(选学)第11章DMA接口技术讲解
DMA工作原理
DMA工作原理DMA（Direct Memory Access）是一种计算机技术，用于实现高速数据传输和处理。
它允许外部设备（如硬盘驱动器、网络接口卡等）直接访问主存储器，而不需要通过中央处理器（CPU）的干预。
这种直接的数据传输方式可以大大提高系统的效率和性能。
DMA的工作原理可以简单概括为以下几个步骤：1. 初始化：DMA控制器被配置为特定的传输模式，包括数据传输方向、传输大小、源地址和目的地址等参数。
这些参数可以通过软件编程来设置。
2. 请求：外部设备向DMA控制器发送请求，请求进行数据传输。
这个请求可以是硬件触发的，也可以是软件触发的。
3. 中断处理：如果DMA控制器支持中断功能，它会向CPU发送一个中断信号，以通知数据传输的开始和结束。
4. 寻址：DMA控制器根据配置的源地址和目的地址，通过总线控制器访问主存储器。
它可以直接读取或者写入数据，而不需要CPU的干预。
5. 传输：DMA控制器将数据从源地址传输到目的地址。
它可以使用不同的传输模式，如单字节传输、块传输或者循环传输等，以适应不同的应用需求。
6. 完成：当数据传输完成后，DMA控制器可以发送中断信号给CPU，以通知传输的结束。
CPU可以根据需要进行后续的处理操作。
DMA的工作原理可以带来许多优点和应用，包括：1. 提高系统性能：由于数据传输不需要CPU的干预，DMA可以在后台进行数据传输，不影响CPU的正常工作。
这样可以提高系统的响应速度和处理能力。
2. 减少CPU负载：DMA可以在数据传输过程中释放CPU的负载，使CPU可以同时处理其他任务。
这对于高性能计算和多任务处理非常重要。
3. 支持高速数据传输：由于DMA直接访问主存储器，它可以实现高速数据传输，满足对大数据量和实时性要求较高的应用需求。
4. 简化编程：DMA的工作可以由硬件控制器完成，而不需要软件的干预。
这样可以简化编程过程，减少软件开辟的复杂性。
5. 支持多种外设：DMA可以用于各种外设的数据传输，如硬盘驱动器、网络接口卡、音频设备等。
DMA相关知识汇总
DMA相关知识汇总DMA（直接内存访问）是一种计算机技术，用于处理数据在计算机内存和外部设备之间的直接传输。
它允许外部设备（如硬盘驱动器、网络适配器等）直接访问计算机内存，而不通过中央处理器（CPU）。
这样可以显著提高数据传输速度和系统效率。
在传统的输入/输出（I/O）操作中，数据从外部设备传输到CPU，然后再传输到内存。
这种方式存在两个问题。
第一，CPU需要在每个数据传输中介入，这会浪费大量的处理器时间。
第二，数据传输过程中CPU和内存之间存在明显的瓶颈，导致效率降低。
DMA技术通过直接在外部设备和内存之间进行数据传输，绕过了CPU和内存之间的瓶颈。
这是通过在系统总线上实现一个专门的DMA控制器来完成的。
DMA控制器有自己的内存和寄存器，可以管理数据传输的过程。
当外部设备需要传输数据时，CPU将数据传输的任务交给DMA控制器。
DMA控制器根据指示进行数据传输，并在完成后通知CPU。
这样，CPU可以继续执行其他任务，而不需要等待数据传输过程完成。
DMA技术的应用非常广泛。
例如，在硬盘驱动器读取文件时，DMA技术可以将文件数据直接传输到内存中，而不需要CPU的介入。
这提高了数据传输速度，减少了系统开销。
另一个应用是网络适配器。
当网络适配器接收到数据包时，DMA可以直接将数据包传输到内存中，从而避免了CPU的中断处理，提高了网络传输的效率。
DMA技术还可以在多媒体应用中获得显着的性能提升。
例如，在音频采集和播放中，DMA可以将音频数据直接传输到内存中，从而减少了音频延迟，提高了音频质量。
尽管DMA技术提供了显著的性能优势，但也存在一些限制和挑战。
首先，DMA控制器需要在系统总线上与CPU竞争带宽，这可能导致数据传输速度受限。
其次，DMA技术需要在硬件和软件层面上进行适当的支持和配置，这可能需要额外的开发工作。
最后，DMA技术要求外部设备能够直接访问内存，这在安全性方面可能会带来一些潜在问题。
总而言之，DMA技术通过绕过CPU和内存之间的瓶颈，提高了数据传输速度和系统效率。
11-第十一讲-DMA技术
11-第⼗⼀讲-DMA技术北京⼤学本科⽣主⼲基础课北京⼤学信息科学技术学院本科⽣必修课北京⼤学Peking University2015.5.20第⼗⼀讲直接存储器存取技术本讲要点⾸先⽐较三种主要的I/O控制⽅式，其次分析直接存储器存取（DMA）技术的特点，然后介绍DMA控制器8237的主要特点，最后结合⽰例讲解DMA控制器的编程应⽤。
