第8章 DMA技术
第8章DMA技术
采用程序传送数据
除了专用的计算机系统外，一般的计算机系统 要不断更换工作任务，因此经常要与外部设备 进行数据交换，特别是与磁盘的数据交换。
磁盘数据是按扇区为单位存储的。一次传送至 少上百字节。
DMA技术就是为加速大量数据传输过程发明的技 术。
在DMA期间，CPU让出对系统总线的控制权，由 DMA控制器负责外部设备与存储器之间的数据 传送。
8237的工作过程
若在S4状态结束前不能完成数据的传送，则只需使READY 信号线变低，就可以在S3（S2）和S4状态间插入Sw等待状 态。直到READY变高，才进入S4。
用DMA传送数据，要求存储器区地址是连续的。因此， 许多时候地址的高8位不变，只是低8位改变。所以，输 出和锁存高8位地址的S1状态不需要，可直接进入S2状态。
其缺点是，在整个DMA传送期间CPU无法控制总线。 （CPU无法处理中断。）
8237的传送方式
DMA传送方式3：请求传送方式
在这种方式下，DREQ信号有效，8237A连续传送数据； 但当DREQ信号无效时，DMA传送被暂时中断，8237A释放总 线，CPU得到总线控制权。但DMA传输并未终止，DMA通道的 地址和字节数的当前值，仍保持在相应通道的当前地址和 当前字节数寄存器中。当外设又准备好进行传送时，只要 使DREQ信号再次有效，DMA传送就继续进行下去。
8237的引脚信号—CPU接口信号
当8237A作为CPU外部芯片时，通过下列引脚， 接受CPU管理和控制
1. DB7~DB0：双向三态数据总线。（非复用） 2. A3~A0地址线：低4位地址总线。8237在系统中占 16个地址单元。 3. CS ：片选信号。 4. IOR / IOW ：作为CPU外部芯片时的读/写信号。 5. RESET复位
DMA技术
地址增量
D5=1 地址加1 =0 地址减1
注意：
询问传送：
每传送一个字节之后，要检测（询问）DREQ是否有 效，若无效，则“挂起”但不释放总线，若有效，继 续传送直至字节计数器为0。 单一方式： 通道启动一次，只传送一个数据，传送完就 释放系统总线交还CPU，并且： 当前地址寄存器+1（-1） 当前字节计数器+1（-1） 成组(块)传送： 启动一次可把整个数据块传送完，并且，当前字 节计数器减到0，产生EOP_信号，释放总线。
注意：
系统允许多个DREQ信号，同时有效，即可以几个I/O同时 提出申请。但同一个时间，只能有一个DACK信号有效。
（3）总线请求和应答: HRQ和HLDA
（4）读写控制: IOR-
IOW- MEMR- MEMW;
(5) 地址线:A0- A7 A3~A0：地址总线低4位，双向。当CPU控制总线时，它们是 地址输入线。CPU用这4条地址线对DMA控制器的内部寄存器进 行寻址，完成对DMA控制器的编程。当8237A控制总线时，由 这4条线输出要访问的存储单元的最低4位地址。 A7~A4: 地址线，输出，只用于在DMA传送时，输出要访问的 存储单元的低8位地址中的高4位。 (6) 双向数据线:DB0-7，既是数据线，又是16位地址线的高8位。
6.2 DMA控制器
一. DMAC在系统中的工作状态： 主动态（主控器）： 接管并取得总线控制权，取代CPU而成为 系统的主控者。 被动态（受控器）： 未取得总线控制时，受CPU的控制。
DMAC I/O R/W RAM DMA CPU
3. 传送顺序
I/O ①DREQ DMA ②HRQ CPU ③HLDA DMA ④DACK I/O
DMA传送的基本原理图
微机原理与接口技术：18第8章 计数器定时器与DMA控制器
交通信息与控制工程系教案（理论教学用）
课程名称微机原理与接口技术第 18 次第 9 周 2 学时上课教室WM1310 课程类型专业基础课授课对象自动化专业章节名称第8章计数器/定时器与DMA控制器（8.1,8.2）
教学目的和要求1．了解软硬件定时的原理；2．掌握8253的原理及应用。
讲授主要内容及时间分配1.接口电路概况；（10min）
2.8253的外部引线和内部结构；（20min）
3.8253的工作方式和控制字；（30min）
4.8253的应用。
（30min）
教学重点与难点重点：
1．软硬件定时的原理；2．8253的原理及应用。
难点：
8253的原理及应用。
要求掌握知识点和分析方法1．了解软硬件定时的原理；2．掌握8253的原理及应用。
启发与提问
1．软件定时与硬件定时的区别？教学手段
多媒体
作业布置思考题：
1．了解最新的硬件定时芯片的原理及其应用，如DS12887等。
主要参考资料
备注
长安大学讲稿(第十九讲)。
第8章 DMA技术与DMA控制器
前4个时钟周期用通道0地址寄存器的地址从源区读 数据送入8237A的临时寄存器
后4个时钟周期用通道1地址寄存器的地址把临时寄 存器中的数据写入目的区
37
8237A的工作方式由写模式寄存器决定
存放相应通道的方式控制字 选择某个DMA通道的工作方式 其中用最低2位选择哪个DMA通道
11
8．采用5MHz时钟，传送速率可达1.6M字节/秒。
8237进行一次DMA传送需要3个时钟周期(不包括插入 的等待周期SW)。时钟周期为200 ns，则一次DMA传 送需要200 ns×3＋200 ns＝700 ns（1.6 M字节/ 秒）。多加一个200 ns是考虑到人为插入一个SW的 缘故。另外，8237为了提高传输速率，可以在压缩 定时状态下工作。在此状态下，每一个DMA总线周期 仅用两个时钟周期（200 ns×2=400ns ）就可实现， 这大大提高了传输速率。
➢地址寄存器2 个16位
基地址寄存器 ----放DMA传送RAM地址初值
