式可以大大减少CPU的负载，提高系统的并发处理能力。
二、DMA的工作流程1. 初始化：CPU通过设置DMA控制器的寄存器，对DMA进行初始化。
包括设置传输方向（读或写）、传输数据的起始地址和长度等参数。
2. 请求信号：外设设备向DMA控制器发送请求信号，请求进行数据传输。
3. 授权访问：DMA控制器接收到请求信号后，将请求信号传递给CPU。
CPU在合适的时机，根据DMA控制器的请求，授权DMA控制器访问主内存。
4. 数据传输：DMA控制器获得CPU的授权后，开始进行数据传输。
它通过直接访问主内存，将数据从外设读取到内存，或将数据从内存写入外设。
5. 中断通知：当数据传输完成后，DMA控制器向CPU发送中断请求，通知数据传输的完成。
6. 中断处理：CPU接收到DMA控制器的中断请求后，进行相应的中断处理。
包括清除中断标志、处理传输结果等。
三、DMA的优势和应用领域1. 提高数据传输效率：DMA可以在不占用CPU资源的情况下进行数据传输，大大提高了数据传输的效率。
特别是在需要大量数据传输的场景下，DMA可以显著提升系统的整体性能。
2. 减少CPU的负载：由于DMA可以直接访问主内存，减少了CPU的干预，降低了CPU的负载。
这对于需要频繁进行数据传输的应用程序来说，非常重要。
3. 并发处理能力提升：DMA的使用可以使CPU更多地集中处理其他任务，提高系统的并发处理能力。
DMA原理与应用解读
DMA原理与应用解读DMA（Direct Memory Access，直接内存访问）是一种计算机数据传输方式，它可以在不占用CPU的情况下，直接从外部设备读取数据或向外部设备写入数据。
通过使用DMA，可以提高数据传输的效率，减少对CPU的占用，并且可以同时进行其他的计算任务。
DMA的原理是通过一个独立的DMA控制器，将CPU与外部设备解耦。
在传统的IO方式中，CPU需要不断地向外部设备发送读写指令，并等待设备响应完成。
然而在DMA方式下，CPU只需给出DMA控制器相应的设置和指令，然后就可以继续执行其他任务，而无需等待数据传输的完成。
DMA控制器则会在传输过程中直接和外部设备进行数据传输，完成后再通知CPU。
DMA的应用非常广泛，下面详细介绍几个常见的应用领域：1.存储设备：DMA被广泛应用在硬盘、固态硬盘等存储设备中。
通过使用DMA，可以实现在CPU执行其他任务的同时，进行大量的数据传输，加快了存储器与外设之间的数据交换速度，提高了数据访问效率。
2.媒体播放：在音频和视频播放中，DMA可以帮助减轻CPU的负担。
传统的音频和视频播放需要不断地从存储器中读取数据，然后解码和播放。
而使用DMA技术，可以将存储器中的音视频数据直接传输到音视频控制芯片中，使得播放过程更加流畅，同时也减轻了CPU对数据传输的负担，使CPU可以用于其他任务。
3.图形处理：DMA也被广泛应用于图形处理领域。
在计算机的图形系统中，需要将图像数据从内存中读取，然后进行加工、渲染等操作，最后将结果传输到显示设备上。
通过使用DMA，图像数据可以直接在内存和显存之间传输，降低了对CPU的占用，提高了图形处理的效率和流畅度。
4.网络通信：在计算机网络中，数据的传输速度对网络性能至关重要。
通过使用DMA，可以在网络通信中实现数据包的直接传输，减少CPU的占用，提高网络传输速度。
特别是在高速网络中，DMA的应用能够显著提高数据传输效率，减少数据传输延迟，提升整体的网络性能。
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5.6.3 DMA的工作过程
• 1、DMA的传送过程：预处理、数据传送、后处理。
（1）预处理（通过几条输入、输出指令预置一下信息）
• 通知DMA控制逻辑传送方向（输入/输出主存）
• 设备地址 → DMA的DAR（设备地址寄存器）
5.6.2 DMA接口功能和组成
• DMA接口的基本组成：
• （1）主存地址寄存器AR：存放主存中需要交换数据的地址。 • （2）字计数器WC：用于存每次传送的数据。 • （4）DMA控制逻辑：管理DMA的传送过程。
• （5）中断机构：向CPU提出中断请求。
5.6 DMA方式
主讲人：刘爽
5.6 DMA方式
• 5.6.1 DMA方式的特点
• 5.6.2 DMA接口的功能和组成
• 5.6.3 DMA的工作过程
• 5.6.4 DMA接口的类型
DMA方式基本概念
• DMA方式，DIRECT MEMORY ACCESS，也称为成组数据传 送方式，有时也称为直接内存操作。
I/O总线 地址线 DMA请求 主存 CPU DMA 接口1 DMA 接口2 … DMA 接口n
DMA响应
• 2、DMA接口与系统的连接方式 • 独立的DMA请求：每一个DMA接口各有一对独立的DMA请求线和DMA响应线， 由CPU优先级判别首先响应哪个请求，并给出控制权。
数据线 I/O总线 DMA请求3 DMA响应3 地址线
20
2. 多路型
在 物理上 连接 多个 设备 在 逻辑上 允许连接 多个 设备同时工作
链式
主存
CPU
DMA 接口
设备
设备
… 设备
独立请求式
主存