阅读教材《微型计算机……》：8通过学习本课程了解计算机的发展历程，理解计算机的组成原理，掌握计算机的设计⽅法I/O 控制⽅式ⅠDMA 接⼝技术ⅡDMA 控制器8237Ⅲ8237编程⽰例Ⅳ主要内容I/O控制⽅式的分类1.程序控制⽅式3.直接存储器存取(DMA)⽅式1. 程序控制⽅式在程序控制下进⾏的数据传送⽅式①⽆条件传送⽅式假定外设已经准备好CPU直接利⽤IN/OUT指令与外设传送数据不查询外设的⼯作状态②程序查询传送⽅式CPU通过执⾏程序，不断查询外设的⼯作状态?在确定外设已经准备就绪时，才进⾏数据传送程序查询传送⽅式⽰例STATE:IN AL,22H;输⼊状态信息TEST AL,02H;测试“准备好”位JZ STATE;若未准备好，则继续查询IN AL,20H;准备好，输⼊数据;假设该状态寄存器的第2位表⽰输⼊数据是否“准备好”并⾏接⼝电路0:数据输⼊寄存器1:数据输出寄存器2:状态寄存器3:控制寄存器4:中断控制逻辑CPU系统总线LED数码管拨码开关2. 中断控制⽅式程序在运⾏中，出现了某种“紧急事件”CPU必须中⽌正在执⾏的程序，转⽽去处理紧急事件（执⾏中断服务程序）紧急事件处理完毕后，CPU返回原运⾏程序常见“紧急事件”键盘击键收到⽹络数据包显⽰屏幕需要刷新……系统总线CPU中断控制电路I/O 接⼝I/O 接⼝I/O 接⼝中断信号中断信号中断信号中断信号中断响应和处理过程1关中断2保存断点3识别中断源4保护现场5执⾏中断服务程序6恢复现场并返回中断控制⽅式的特点优点（与程序查询⽅式相⽐）提⾼了CPU的⼯作效率外围设备具有申请服务的主动权CPU可以和外设并⾏⼯作可适合实时系统对I/O处理的要求缺点外设和存储器之间的数据交换仍由CPU承担?使⽤数据传送指令，占⽤了宝贵的CPU运算资源数据要经过CPU中的通⽤寄存器中转，过程冗长?注：程序查询⽅式同样有这些缺点3. DMA⽅式直接存储器存取（Direct Memory Access），简称DMA ⽅式不需要CPU⼲预（不需CPU执⾏程序指令）采⽤DMA ⽅式的常见外设SATA 硬盘150~600MB/s PATA 硬盘133MB/sPCI Express 500M~8GB/sPCI 133MB/sUSB 1.5~640MB/s串⼝20KB/s以太⽹10/100/1000Mb/s*需要注意K 、M 、G 等单位前缀可能有不同的含义第⼀个IBM PC上的计算机显⽰标准显⽰分辨率320×200屏幕上的像素点个数320×200=76800⾊深3位⼀帧所需要的容量76800×3=230400bit刷新率60Hz存储带宽230400×60=13824000b/s=13.824Mb/s显⽰分辨率为640×480屏幕上的像素点个数640×480=307200⾊深8位⼀帧所需要的容量307200×8=2457600bit刷新率为60Hz存储带宽2457600×60=147456000b/s=147.456Mb/sWUXGA显⽰标准（2000年代）显⽰分辨率为1920×1200屏幕上的像素点个数1920×1200=2304000⾊深24位⼀帧所需要的容量2304000×24=55296000bit刷新率为60Hz存储带宽55296000×60=3317760000b/s=3.31776Gb/s通过学习本课程了解计算机的发展历程，理解计算机的组成原理，掌握计算机的设计⽅法I/O 控制⽅式ⅠDMA 接⼝技术ⅡDMA 控制器8237Ⅲ8237编程⽰例DMAC 的基本⼯作步骤1、CPU 设置DMAC 内部配置寄存器2、DMAC 处于空闲等待状态3、I/O 接⼝向DMAC 发出DMA 传送申请4、DMAC 响应I/O 接⼝的申请5、DMAC 向I/O 接⼝发起总线读传输6、DMAC 向存储器发起总线写传输7、重复5~6直到本次DMA 传送完成8、返回2，等待下⼀次DMA 传送申请存储器S DMACSM CPU MI/O 接⼝S以使⽤独⽴DMAC 进⾏外设到内存的传送为例DMAC 的主要配置参数在DMA 传送前，CPU 通过读写DMAC 内部配置寄存器，设置其⼯作模式，⼀般包括：①源地址的初始值及传送时的地址增减⽅式②⽬的地址的初始值及传送时的地址增减⽅式③待传送数据的长度存储器S DMACSMCPUMI/O 接⼝S以外设到内存的传送为例：1、“源地址”设置为某I/O 端⼝，传送时不变2、“⽬的地址”设置为存储器的某个地址，传送时递增3、“待传送数据的长度”根据需要设置，亦可不设置CPU独⽴的DMA 控制器总线I/O 接⼝S I/O 接⼝DMACSMMS: 从模块接⼝M: 主模块接⼝。