当前地址寄存器： ----DMA传送时内容变化,可读。
每
基字节数寄存器：
个 ➢字节数寄存 ----DMA传送的总字节数。
通 道
器2个16位
当前字节数寄存器： ----DMA传送时内容变化,可读。
➢模式REG， 1个8位
➢1个DMA请求触发器
HRQ
DREQ
•CPU
•DMA
•外设
HLDA DACK
18
18
8237的引脚功能
•地址信号
：CPU初始化8237或读8237状态时所需的 片选信号
A7~A0（输出）：8237访问存储器的地址信号 的低8位。
8第八章 DMA 8237控制器
0 0 0 0
0 1 0 1
A0～A7 A8～A15 A0～A7 A8～A15 W0～W7 W8～W15 W0～W7
写 读
0 0 0 0
1 1 0 0
0 0 1 1
0 0 0 0
0 0 0 0
1 1 1 1
1 1 1 1
0 1 0 1
W8～W15
第八章
DMA技术
8237通道寄存器寻址
通 道
信
寄存器 操作
号
CS IOR IOW A3 A2 A1 A0
内部先/ 后触发 器
数据总线
基本地 址寄存 器
写
2
当前地 址寄存 器
基本字 节计数 器 当前字 节计数 器
读
0 0 0 0 0 0 0 0
1 1 0 0 1 1 0 0
第八章
DMA技术
4．8237A各寄存器对应的端口地址（戴P268 ）
表8-1 操作命令与有关信号的对应关系
CS
0 0 0
A3 A2 A1 A0
1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1
IOR IOW
0 1 1 1 0 0
命
令
读状态寄存器 写控制寄存器 写DMA请求标志寄存器
0
0 0
1
1 1
0
0 1
8237A在传送时有四种工作模式
① 单字节传送模式（戴P262 ） ② 块传送方式（戴P262 ） ③ 请求传送模式（戴P262）④级连传输模式 （戴P262）
在这种传送模式下，8237A可以进行连续的数据传送。当出现以下三种 情况之一时停止传送： a.字节计数器减到0，产生DMA传输结束信号，在线上输出一个有效脉冲。 b.由外界送来一个有效的信号 EOP 。 c.外界的DREQ信号变为无效（外设来的数据已送完）。
大学理科课件 第8章 IO接口与DMA技术
8.1.2 I/O接口的基本结构
I/O接口的基本结构如图8.1所示。
I/O接口 数据总线 数据输入寄存器
数据输出寄存器
地址总线 外 状态寄存器 控制寄存器 中断控制逻辑 围 设 备
cpu
控制总线
图8.1 I/O 接口的基本结构
8.1.3 I/O端口的编址方式
输入输出接口包含一组称为I/O端口的寄存器。为了让 CPU能够访问这些I/O端口，每个I/O端口都需有自己 的端口地址(或端口号)。 在一个微型计算机系统中，如何编排这些I/O接口的端 口地址，称为I/O端口的编址方式。
I/O端口和存储器单独编址的地址空间分布如图8.3所 示。
存储单元
存储器 地址空间
I/O 端口
I/O 地址空间
图8.3 I/O 端口和存储器单独编址
这种编址方式的优点是： 第一，I/O端口不占用存储器地址，故不会减少用户的 存储器地址空间； 第二，单独I/O指令的地址码较短，地址译码方便， I/O指令短，执行速度快； 第三，采用单独的I/O指令，使程序中I/O操作和其他 操作层次清晰，便于理解。
内存
CPU 和总线 控制逻辑
(6) 内存把数据送数据总线
HOLD HLDA 数 据 总 线
接口
I/O 设备
(7) 接口锁存数据
地 址 总 线
(5) DMA响应 (2) 发总线请求 控 制 总 线 (3) 总线允许
(1) 接口准备就绪，发 DMA请求
DMA 控制器
(4) DMA控制器把地址送地址总线 (8)DMA 控制器撤销总线请求 (9) CPU收回总线控制权
控制寄存器 状态寄存器 地址寄存器 字节计数寄存器
DMA技术解释
DMA
Direct Memory Access（存储器直接访问）。这是指一种高速的数据传输操作，允许在外部设备和存储器之间直接读写数据，既不通过CPU，也不需要CPU干预。整个数据传输操作在一个称为"DMA控制器"的控制下进行的。CPU除了在数据传输开始和结束时做一点处理外，在传输过程中CPU可以进行其他的工作。这样，在大部分时间里，CPU和输入输出都处于并行操作。因此，使整个计算机系统的效率大大提高。
DMA的英文拼写是“Direct Memory Access”，汉语的意思就是直接内存访问，是一种不经过CPU而直接从内存了存取数据的数据交换模式。PIO模式下硬盘和内存之间的数据传输是由CPU来控制的；而在DMA模式下，CPU只须向DMA控制器下达指令，让DMA控制器来处理数的传送，数据传送完毕再把信息反馈给CPU，这样就很大程度上减轻了CPU资源占有率。DMA模式与PIO模式的区别就在于，DMA模式不过分依赖CPU，可以大大节省系统资源，二者在传输速度上的差异并不十分明显。DMA模式又可以分为Single-Word DMA（单字节DMA）和Multi-Word DMA（多字节DMA）两种，其中所能达到的最大传输速率也只有16.6MB/s直接存储器存取(DMA)控制器是一种在系统内部转移数据的独特外设，可以将其视为一种能够通过一组专用总线将内部和外部存储器与每个具有DMA能力的外设连接起来的控制器。它之所以属于外设，是因为它是在处理器的编程控制下来执行传输的。值得注意的是，通常只有数据流量较大(kBps或者更高)的外设才需要支持DMA能力，这些应用方面典型的例子包括视频、音频和网络接口。 一般而言，DMA控制器将包括一条地址总线、一条数据总线和控制寄存器。高效率的DMA控制器将具有访问其所需要的任意资源的能力，而无须处理器本身的介入，它必须能产生中断。