CPU
DMA 接口
设备
设备
… 设备
21
3. 多路型 DMA 接口的工作原理
磁盘 DMA 请求 DMA 请求 30μs DMA 请求 磁带 DMA 请求 打印机 为打印 机服务 为磁盘 服务 为磁带 服务 5μs T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7
3、DMA与CPU交替访问
如果CPU的工作周期比内存存取周期长很多， 此时采用交替访内的方法可以使DMA传送和 CPU同时发挥最高的效率。
优点：不需要总线使用权的申请、建立和归还 过程，总线使用权是通过DMA访存和CPU访存分 时进行的。CPU既不停止主程序的运行，也不进 入等待状态，是一种高效率的工作方式 缺点：相应的硬件逻辑更加复杂。
5.6.1 DMA方式的特点
• DMA方式的优点：由于CPU根本不参加传送操作，因此 就省去了CPU取指令、取数、送数等操作。在数据传送 过程中，没有保存现场、恢复现场之类的工作。内存 地址修改、传送字个数的计数等等，也不是由软件实 现，而是用硬件线路直接实现的。所以DMA方式能满足 高速I/O设备的要求，也有利于CPU效率的发挥。
• 主存地址
• 传送字数
→
→
DMA的AR（主存地址寄存器）
DMA的WC（字计数器）
（2）数据传送 输入
HLDA ④ HRQ ③
中 断 请 求 数 据 线 ⑦ 地 址 线 ⑤ AR 主 CPU 存
DMA 控 制 逻 辑
+1
+1
中 断 逻 辑
溢出信号
WC
DAR
BR ⑥ DACK ② DREQ 设备 DMA接口
①
15
（3）后处理（由中断服务程序完成）
校验送入主存的数是否正确 决定是否继续用 DMA 测试传送过程是否正确，错则转诊断程序
5.6.3 DMA的工作过程
• 2、DMA接口与系统的连接方式
• 具有公共请求线的DMA请求：若干个DMA接口通过一条共用的DMA请求线向 CPU申请总线控制权。CPU用链式查询方式通过DMA接口，首先选中的设备获 得控制权。 数据线
•
3、I/O设备与CPU都要求访问主存（在CPU执行访问主存指令 的过程中插入DMA请求，并挪用了一二个内存周期）
优点：既实现了I/O传送，又较好地发挥了内存 和CPU的效率，是一种广泛采用的方法。 缺点：I/O设备每一次周期挪用都有申请总线控 制权、建立总线控制权和归还总线控制权的过 程，所以传送一个字对内存来说要占用一个周 期，但对DMA控制器来说一般要2—5个 内存周 期（视逻辑线路的延迟而定）。因此，周期挪 用的方法适用于I/O设备读写周期大于内存存储 周期的情况。
DMA请求2 CPU DMA响应2
DMA请求1
DMA响应1
DMA 接口1
DMA 接口2
DMA 接口3
主存
5.6.3 DMA的工作过程
3、中断方式与DMA方式 的比较 (1) 数据传送 (2) 响应时间
中断方式
程序 指令执行结束
DMA 方式
硬件 存取周期结束
(3) 处理异常情况
(4) 中断请求 (5) 优先级
优点：控制简单，它适用于数据传输率很高的 设备进行成组传送。 缺点：在DMA控制器访内阶段，内存的效能没有 充分发挥，相当一部分内存工作周期是空闲的。 这是因为，外围设备传送两个数据之间的间隔 一般总是大于内存存储周期，即使高速I/O设备 也是如此。
2、周期挪用（周期窃取）
• 当I/O设备没有DMA请求时，CPU按程序要求访问内存；一旦I/O 设备有DMA请求，则由I/O设备挪用一个或几个内存周期。 • I/O设备请求DMA传送有三种情况： • • 1、CPU此时不需要访问主存（I/O设备与CPU无冲突） 2、CPU此时正在访问主存（必须等待存取周期结束，CPU才 能将总线控制权让出）
DMA与主存交换数据的方法
1、停止CPU访问主存
2、周期挪用（周期窃取） 3、DMA与CPU交替访问
1、停止CPU访问主存
当外围设备要求传送一批数据时，由DMA控制器发一个停 止信号给CPU，要求CPU放弃对地址总线、数据总线和有关 控制总线的使用权。DMA控制器获得总线控制权以后，开 始进行数据传送。在一批数据传送完毕后，DMA控制器通 知CPU可以使用内存，并把总线控制权交还给CPU。在这种 DMA传送过程 中，CPU基本处于不工作状态或者说保持状 态。
能
传送数据 低
不能
后处理 高
19
5.6.4 DMA接口的类型
1. 选择型
系统总线
在 物理上 连接 多个 设备 在 逻辑上 只允许连接 一个 设备
DMA接口 字计数器 主存地址寄存器 主存 CPU 数据缓冲寄存器 控制状态寄存器 选 择 线
设备 1 设备 2 . . .
设备地址寄存器
时序电路
设备 n
5.6.2 DMA接口功能和组成
• DMA接口的功能：
• （1）接收初始化信息（传送方向、主存起始地址、交换数据的 个数）——初始化 • （2）接收外设DMA请求，判断是否允许传送，向CPU申请总线— —传送前 • （3）接管总线控制权，发地址，读/写命令——传送期间 • （4）给出DMA操作完成的信号，申请中断——传送完
22
DMA 请求
DMA 请求
t
DMA 请求 DMA 请求 t
45μs
t
T8