DMA工作原理
DMA原理DM A原理：DMA(Direct Memory Access，直接内存存取) 是所有现代电脑的重要特色，它允许不同速度的硬件装置来沟通，而不需要依于CPU 的大量中断负载。
否则，CPU 需要从来源把每一片段的资料复制到暂存器，然后把他们再次写回到新的地方。
在这个时间中，CPU 对于其他的工作来说就无法使用。
DMA传输将数据从一个地址空间复制到另外一个地址空间。
当CPU 初始化这个传输动作，传输动作本身是由DMA控制器来实行和完成。
典型的例子就是移动一个外部内存的区块到芯片内部更快的内存区。
像是这样的操作并没有让处理器工作拖延，反而可以被重新排程去处理其他的工作。
DMA传输对于高效能嵌入式系统算法和网络是很重要的。
在实现DMA传输时，是由DMA控制器直接掌管总线，因此，存在着一个总线控制权转移问题。
即DMA传输前，CPU要把总线控制权交给DMA控制器，而在结束DMA传输后，DMA控制器应立即把总线控制权再交回给CPU。
一个完整的DMA传输过程必须经过下面的4个步骤。
一、DMA传输过程1.DMA请求CPU对DMA控制器初始化，并向I/O接口发出操作命令，I/O接口提出DMA请求。
2.DMA响应DMA控制器对DMA请求判别优先级及屏蔽，向总线裁决逻辑提出总线请求。
当CPU 执行完当前总线周期即可释放总线控制权。
此时，总线裁决逻辑输出总线应答，表示DMA 已经响应，通过DMA控制器通知I/O接口开始DMA传输。
3.DMA传输DMA控制器获得总线控制权后，CPU即刻挂起或只执行内部操作，由DMA控制器输出读写命令，直接控制RAM与I/O接口进行DMA传输。
在DMA控制器的控制下，在存储器和外部设备之间直接进行数据传送，在传送过程中不需要中央处理器的参与。
开始时需提供要传送的数据的起始位置和数据长度。
4.DMA结束当完成规定的成批数据传送后，DMA控制器即释放总线控制权，并向I/O接口发出结束信号。
dma的工作原理
dma的工作原理DMA，即直接内存访问（Direct Memory Access），是一种计算机系统中用于提高数据传输效率的技术。
它可以绕过中央处理器（CPU），直接在内存和外部设备之间传输数据，从而避免了CPU 参与每一个数据传输操作，提高了系统的整体性能。
DMA的工作原理可以概括为以下几个步骤：1. 配置DMA控制器：在数据传输之前，需要通过编程的方式配置DMA控制器。
这包括设置DMA通道、选择传输模式（如单向传输或双向传输）、设置传输的起始地址和传输的长度等参数。
2. 启动DMA传输：一旦DMA控制器配置完成，就可以启动数据传输。
DMA控制器会向CPU发送请求，请求将总线控制权交给DMA控制器。
3. DMA传输：一旦获得总线控制权，DMA控制器就可以直接访问内存和外部设备，进行数据传输。
DMA控制器通过内存地址和外设地址之间的映射关系，将数据从内存复制到外设或从外设复制到内存。
4. 完成DMA传输：当DMA传输完成后，DMA控制器会向CPU 发送中断请求，通知CPU传输已经完成。
CPU收到中断请求后，可以执行相应的中断服务程序，对传输结果进行处理。
通过上述的工作流程，DMA可以实现高效的数据传输。
相比于CPU来说，DMA控制器通常具有更高的传输速度和更低的传输延迟。
这是因为DMA控制器可以直接访问内存和外部设备，而不需要经过CPU的中转。
同时，DMA控制器还可以在数据传输过程中执行预处理和后处理操作，进一步提高传输效率。
除了提高数据传输效率，DMA还可以减轻CPU的负担。
在传统的数据传输方式中，CPU需要参与每一个数据传输操作，需要不断地处理中断请求和数据复制操作，这会占用大量的CPU时间和计算资源。
而通过使用DMA，CPU可以将数据传输的任务交给DMA控制器，从而解放出更多的计算资源，提高系统的并发性能。
然而，DMA也存在一些限制和注意事项。
首先，由于DMA控制器直接访问内存和外设，因此需要确保数据的一致性和安全性。
DMA工作原理
DMA工作原理1. 概述直接内存访问（Direct Memory Access，DMA）是一种计算机系统中用于高效地进行数据传输的技术。
DMA允许外部设备（如硬盘、网络适配器等）直接访问主存储器，而无需经过中央处理器（CPU）的干预。
这种直接的数据传输方式可以显著提高系统性能，减少CPU的负载。
2. DMA的工作原理DMA的工作原理可以分为以下几个步骤：2.1 初始化首先，需要通过编程配置DMA控制器的寄存器，以指定数据传输的源地址、目的地址、传输长度等参数。