最后，它必须能在控制器内部计算出地址。 一个处理器可以包含多个DMA控制器。每个控制器有多个DMA通道，以及多条直接与存储器站(memory bank)和外设连接的总线，如图1所示。在很多高性能处理器中集成了两种类型的DMA控制器。第一类通常称为“系统DMA控制器”，可以实现对任何资源(外设和存储器)的访问，对于这种类型的控制器来说，信号周期数是以系统时钟(SCLK)来计数的，以ADI的Blackfin处理器为例，频率最高可达133MHz。第二类称为内部存储器DMA控制器(IMDMA)，专门用于内部存储器所处位置之间的相互存取操作。因为存取都发生在内部(L1－L1、L1－L2，或者L2－L2)，周期数的计数则以内核时钟(CCLK)为基准来进行，该时钟的速度可以超过600MHz。 每个DMA控制器有一组FIFO，起到DMA子系统和外设或存储器之间的缓冲器的作用。对于MemDMA(Memory DMA)来说，传输的源端和目标端都有一组FIFO存在。当资源紧张而不能完成数据传输的话，则FIFO可以提供数据的暂存区，从而提高性能。 因为你通常会在代码初始化过程中对DMA控制器进行配置，内核就只需要在数据传输完成后对中断做出响应即可。你可以对DMA控制进行编程，让其与内核并行地移动数据，而同时让内核执行其基本的处理任务—那些应该让它专注完成的工作。
DMA技术简介
Size Descriptor of 2st Block
Source Address
Source DMA Destination
Destination Address Next Destination Address Operation specific information
Descriptor Control
Internal counter external counter 3 6
Head
Tail
3
DMA RUN
I/OAT DMA链式工作模式
Internal counter external counter 4 6
Head
Tail
3
DMA RUN
I/OAT DMA链式工作模式
Internal counter external counter 5 6
I/OAT 技术示图
I/OAT DMA链式工作模式
首地址
传输大小
Source
DMA
Destination
传输控制
I/OAT DMA链式工作模式
首地址
Start Descriptor Address in CHAINADDR register
Descriptor Control
传输大小 Source DMA Destination
Tail
1 2
Prepare memcpy
Issue pending
OVER THANKS
DMA技术简介
饶兵兵
2012.11.27
目录
I/O体系结构简介
DMA基本概述
扩展知识
• I/O技术的发展历程 • DMA技术的引入
DMA技术详解
DMA技术DMA的全称是Direct Memory Access，译为直接内存存取。
DMA传送方式是让存储器与外设、或外设与外设之间直接交换数据，不需经过CPU的累加器中转，减少了这个中间环节，并且内存地址的修改、传送完毕的结束报告都是由硬件电路实现的，因此大大地提高了数据的传输速度。
一个DMA传送只需要执行一个DMA周期，相当于一个总线读写周期。
DMA传送主要用于需要高速大批量数据传送的系统中，以提高数据的吞吐量。
如磁盘存取、图像处理、高速数据采集系统、同步通信中的收/发信号等方面应用甚广。
DMA传送的优点是以增加系统硬件的复杂性和成本为代价的，因为DMA是用硬件控制代替软件控制的。
另外，DMA传送期间CPU被挂起，部分或完全失去对系统总线的控制，这可能会影响CPU对中断请求的及时响应与处理。
因此，在一些小系统或速度要求不高、数据传输量不大的系统中，一般并不用DMA方式。
DMA传送虽然脱离CPU的控制，但并不是说DMA传送不需要进行控制和管理。
通常是采用DMA控制器来取代CPU，负责DMA传送的全过程控制。
目前DMA控制器都是可编程的大规模集成芯片，且类型很多，如Z-80DMA、Intel 8257、8237。
DMA传送的过程：1、当外设有DMA需求，并且准备就绪，就向DMAC控制器发出DMA请求信号DREQ。
2、DMAC接到DMA请求信号后向CPU发出总线请求信号HRQ。
该信号连接到CPU的HOL D信号。
3、CPU接到总线请求信号以后，如果允许DMA传输，则会在当前总线周期结束后，发出DM A响应信号HLDA。
一方面CPU将控制总线、数据总线和地址总线置高阻态，即放弃对总线的控制权；另一方面CPU将有效的HLDA信号送给DMAC，通知DMAC，CPU已经放弃了对总线的控制权。
4、DMAC获得对总线的控制权，并且向外设送出DMAC的应答信号DACK，通知外设可以开始进行DMA传输了。
5、DMAC向存储器发送地址信号和向存储器及外设发出读/写控制信号，控制数据按初始化设定的方向传送，实现外设与内存的数据传输。
DMA原理与应用
DMA原理与应用DMA（Direct Memory Access，直接内存访问）是一种计算机的输入输出技术，它允许外部设备（如硬盘驱动器、网络适配器等）直接访问主存（内存），而无需经过中央处理器（CPU）的干预。
DMA技术的应用极大地提高了计算机的IO性能和效率，让计算机在处理数据时变得更加高效。
DMA技术是通过将外设的数据传输任务交给DMA控制器（DMA Controller）来实现的。
DMA控制器是一种特殊的硬件设备，由寄存器、计数器、状态标志和控制逻辑等组成。
它负责管理数据传输的目标地址、数据长度、中断请求等。
在DMA传输过程中，首先CPU将DMA命令和相应的参数写入到DMA控制器的相关寄存器中，然后CPU继续执行其他任务，与此同时，DMA控制器会根据接收到的指令和参数，直接控制数据的传输。
当数据传输完成后，DMA控制器会发出一个中断请求来通知CPU，CPU再通过检查DMA控制器的状态标志等方式获取数据传输的结果。
DMA技术的应用：1.IO设备的数据传输：DMA技术可以用于实现大容量数据的高速传输，例如将硬盘上的文件传输到内存中。
在这种应用场景中，DMA控制器负责从硬盘读取数据，并直接将数据传输至内存，而CPU则可以继续执行其他任务，提高了系统的响应速度和效率。
2.外设控制：DMA技术可以用于实现对外部设备的直接控制，例如通过DMA控制器驱动音频设备，实现音频数据的实时传输和处理。
在这种应用中，DMA控制器负责从音频设备读取数据，并将数据传输至内存或进行其他处理，而CPU则可以专注于音频数据的处理算法，提高了音频设备的性能和音频处理的实时性。
3.内存备份与恢复：DMA技术可以用于实现内存的快速备份和恢复，例如在系统断电或发生故障时，通过DMA控制器将内存中的数据备份到硬盘中，从而保护系统的数据安全。
在这种应用中，DMA控制器负责读取内存数据并传输至硬盘，而CPU则可以处理其他任务，提高了系统的可靠性和稳定性。
dma工作方式的原理
dma工作方式的原理DMA工作方式的原理DMA是指直接内存访问（Direct Memory Access），是计算机在数据传输过程中使用的一种高效的技术。
它可以在不占用CPU时间的情况下，实现对内存的直接访问，从而提高数据传输效率。
本文将详细介绍DMA工作方式的原理。
1. DMA的基本概念DMA技术是指通过专门的DMA控制器实现对内存的直接访问，而无需CPU的干预。
DMA控制器可以独立地控制数据的传输，直接将数据从设备读取到内存或从内存写入到设备，从而实现高速数据传输。
2. DMA的工作原理DMA控制器是一种专门的硬件设备，通过DMA通道连接到主机的总线上。
当需要进行数据传输时，DMA控制器会向CPU发出请求，要求CPU授权其访问内存。
一旦CPU授权，DMA控制器就可以直接访问内存，将数据传输到目标设备或从目标设备读取数据到内存。
DMA控制器包含多个寄存器，用于存储传输数据的源地址、目的地址、传输字节数等信息。
当DMA控制器开始传输数据时，它会根据这些寄存器中的信息，自动从内存中读取数据，并将其传输到目标设备或从目标设备读取数据并将其写入内存。
3. DMA的优点DMA技术可以显著提高数据传输效率，其主要优点如下：（1）减少CPU的负担。
DMA控制器可以独立地访问内存，不需要CPU的干预，因此可以大大减轻CPU的负担，提高系统的响应速度。
（2）提高数据传输速度。
DMA技术可以实现高速的数据传输，远远超过CPU的传输速度。
（3）提高系统的可靠性。
DMA控制器具有容错机制，可以检测并纠正传输过程中的错误，提高系统的可靠性。
4. DMA的应用领域DMA技术广泛应用于各种数据传输场景，如网络通信、音频视频处理、存储设备等。
在网络通信中，DMA技术可以实现高速数据传输，提高网络传输速度；在音频视频处理中，DMA技术可以实现高清晰度的数据传输，提高音视频的质量；在存储设备中，DMA技术可以实现高速数据读写，提高存储设备的性能。
计算机接口技术第8章DMA接口技术
更强的可扩展性
更完善的安全性和可靠性 保障
随着系统规模的扩大和设备数 量的增加，DMA接口技术将向 更强的可扩展性发展，以支持 更多设备的同时传输。
在数据传输过程中，安全性和 可靠性至关重要。未来的DMA 接口技术将更加注重安全性和 可靠性的保障，提供更加完善 的数据传输安全机制和错误处 理机制。
06 DMA接口技术的应用实 例
状态机
控制DMA传输的开始、暂停和结束 等操作，确保数据传输的正确性和可 靠性。
控制寄存器
存储DMA传输的配置和控制信息， 如传输方向、数据长度等。
错误检测与处理逻辑
用于检测数据传输过程中的错误，如 地址错误、数据校验错误等，并进行 相应的处理。
DMA数据传输的硬件支持
数据缓冲区
用于暂存DMA传输的数据，确保数据在传 输过程中的完整性和正确性。
中断的清除与返回
在中断服务程序执行完毕后，需要清除中断标志位，以便于下一次的中 断处理。同时，中断处理程序需要返回，以便于CPU继续执行后续的指 令。
05 DMA接口技术的优缺点 分析
DMA接口技术的优点
高传输速率
DMA接口技术能够实现高速数据传输， 显著提高数据吞吐量，满足大规模数据
处理的需求。
DMA接口技术的应用场景
数据采集
在实时数据采集系统中，DMA接口技术可以快速 传输大量数据到内存中，便于后续处理和分析。
高速网络通信
在高速网络通信中，DMA接口技术可以用于快速 传输数据，提高网络通信的效率。
音视频处理
在音视频处理中，DMA接口技术可以用于快速传 输大量数据，提高音视频处理的效率。
查询方式
在查询方式下，CPU会不断查询DMA接口的状态，以了解数据传输是否完成。 如果数据传输未完成，CPU需要等待；如果数据传输完成，CPU可以继续执行其 他任务。这种方式不需要编写复杂的程序，但会占用CPU的时间。
DMA工作原理
DMA工作原理一、概述DMA（Direct Memory Access，直接内存访问）是一种用于数据传输的技术，它允许外设直接与主存进行数据交换，而不需要CPU的干预。
DMA技术的应用可以显著提高数据传输的效率，减轻CPU的负担，使系统性能得到优化。
本文将详细介绍DMA的工作原理及其在数据传输中的应用。
二、DMA工作原理1. DMA控制器DMA控制器是实现DMA技术的核心组件，它负责管理数据传输的各个环节。