这些参数通常由设备驱动程序或操作系统负责设置。
2.2 请求传输外部设备需要进行数据传输时，会向DMA控制器发送请求信号。
DMA控制器接收到请求信号后，会暂停CPU的工作，并开始执行数据传输操作。
2.3 寻址DMA控制器根据初始化时设置的源地址和目的地址，通过总线接口直接访问主存储器。
它使用总线控制信号将CPU与主存储器分离，以独占地访问存储器。
2.4 数据传输DMA控制器从源地址读取数据，并将其存储到内部缓冲区。
然后，它将数据传输到目的地址。
这个过程可以是单向的，也可以是双向的，取决于具体的DMA 控制器。
2.5 中断处理在数据传输完成后，DMA控制器可以向CPU发送中断信号，以通知CPU传输的完成。
CPU在接收到中断信号后，可以继续执行其他任务。
3. DMA的优势DMA技术相比于CPU直接处理数据传输具有以下优势：3.1 提高系统性能使用DMA技术可以实现设备与内存之间的并行数据传输，减少了CPU的干预，提高了系统的整体性能。
3.2 减轻CPU负载CPU在数据传输过程中不需要频繁地读取和写入数据，可以将更多的时间用于执行其他任务，减轻了CPU的负载。
3.3 支持高速数据传输DMA控制器通常可以支持高速数据传输，可以满足对数据传输速度要求较高的外部设备。
4. DMA的应用领域DMA技术在各个领域都有广泛的应用，包括但不限于以下几个方面：4.1 存储设备DMA技术可以用于硬盘、固态硬盘（SSD）等存储设备的数据读写操作，提高数据传输速度和系统响应速度。
《DMA技术》课件
安全传输：采用加密技术， 确保数据传输的安全性
DMA技术的应用 案例
高速数据采集系统
应用领域：科学研究、工业自动化、医疗设备等 特点：高速、实时、高精度 工作原理：通过DMA技术直接访问内存，无需CPU干预 应用案例：高速数据采集卡、高速数据记录仪等
大规模数据处理系统
特点：数据量大、处理速度 快、实时性高
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DMA技术
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目录
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01
DMA技术的实现方式
04
DMA技术概述
02
DMA技术的发展趋势
05
DMA技术的优势
03
DMA技术的应用案例
06
添加章节标题
DMA技术概述
DMA的定义
DMA（Direct Memory Access） 是直接内存访问的 缩写
DMA是一种硬件 技术，允许外设直 接访问系统内存
DMA技术的优势
高速数据传输
直接内存访问：无需CPU干预，提高数据传输速度 并行传输：多个通道同时传输数据，提高传输效率 低延迟：减少数据传输过程中的等待时间，提高响应速度 高带宽：支持更高的数据传输速率，满足大数据传输需求
减少CPU负担
提高数据传输速度
减少CPU处理时间
提高系统响应速度
降低系统功耗
DMA技术的发展 趋势
更高的传输速率
随着技术的发展， DMA技术的传输 速率不断提高
目前，DMA技术 的传输速率已经可 以达到Gbps级别
未来，DMA技术 的传输速率有望 达到Tbps级别
更高的传输速率将 带来更快的数据传 输速度和更好的用 户体验
更广泛的应用领域
医疗领域：用 于医疗设备的 数据传输和控
一文详解DMA(直接存储器访问)
1.DMA，全称Direct Memory Access，即直接存储器访问。
DMA传输将数据从一个地址空间复制到另一个地址空间，提供在外设和存储器之间或者存储器和存储器之间的高速数据传输。
我们知道CPU有转移数据、计算、控制程序转移等很多功能，系统运作的核心就是CPU.CPU无时不刻的在处理着大量的事务，但有些事情却没有那么重要，比方说数据的复制和存储数据，如果我们把这部分的CPU资源拿出来，让CPU去处理其他的复杂计算事务，是不是能够更好的利用CPU的资源呢？因此：转移数据（尤其是转移大量数据）是可以不需要CPU参与。
比如希望外设A的数据拷贝到外设B，只要给两种外设提供一条数据通路，直接让数据由A拷贝到B 不经过CPU的处理，DMA就是基于以上设想设计的，它的作用就是解决大量数据转移过度消耗CPU资源的问题。
有了DMA使CPU更专注于更加实用的操作–计算、控制等。
2.DMA定义：DMA用来提供在外设和存储器之间或者存储器和存储器之间的高速数据传输。
无须CPU的干预，通过DMA数据可以快速地移动。
这就节省了CPU的资源来做其他操作。