DMA控制器通常包含以下几个主要部份：- 地址寄存器：用于存储数据传输的起始地址和目的地址。
- 计数器：用于存储数据传输的字节数。
- 控制寄存器：用于设置DMA传输的模式、方向等参数。
- 状态寄存器：用于记录DMA传输的状态。
2. DMA传输过程DMA传输的过程主要包括以下几个步骤：- 配置DMA控制器：首先，需要通过编程的方式配置DMA控制器的相关寄存器，包括设置起始地址、目的地址、传输字节数等参数。
- 请求DMA传输：外设通过发送DMA请求信号来请求DMA传输。
一旦DMA控制器接收到DMA请求信号，它将开始执行数据传输操作。
- DMA传输：DMA控制器根据配置的参数，从起始地址读取数据，然后将数据传输到目的地址。
在传输过程中，DMA控制器可以通过总线直接与主存进行数据交换，而无需CPU干预。
- 完成DMA传输：一旦传输完成，DMA控制器将发出传输完成的信号，通知外设传输已经结束。
- 中断处理：如果需要通知CPU传输已完成，可以通过中断方式进行处理。
3. DMA传输模式DMA传输可以分为以下几种模式：- 单次传输：DMA控制器只执行一次传输操作，适合于数据量较小的情况。
- 块传输：DMA控制器连续执行多次传输操作，每次传输的数据量为一个块的大小。
块传输适合于数据量较大的情况，可以减少DMA控制器的负载。
- 循环传输：DMA控制器在完成一次传输后，自动重新开始下一次传输，循环执行。
循环传输适合于需要重复传输的场景，如音频数据的传输。
《DMA技术》课件
需要一定的硬件成本，且容易引发一些未知的系统问题。
DMA与CPU的关系
1
CPU操作方式
CPU通过中断或轮询方式，向I/O设备发出数据传输请求，数据在I/O设备和CPU之间传 送。
2
DMA操作方式
DMA控制器从I/O设备接收数据，存储到内存中并向CPU发出中断请求，CPU可随时获取 数据。
3
两者比较
DMA控制器的工作原理
芯片结构
工作过程
由地址计数器、状态寄存器、 数据寄存器、控制逻辑等组成， 具有完整的读写控制逻辑。
从I/O端口读取数据并传输到内 存，同时逐步将控制权交给 CPU，完成数据传输。
工作模式
DMA控制器采用循环传输模式、 请求传输模式、缓冲区传输模 式等方式来完成数据传输。
DMA通道的概念与分类
DMA技术
本次PPT课件将深入探讨DMA技术，该技术在处理数据时可提高系统效率，降 低CPU的负载，是提升计算机I/O性能的重要手段。
什么是DMA技术？
定义
DMA技术是指I/O设备直接与内存交换数据而无需CPU干预的一种数据传输方式。
优点
能显著减轻CPU负载，提高系统并行性能，适合数据量大、频繁操作I/O设备的应用场合。
3 安全保护机制加强
通过加强DMA传输过程中的数据保护和加密机制，提高系统的安全性和可靠性。
DMA技术的挑战与解决方案
随着系统复杂度和数据量的不断增长，DMA技术面临的挑战也越来越多。 需加强错误处理、安全保护和软硬件协同设计等方面的研究，提升DMAS 技术的应用质量和高效性。
DMA方式支持高速、连续传输，而CPU方式适用于数据较少且轻微的传输。
传统I/O操作与DMA技术的区别
DMA技术教学课件
DMA技术的应用领域及优缺点
应用领域
嵌入式系统、音频/视频处理、网络数据传输等领域。
优点
提高数据传输速度、减轻CPU负担、降低功耗。
缺点
复杂的配置和初始化、数据可靠性和安全性的挑战。
DMA技术的分类和原理
分类
单向DMA、双向DMA、循环DMA等。
原理
DMA控制器接管总线控制权，将数据直接传输到内存，减少CPU的干预。
DMA的三种传输方式
内存与内存
从一个内存区域直接传输到另 一个内存区域。
外设到内存
外设设备直接将数据传输到内 存中。
内存到外设
内存数据直接传输到外设设备。
DMA技术的工作流程
1
1. 设备请求DMA传输
外设向DMA控制器发送传输请求。
2
2. DMA控制器响应请求
DMA控制器根据优先级和仲裁机制决定是否接收传输。
3
3. 数据传输
DMA控制器与外设设备和内存进行数据传输。
DMA传输的数据存储结构
数据缓冲区
存储传输数据的缓冲区。
内存映射
将外设设备的寄存器映射到内存地 址空间。
描述符
包含传输信息和缓冲区地址的描述 符。
DMA的仲裁机制和优先级
1 仲裁机制
多个DMA设备竞争总线控制权的机制。
2 优先级
不同DMA设备可设置不同的传输优先级。
DMA技术教学课件PPT
DMA技术是一项关键的数据处理技术，广泛应用于嵌入式系统和高性能计算 领域。本课件将详细介绍DMA技术的原理、工作流程以及在实际项目中的应 用案例。
什么是DMA技术？
DMA技术，全称为Direct Memory Access技术，是一种无需CPU干预的数据传输方式。通过DMA技术，外设设备可以 直接访问主存，提高数据传输效率。
《DMA技术》课件
THANKS
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率。
04
DMA技术的优势与挑战
DMA技术的优势
高数据传输速率
减轻CPU负担
DMA技术能够实现高速数据传输，显著提 高了数据处理的效率。
通过DMA，数据可以直接在内存和硬件设 备之间传输，减轻了CPU的负担，使其能 够更专注于其他任务。
支持多任务并发处理
减少数据拷贝
DMA技术允许多个设备同时进行数据传输 ，提高了系统的并发处理能力。
它通过使用专门的DMA控制器来管理 数据的传输，使得数据传输过程更加 高效。
DMA的工作原理
DMA控制器与内存和外部设备之间建立数据传输的通道。
当需要传输数据时，DMA控制器向内存发送读或写请求，并将数据直接 从内存传输到外部设备或从外部设备传输到内存。
数据传输过程中，DMA控制器负责管理数据传输的起始地址、传输大小 和传输方向等参数。
高的传输速率。
02
DMA技术的应用场景
工业自动化
01
02
03
自动化生产
DMA技术可以用于自动化 生产流程中，实现设备与 设备之间的数据高速传输 ，提高生产效率。
实时监控
工业自动化中，DMA技术 可以用于实时监控生产线 的运行状态，确保生产安 全。
智能物流
DMA技术可以实现智能物 流管理，优化库存和运输 ，降低物流成本。
DMA技术可以用于医疗影像的快速传 输，便于医生远程诊断和会诊。
DMA技术可以实现医疗设备的互联互 通，便于数据的共享和协同工作。
医疗数据存储与处理
DMA技术可以实现医疗数据的快速存 储和高效处理，提高医疗服务的效率 和质量。
智能家居
智能安防
DMA技术可以用于智能家居的安防系统中，实现视频、音频等数 据的快速传输和实时监控。
dma原理及基本概念
dma原理及基本概念DMA（Direct Memory Access，直接内存访问），是一种计算机系统中用于提高数据传输效率的技术。
在传统的CPU与内存之间的数据传输方式中，每个数据元素的传输都需要经过CPU的参与，包括地址传输和数据传输，这种方式效率较低。
而DMA是通过绕过CPU，直接在外设和内存之间进行数据传输，从而可以大大提高系统的数据传输速度。
DMA技术的基本思想是通过设置专门的DMA控制器，将数据传输的工作任务交给该控制器完成。
当一个外设需要与内存进行数据传输时，它会向DMA控制器发送请求，告诉控制器要传输的数据的地址和大小。
DMA控制器收到请求后，会占用系统总线的控制权，将数据从外设读取到它的缓冲区中，然后再将数据传输到内存中。
整个过程中，CPU是完全无需参与的，可以继续执行其他的任务。
当DMA控制器完成数据传输后，会向CPU 发送中断信号，通知CPU数据传输已完成。
DMA技术的实现主要依赖于三个主要组件：DMA控制器、DMA缓冲区和DMA通道。
1.DMA控制器：DMA控制器是DMA技术的核心组件之一，它负责接收外设的请求信号并控制数据传输的流程。
DMA控制器通常由硬件实现，它包含了多个寄存器和控制逻辑。
寄存器用于存储DMA传输相关的信息，如数据的起始地址、目标地址、数据的大小等。
控制逻辑则负责协调DMA传输的各个环节，如中断处理、错误检测等。
2.DMA缓冲区：DMA缓冲区是位于DMA控制器和外设之间的一个中间区域，用于暂存传输的数据。
当外设发送数据请求时，数据会被读取到DMA缓冲区中，然后再由DMA控制器将数据传输到内存中。
DMA缓冲区的大小可以根据系统的需求进行调整，较大的缓冲区可以一次性传输更多的数据，从而提高数据传输效率。
3.DMA通道：DMA通道是一个虚拟的通道，它是DMA控制器与外设之间的逻辑连接。
一个DMA控制器通常包含多个DMA通道，每个通道可以连接不同的外设。
每个DMA通道都有独立的控制逻辑和寄存器，可以独立地执行数据传输任务。
dma技术原理
dma技术原理今天咱们来唠唠这个超酷的DMA技术原理。
你可别一听技术就觉得头疼，咱就像聊天一样，轻松地把它搞明白。
DMA啊，全称是直接内存访问（Direct Memory Access）。
你可以把电脑的内存想象成一个超级大的仓库，里面存着各种各样的数据。
平时呢，当设备（比如说硬盘、网卡这些小伙伴）想要和内存交换数据的时候，得经过CPU这个大管家。
就好像你要从仓库里拿东西或者放东西，得先告诉管家一声，管家再去安排。
可是呢，这个管家CPU很忙的呀，它要处理各种各样的计算任务，像什么运行程序啦，处理图像啦，忙得不可开交。
这时候DMA就像一个小助手出现啦。
DMA可以直接在设备和内存之间建立一个“小通道”。
比如说硬盘里有个大文件要存到内存里，以前呢，硬盘得跟CPU说：“老大，我要把这个文件存到内存里啦。
”然后CPU就会一点一点地把数据从硬盘搬到内存。
现在有了DMA，硬盘就可以直接跟DMA说：“小助手，帮我把这个文件搬到内存去吧。
”DMA就麻溜地开始干活啦。
那这个小助手是怎么做到的呢？它有自己的一套控制逻辑。
就像它知道从哪里开始拿数据（硬盘的哪个位置），要把数据放到内存的哪个地方。
而且它还能控制数据传输的速度呢。
它就像一个勤劳的小蚂蚁，一趟一趟地把数据搬运过去，而且搬运的速度还挺快的。
你看，这样一来，CPU就轻松多了。
它就可以专心地做自己的计算工作，不用再为这些数据传输的小事操心啦。
这就好比家里请了个专门负责搬运东西的小工，主人就可以安心地做自己的大事，像看书、看电视之类的。
再说说DMA的好处吧。
因为它能直接进行数据传输，所以数据传输的效率大大提高了。
就像走高速路和走小路的区别，以前经过CPU中转就像走小路，弯弯曲曲的，现在直接走DMA这个高速路，那速度杠杠的。
这对于电脑整体的性能提升可有着不小的贡献呢。
而且呀，DMA还很聪明。
它可以根据设备和内存的状态来调整自己的工作。
如果内存有点忙，它可能会稍微放慢一点速度，等内存有空了再加快速度传输。
DMA技术
DMA技術/338163/71651DMA的全稱是Direct Memory Access，譯為直接記憶體存取。
DMA傳送方式是讓記憶體與外設、或外設與外設之間直接交換資料，不需經過CPU的累加器中轉，減少了這個中間環節，並且記憶體位址的修改、傳送完畢的結束報告都是由硬體電路實現的，因此大大地提高了資料的傳輸速度。
一個DMA傳送只需要執行一個DMA週期，相當於一個匯流排讀寫週期。
DMA傳送主要用於需要高速大批量資料傳送的系統中，以提高資料的吞吐量。
如磁片存取、圖像處理、高速資料獲取系統、同步通信中的收/發信號等方面應用甚廣。