DMA传输方式DMA的作用就是实现数据的直接传输，而去掉了传统数据传输需要CPU寄存器参与的环节，主要涉及四种情况的数据传输，但本质上是一样的，都是从内存的某一区域传输到内存的另一区域（外设的数据寄存器本质上就是内存的一个存储单元）。
四种情况的数据传输如下：外设到内存内存到外设内存到内存外设到外设3.DMA传输参数我们知道，数据传输，首先需要的是1 数据的源地址 2 数据传输位置的目标地址，3 传递数据多少的数据传输量，4 进行多少次传输的传输模式 DMA所需要的核心参数，便是这四个当用户将参数设置好，主要涉及源地址、目标地址、传输数据量这三个，DMA 控制器就会启动数据传输，当剩余传输数据量为0时达到传输终点，结束DMA传输，当然，DMA 还有循环传输模式当到达传输终点时会重新启动DMA传输。
DMA详解——精选推荐
DMA详解分类： LINUX5.1DMA概述DMA是指外部设备不通过CPU⽽直接与系统内存交换数据的接⼝技术。
要把外设的数据读⼊内存或把内存的数据传送到外设，⼀般都要通过CPU控制完成，如CPU程序查询或中断⽅式。
利⽤中断进⾏数据传送，可以⼤⼤提⾼CPU的利⽤率。
但是采⽤中断传送有它的缺点，对于⼀个⾼速I/O设备，以及批量交换数据的情况，只能采⽤DMA⽅式，才能解决效率和速度问题。
DMA在外设与内存间直接进⾏数据交换，⽽不通过CPU，这样数据传送的速度就取决于存储器和外设的⼯作速度。
通常系统的总线是由CPU管理的。
在DMA⽅式时，就希望CPU把这些总线让出来，即CPU连到这些总线上的线处于第三态--⾼阻状态，⽽由DMA控制器接管，控制传送的字节数，判断DMA是否结束，以及发出DMA结束信号。
DMA控制器必须有以下功能：1. 能向CPU发出系统保持（HOLD）信号，提出总线接管请求；2. 当CPU发出允许接管信号后，负责对总线的控制，进⼊DMA⽅式；3. 能对存储器寻址及能修改地址指针，实现对内存的读写操作；4. 能决定本次DMA传送的字节数，判断DMA传送是否结束5. 发出DMA结束信号，使CPU恢复正常⼯作状态。
如图是DMA控制器硬件结构⽰意图。
DMA的可能引脚说明：数据总线：⽤于传送数据。
地址总线：⽤于选择存储器地址。
数据传送信号：MEMR为存储器读操作信号，MEMW为存储器写操作信号，IOR为外设读操作信号，IOW为外设写操作信号。
DRQ：DMA请求信号。
是外设向DMA控制器提出要求DMA操作的申请信号。
DACK：DMA响应信号。
是DMA控制器向提出DMA请求的外设表⽰已收到请求和正进⾏处理的信号。
HOLD：总线请求信号。
是DMA控制器向CPU要求让出总线的请求信号。
HLDA：总线响应信号，是CPU向DMA控制器表⽰允许总线请求的应答信号。
5.2DMA⼯作⽅式随着⼤规模集成电路技术的发展，DMA传送已不局限于存储器与外设间的信息交换，⽽可以扩展为在存储器的两个区域之间，或两种⾼速的外设之间进⾏DMA传送，如图所⽰。
(选学)第11章DMA接口技术
微 4. 请求寄存器
机
标志某个通道是否有DMA请求。 1 表示有
原 理
请求，0 表示无请求。可用软件置位启动 DMA
及 请求。
接
口
技
术
第 十 一 章
微 5. 屏蔽寄存器
机 原
（1）通道屏蔽字
理
用于屏蔽或允许某个通道的DMA请求。
及
接
口
技
术
第 十 一 章
微 机
（2）主屏蔽字
原
一次完成对 4 个通道的屏蔽位设置。
微 机 原 理 及 接 口 技 术
第
十
一 章
图 DMA方式高 速数据采集接口
原理框图
微
由于BIOS已对 8237A进行了初始化，下面的数据采
机 集程序不需再对地址寄存器和字节计数器进行，而只要
原 对方式、命令等内部寄存器进行即可。这里仅需考虑以
理 下几个问题：
及 接
（1）选定传输通道：CH1；
口
原
由基本字节寄存器和当前字节寄存器组
理 及
成，均为 16 位，使一次 DMA 传送的字节数
接
为216（64K）。
口
技
基本字节寄存器：存放本通道DMA传输
术
的字节数初值，应比实际传输字节数少 1。
第 十
当前地址寄存器：每进行一次DMA传输
一
后，自动减 1，其值由 0减到FFFFH，产生计
章 数结束信号EOP。
十 后写高 8 位。
一
章
只要对特定地址进行一次写操作，这两条
命令就生效，与写入的具体内容无关。
7. 各寄存器对应的端口地址
微 机 原 理 及 接 口 技 术
dma课件ppt
CHAPTER 03
DMA应用案例
案例一：智能家居系统中的DMA
总结词
智能家居系统通过DMA实现高效的数据传输和处理，提升用户体验。
详细描述
在智能家居系统中，DMA（Direct Memory Access）技术被广泛应用于数据传输和处理。通过 DMA，数据可以直接在内存之间传输，无需CPU的干预，从而提高了数据传输的效率和系统的响应速 度。这使得智能家居系统能够更快速地处理用户指令，提供更流畅的用户体验。
系统的并行处理能力。
CHAPTER 02
DMA技术实现
DMA硬件
控制器
DMA控制器是实现DMA技术的 主要硬件设备，负责管理数据传 输和协调CPU与外设之间的操作
。
存储器
存储器是DMA传输过程中数据的 中转站，负责暂存待传输的数据。
通道
DMA传输通常通过独立的通道进行 ，每个通道可以独立地进行数据传 输。
DMA编程语言
C语言
C语言是一常用的编程语言，可用于编写DMA驱动程序和应用 程序。
Assembly语言
在一些底层硬件相关的编程中，Assembly语言也被用于编写DMA 控制器相关的代码。
其他高级语言
如Python、Java等高级语言也可以通过调用底层库或API来实现 DMA数据传输，但通常需要依赖第三方库或框架的支持。
DMA软件
DMA驱动程序
操作系统中的DMA支持
DMA驱动程序是负责管理DMA控制 器和配置相关参数的软件。
操作系统通常会提供对DMA的抽象和 封装，使得应用程序可以使用更高级 别的接口进行数据传输。
BIOS中的DMA支持
在某些系统中，BIOS会提供对DMA 的支持，以简化系统的初始化和配置 过程。
微机原理与接口第11章dma接口
由于DMA数据传输需要使用专门的硬件电路，因此它的实现成本较高。此外， 由于DMA数据传输是并行传输，因此它需要精确的时序控制，否则可能会出现 数据错乱等问题。
03
DMA接口与其他接口的 比较
与中断接口的比较
数据传输方式
中断接口依赖于CPU在数据传输过程中的干预，而DMA接口 则可以在不涉及CPU的情况下直接在内存和外设之间传输数据
在其他领域中的应用
通信领域
在通信领域中，DMA接口广泛应用于各种高速通信协议中，如USB、Ethernet等。在这些协议中， DMA传输能够大大提高数据传输的效率和稳定性。
科学计算
在高性能科学计算领域，DMA接口也被用于大规模数据的传输和处理。例如，在高性能计算集群中， DMA接口被用于节点间的大规模数据传输，以提高计算效率。
04
DMA接口的实际应用
在计算机系统中的应用
数据传输
在计算机系统中，DMA接口常用于高速数据传输，如硬盘与 内存之间的数据交换，显卡与内存之间的图形数据传输等。 由于这些操作涉及大量数据，使用DMA接口可以大大提高数 据传输的效率，减轻CPU的负担。
多媒体处理
在处理大量多媒体数据（如音频、视频）时，DMA接口也发 挥了重要作用。它能够快速地将数据从一块存储介质传输到 处理单元，或者从处理单元传输到输出设备，从而提高了多 媒体应用的性能。
DMA数据传输过程
初始化阶段
在DMA传输开始之前，需要进行必要的初始化设置，包括设置传输 的起始地址、传输的字节数等。
预处理阶段
在DMA传输开始之前，需要进行一些预处理工作，如将数据从内存 中复制到缓冲区中，或者将数据从缓冲区中复制到内存中。
传输阶段
在DMA传输开始之后，DMA控制器会直接从源地址读取数据，并将 数据写入目标地址中，直到传输完成。
dma基本原理
dma基本原理摘要：一、DMA 简介1.DMA 的定义2.DMA 的作用3.DMA 的发展历程二、DMA 基本原理1.DMA 的工作原理2.DMA 的硬件结构3.DMA 的数据传输过程三、DMA 的应用领域1.存储器之间的数据传输2.设备之间的数据传输3.DMA 在现代计算机系统中的应用四、DMA 的发展趋势与展望1.DMA 技术的创新与发展2.DMA 在人工智能和大数据时代的应用3.DMA 的未来发展趋势正文：一、DMA 简介直接内存访问（Direct Memory Access，简称DMA）是一种计算机系统中的数据传输技术。
它允许外部设备在主机的内存和I/O 设备之间直接进行数据传输，无需通过中央处理器（CPU）的干预。
DMA 技术有效地减轻了CPU 的负担，提高了整个系统的运行效率。
自从20 世纪60 年代DMA 技术首次被引入计算机领域以来，它已经经历了几十年的发展历程。
如今，DMA 已经成为现代计算机系统中不可或缺的重要组成部分。
二、DMA 基本原理DMA的基本原理是通过硬件设备实现数据在内存与I/O设备之间的直接传输。
在数据传输过程中，DMA控制器会根据预先设定的地址和数据传输量，将数据从源设备直接传输到目标设备，而无需经过CPU的干预。