DMA傳送的優點是以增加系統硬體的複雜性和成本為代價的，因為DMA是用硬體控制代替軟體控制的。
另外，DMA傳送期間CPU被掛起，部分或完全失去對系統匯流排的控制，這可能會影響CPU對中斷請求的及時回應與處理。
因此，在一些小系統或速度要求不高、資料傳輸量不大的系統中，一般並不用DMA方式。
DMA傳送雖然脫離CPU的控制，但並不是說DMA傳送不需要進行控制和管理。
通常是採用DMA控制器來取代CPU，負責DMA傳送的全程序控制。
目前DMA控制器都是可編程的大規模集成晶片，且類型很多，如Z-80DMA、Intel 8257、8237。
DMA傳送的過程：1、當外設有DMA需求，並且準備就緒，就向DMAC控制器發出DMA請求信號DREQ。
2、DMAC接到DMA請求信號後向CPU發出匯流排請求信號HRQ。
該信號連接到CPU的HOLD 信號。
3、CPU接到匯流排請求信號以後，如果允許DMA傳輸，則會在當前匯流排週期結束後，發出DMA響應信號HLDA。
一方面CPU將控制匯流排、資料匯流排和位址匯流排置高阻態，即放棄對匯流排的控制權；另一方面CPU將有效的HLDA信號送給DMAC，通知DMAC，CPU已經放棄了對匯流排的控制權。
4、DMAC獲得對匯流排的控制權，並且向外設送出DMAC的應答信號DACK，通知外設可以開始進行DMA傳輸了。
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。
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2. 8237A的内部结构
图8-7 8237A内部结构框图
内部结构
（1）控制逻辑单元 ① 定时和控制逻辑单元。它根据初始化编程时所设置的 工作方式寄存器的内容和命令，在输入时钟信号的定时控制 下，产生8237A内部的定时信号（如DMA请求、DMA传送及DMA 结束）和外部的控制信号。 ② 命令控制单元。其主要作用是在CPU控制总线时，即 DMA处于空闲周期时，将CPU在编程初始化送来的命令字进行 译码；而在8237A进入DMA服务时，对设定DMA操作类型的工 作方式字进行译码。 ③ 优先权控制逻辑。用来裁决各通道的优先权次序，解 决多个通道同时请求DMA服务时可能出现的优先权竞争问题。
DMA传送的特点
DMA方式可以实现外设与存储器,或外设与外设之 间直接交换数据,不经过CPU
DMA传送主要用于需要高速大批量数据传送的系 统中，以提高数据的吞吐量 DMA传送方式的优点是以增加系统硬件的复杂性 和成本为代价的 DMA传送虽然脱离CPU的控制，但并不是说DMA传 送不需要进行控制和管理
自控制总线。具有总线控制权的设备称为总线的主控者。
DMA控制器在系统中的两种状态 1、主动态：DMAC取代CPU，获得对系统总 线的控制权，成为系统总线的主控者 2、被动态：DMAC接受CPU对它的控制和指 挥。一般当DMAC上电或复位时，DMAC自动 处于被动状态，由CPU对其初始化编程。
DMAC占有总线控制权的三种方式
DMA传送与中断传送比较
(1）DMA传送比中断传送的速度快。DMA传送一个字节只占用CPU
的一个总线周期，而中断方式传送是由CPU通过程序来实现的，每次执 行中断服务程序，CPU要保护断点，在中断服务程序中，需要保护现场
和恢复现场，需要执行若干条指令才能传送一个字节。
(2）DMA响应比中断响应的速度快。中断方式在CPU的当前指令 （一条指令需要执行若干个总线周期）执行完才能响应中断请求，而 DMA方式是在CPU当前指令的一个总线周期执行完就响应DMA请求。 (3）中断请求分为外部中断(由外部硬件产生的)和内部中断(由执行指 令产生的)，DMA请求也由两种方式：可以由硬件发出，也可以由软件 发出。
8237A DMAC的主要特性
（6）具有固定优先权和循环优先权两种优先权排序的 优先权控制逻辑。 （7）每个通道都有软件的DMA请求。还各有一对联络 信号线，通道请求信号DREQ和响应信号DACK，而且DREQ 和DACK信号的有效电平，可以通过编程来设定。 （8）具有终止DMA传送的外部信号输入引脚，外部通 过此引脚输入有效低电平来终止正在执行的DMA操作。或 重新初始化。每个通道在结束DMA传送后，会产生过程终 止信号/EOP输出，可以用它作为中断请求信号输出。 （9）可用级联方式任意扩展通道数。
00 校验传送 01 写传送 10 读传送 11 无意义
图8-10 工作方式寄存器
① D3，D2位：当D7，D6位不同时为1时，由这两位的 编码设定通道的DMA的传送类型：读、写和校验（或存 储器至存储器）。
读传送(D3D2=10)。由存储器至I/O设备。将数据从存储器读出，再 写入I/O设备。因此，8237A要发出/MEMR和/IOW信号。 写传送(D3D2=01)。由I/O设备至存储器。将数据从I/O设备读出再 写入存储器。8237A要发出/IOR和/MEMW信号。 校验(D3D2=00)。这种操作实际不进行数据传送。由8237A产生地址 信息，并响应/EOP等，但不发出存储器和外部设备的读写控制信号， 这就阻止了数据的传送，但是8237A仍将保持着它对系统总线的控制 权，I/O设备可以使用这些响应信号，在I/O设备内部对一个指定数据 块的每一个字节进行存取，以便进行校验。设定校验方式时，要设定 命令寄存器为禁止存储器至存储器的DMA操作方式。
内部结构