DMA 的硬件结构主要包括DMA 控制器、数据总线和地址总线。
DMA 控制器负责控制数据传输的地址和传输量；数据总线用于传输数据；地址总线用于传输地址信息。
DMA 的数据传输过程可以概括为以下几个步骤：1.CPU 初始化DMA 传输，设置DMA 控制器的传输地址和数据传输量。
2.DMA 控制器根据CPU 的设置，将数据从源设备传输到目标设备。
3.数据传输完成后，DMA 控制器向CPU 发送信号，通知CPU 数据传输已完成。
4.CPU 处理其他任务，或在需要时接管数据传输过程。
三、DMA 的应用领域1.存储器之间的数据传输：在计算机系统中，DMA 技术常用于实现不同存储器之间的数据传输，如内存与硬盘、内存与显卡显存等。
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
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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。
第十一章 DMA原理
滞后写：方式所产生的写有效信号为1个时钟周期 的低电平且与压缩时序下的读有效信号产生的时刻 相同。
8237的软命令
软命令：
是一种在命令写入时写入数据无关的特殊写操作，在 写操作过程中惟一起作用的是OUT 指令中的特定地 址（产生CS 和内部寄存器选择）和IOW 有效信号。 而OUT指令中AL的值无关。 清除高/低触发器命令（对8237 的A3~A0=1100 时的 写操作）
DMA 控制器在DMA 数据传送过程中行使对微机系 统总线的控制（产生存储器地址信号及存储器与外 设的读写控制信号）
CPU 与DMA 控制器对系统总线的共享
隔离驱动组件包括地址锁存器，数据收发器 以及总线控制器中对系统总线的输出端口
在普通情况下CPU 将行使对系统总线的掌控权（ CPUAEN 有效），此时DMA 控制器对系统总线的 输出被隔离部件所阻断（通过DMAAEN 信号无效 ）。 当外设A 欲与存储器交换数据时会向DMA 控制器 发出数据请求信号DREQ（Data Request）。 DMA 控制器收到DREQ 信号后再向系统总线仲裁 器发出系统总线请求信号HRQ。
微机原理与接口技术
第十一章、DMA 数据传送原理 及DMA 控制器8237A
乔少杰
DMA
DMA 之前外设与存储器（存储器与存储器）之间 传送数据需要通过CPU来完成。
当传送大量连续的数据时（例如磁盘数据），CPU 对数据的中转将影响数据的传送速度
不用处理器干预完成M与I/O间数据传送。 与CPU 共享系统总线。
系统总线仲裁器在CPU 的LOCK 信号无效情况下（LOCK 信 号无效的条件是：CPU 没有执行带LOCK 前缀的指令；没有 INTA 有效信号；S1，S0 = 11）将响应HRQ 信号，并进行系 统总线控制权的转换，然后向DMA 控制器回送HLDA应答 信号。系统总线控制权的转换具体包含两方面的操作。
微机原理及应用CH11 DMA技术与DMA控制器
DMA控制器
HOLD
地址寄存器 计数器
控制/状态 寄存器
HLDA
C P U
存 储 器
DMA请求 数据缓 冲寄存器 DMA请求 触发器 DMA响应
输入设备
DMA控制器工作原理图1
§11.2
可编程DMA控制器8237A
§11.2.1 8237A的主要特性
1．具有四个独立的DMA通道，每个通道都具有64K 的存贮器寻址能力，即一次传送的最大长度为64K 字节。
11.3
8237A
寄存器名称
功能
位数
数量
所属
CPU 访 问方式
端口地址低 4 位
控制寄存器 状态寄存器 工作模式寄存器 基地址寄存器 当前地址寄存器 基字节数计数器 当前字节计数器 请求触发器 屏蔽触发器 暂存寄存器
存放命令字 存放状态字 存放模式字 存放存贮器起始地址 存放存贮器当前地址 存放传送字节总数 存放尚未传送的字节总数 设置 DMA 请求标志 设置通道屏蔽标志 用于两存贮区之间的传送
2、DMA传送方式的特点 外设和内存之间，直接进行数据传送，不 通过CPU, 传送效率高。适用于在内存与高 速外设、或两个高速外设之间进行大批量 数据传送。 电路结构复杂，硬件开销较大。
DMA 传送过程示意图
CPU
总线 请求 总线 响应 DREQ
内存
DMAC
外设
DACK
§11.1.1 DMAC的基本功能
第11章 DMA技术与DMA控制器
§11.1
§11.2 §11.3
DMA技术概述