（2）缓冲器 （1）I/O缓冲器1： 8位、双向、三态的缓冲器，用于与系 统的数据总线接口。非DMA周期时，CPU向8237A送出的编程 控制字、从8237A读取的状态字、当前的地址和字节计数器 的内容都经过这个缓冲器；当DMA周期时，DMAC所送出的地 址由这个缓冲器输出到地址锁存器锁存。 （2） I/O缓冲器2： 4位、双向、三态缓冲器。在CPU控制 总线时，输入缓冲器导通，将地址总线的低4位A0－A3送入 8237A进行译码后，选择8237A内部寄存器；在DMA周期时， 它送出8237A寻址的存储器地址的低4位A0－A3。 （3） 输出缓冲器： 4位、输出、三态缓冲器。在CPU控 制总线时呈高阻状态；而在DMA控制总线时，它导通，由 8237A提供的16位存储器地址的A4－A7通过它送出。
（3）当前字节计数寄存器
16位长。它保存当前DMA传送的字节数。实际传送的字节数比编程 写入的字节数大1在自动预置方式时，当/EOP有效后，被重新预置 成初始值；如果在非自动预置方式，这个计数器在终止计数之后将 为FFFFH。
（4）基地址寄存器和基字节计数寄存器 它们用来存放所需访问的存储器在内存中的起始地址和传送字 节数的初值。在编程时，这两个寄存器由CPU以连续两字节方 式与对应的当前寄存器同时写入，但它们的内容不能读出。在 自动预置方式时，基本寄存器的内容被用来恢复当前寄存器的 初始值。 （5）命令寄存器 这是DMAC 4个通道公用的一个8位寄存器，由它来控制 8237A的操作。编程时，由CPU对其写入命令字，而由复位 信号（RESET）和软件清除命令清除它。
（1）使CPU与系统总线处于高阻状态的方式
（2）暂停CPU的时钟脉冲方式 （3）利用CPU不访问总线的间隔方式
（1）使CPU与系统总线处于高阻状态的方式
（2）暂停CPU的时钟脉冲方式
（3）利用CPU不访问总线的间隔方式
利用CPU不访问总线的间隔来进行DMA操作，又称为“周 期挪用”（Cycle Sleeping）。这样CPU不会因为进行DMA 传送而浪费时间。但这种DMA操作要安排在CPU执行内部 操作时，例如，取完指令操作码后，CPU要进行指令译码， 或CPU内部进行算术或逻辑运算时，CPU不使用总线，这 时由DMAC接管总线。 这种方式必须附加比较复杂的时序电路，来识别CPU不利用 总线的间隔时间。
DMA传输的优点：
1、数据的传输速度显著提高 2、缩短了数据传送的响应时间
DMA方式的应用场合：6点
2 DMA控制器（DMAC）
DMA控制器是作为两种存储实体之间实现高速数据 传送而设计的专用处理器
DMAC要使用地址总线发送地址信息，利用数据总线传送 数据，利用控制总线发布读或写命令。 DMAC和CPU都挂在公用的地址、数据和控制三总线上。 但任何给定的一个总线周期期间，只允许CPU或DMAC独
3. 控制寄存器和状态寄存器
DMA的传送方式可以是字节、成组、连续三种方式。
源地址和目的地址均可以是存储器或I/O端口。因此，数据可以 在存储器之间、I/O端口之间、存储器与I/O端口之间传送。可以 只检索、只传送或又检索又传送数据等。读写周期的长短也可以 有几种选择方式。这些功能的选择，要通过对控制寄存器写入控 制字来实现。因此，DMAC内部必须有若干个能存储控制字的控制 寄存器。状态寄存器是用来寄存数据块传送后的状态。控制寄存 器在DMA传送之前，由CPU通过执行输出指令给它装入相应的控制 字，以便选择所需的DMA工作方式和参数。DMA传送结束，CPU通 过执行输入指令，从DMAC状态寄存器中读入状态字，以便了解 DMA传送后的结果。
（3）内部寄存器
3、82C37A的引脚功能
图8-8 8237A外部引脚
8.2.3 8237A的内部寄存器
（1）地址暂存寄存器和字节计数寄存器
这两个16位的寄存器和CPU不直接发生关系，对使用8237A没有影响。
（2）当前地址寄存器
16位长。当进行DMA传送时，由它提供访问存储器的地址。在每 次数据传送之后，地址值自动增1或减1。CPU是以连续两字节方式， 并按先低后高的顺序，对其进行写入或读出。在自动预置方式，当 /EOP有效后，会将它重新预置为初始值。
（6）工作方式寄存器
D7 D6 00 请求方式 01 单字节方式 10 块字节方式 11 级联方式 0 递增 1 递减 0 禁止自动预置 1 允许自动预置 传送方 式选择 地址增 减选择 D5 D4 D3 D2 D1 D0 通道选择 00 通道0 01 通道1 10 通道2 11 通道3
传送类型
预 置 选择
（6）工作方式寄存器
每个通道都有一个6位的工作方式寄存器，它用于指 定DMA的操作类型、传送方式、是否自动预置和传送 一字节数据后地址是按增1还是减1规律修改。写入工 作方式寄存器的控制字，在编程初始化时，由CPU写 入。命令字的D0，D1两位是通道的寻址位，即根据D0， D1两位的编码，确定此命令字写入的通道。
第8章 DMA控制技术
8.1概述 8.2 可编程DMA控制器8237A
教学目标
了解微型计算机系统中DMA的概念；
掌握DMA控制器8237A的基本用法。
8.1 概述
数据传送的控制方式有几种？
外设
CPU
内存
8.1.1 DMA的基本概念
一、DMA 直接存储器存取方式，存储器与I/O设备之间的 数据传送在DMA控制器（又称DMAC）的管理下直 接进行，而不经过CPU。 这种方式大大提高了传送数据的速率，但 控制电路复的功能和主要的硬件支持
主要的硬件支持
1. 地址寄存器
传送数据要有源地址和目的地址，因此DMAC内部要有源地址和目的地址 寄存器。一般DMA用于数据块传送，所以，要求这些地址寄存器具有自动 增址或减址修改的能力，以便按顺序传送数据块。
2. 数据块长度计数器
由它来控制传送数据块的字节数。在进入DMA操作之前，在CPU控制下， 把数据块长度装入此计数器内，进入DMA方式。每传送一次数据，由硬 件自动按减1的规律修改计数器的值。当计数器减到零时，由它控制停 止DMA操作方式的数据传送。