可编程DMA控制器8237A DMA技术在微机系统中的应用
无条件传送：传送之前不查询外设状态
DMA工作原理
DMA工作原理一、引言DMA（Direct Memory Access，直接内存访问）是一种计算机技术，它允许外部设备（如硬盘、网络适配器等）直接访问主存储器，而不需要通过中央处理器（CPU）的干预。
DMA的工作原理是通过使用专门的硬件控制器来管理数据传输过程，提高系统性能和效率。
二、DMA的基本原理DMA的基本原理是将数据传输的任务从CPU转移到专门的DMA控制器上。
DMA控制器与CPU并行工作，可以同时进行数据传输操作，而不会占用CPU的时间。
DMA控制器有自己的寄存器和逻辑电路，可以直接访问主存储器。
具体的DMA工作流程如下：1. 外部设备向DMA控制器发送请求，要求进行数据传输。
2. DMA控制器接收到请求后，通过总线控制信号将CPU置于空闲状态，并向外部设备发送确认信号。
3. DMA控制器与外部设备建立数据传输通道，通过总线直接访问主存储器，读取或写入数据。
4. 数据传输完成后，DMA控制器向外部设备发送传输完成信号，并将CPU从空闲状态恢复为工作状态。
5. CPU检测到DMA控制器发送的传输完成信号后，可以进行后续的数据处理操作。
三、DMA的优势和应用领域1. 提高系统性能：由于DMA可以独立于CPU进行数据传输，可以减少CPU 的负载，提高系统的响应速度和整体性能。
2. 节省CPU时间：DMA可以在CPU空闲时进行数据传输，不会占用CPU的时间，使CPU能够更多地处理其他任务。
3. 支持高速数据传输：DMA控制器可以通过高速总线（如PCI Express）进行数据传输，支持高速设备和大数据量的传输。
4. 广泛应用于存储设备：DMA常用于硬盘、固态硬盘（SSD）等存储设备的数据读写操作，可以提高数据传输速度和效率。
5. 网络数据传输：DMA也广泛应用于网络适配器，可以实现高速网络数据的接收和发送。
四、DMA的实现方式DMA的实现方式可以分为三种：单通道DMA、多通道DMA和循环DMA。
最通俗易懂的DMA技术PPT共43页
最通俗易懂的DMA技术
11、战争满足了，或曾经满足过人的 好斗的 本能， 但它同 时还满 足了人 对掠夺 ，破坏 以及残 酷的纪 律和专 制力的 欲望。 ——查·埃利奥 特 12、不应把纪律仅仅看成教育的手段 。纪律 是教育 过程的 结果， 首先是 学生集 体表现 在一切 生活领 域—— 生产、 日常生 活、学 校、文 化等领 域中努 力的结 果。— —马卡 连柯(名 言网)
13、遵守纪律的风气的培养，只有领 导者本 身在这 方面以 身作则 才能收 到成效 。—— 马卡连 柯 14、劳动者的组织性、纪律性、坚毅 精神以 及同全 世界劳 动者的 团结一 致，是 取得最 后胜利 的保证 。—— 列宁 摘自名言网
15、机会是不守纪律的。——雨果
谢谢
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11.2.3 8237A的内部寄存器
（1）方式寄存器（起始地址＋11）
（2）控制寄存器（起始地址＋8）
（3）状态寄存器（起始地址＋8）
（4）请求寄存器（起始地址＋9）
（5）屏蔽寄存器（起始地址＋10/14/15）
（6）暂存寄存器（起始地址＋13）
微 机 原 理 及 接 口 技 术 第 十 一 章
1. 方式寄存器 用于控制本通道的工作模式。
微 机 原 理 及 接 口 技 术 第 十 一 章
微 机 原 理 及 接 口 技 术 第 十 一 章
§11.3 8237A在系统中有效地址的生成
三个问题：
（1）CPU如何对8237A寻址？
（2）8237A 地址寄存器中存放的是存储
器地址，那么它是如何对I/O寻址的？
（3） 8237A地址寄存器为16位，那么它
它一方面可以控制系统总线，作为总线主模
块；另一方面，它又和其它接口一样，接受
CPU对它的读/写操作，作为总线从模块。
8237A的内部结构和外部引脚是与这两方面
的工作情况对应的。
微 机 原 理 及 接 口 技 术 第 十 一 章
1. 8237A的内部结构
图11.2 8237A 内部结构
微 机 原 理 及 接 口 技 术 第 十 一 章
7. 主清命令和清除先/后触发器命令
主清命令使命令、状态、请求、暂存寄存 器及先/后触发器清 0，屏蔽寄存器置位。 清除先/后触发器命令保证向16位寄存器 写基值地址和基值字节计数值时，先写低 8 位， 后写高 8 位。 只要对特定地址进行一次写操作，这两条 命令就生效，与写入的具体内容无关。
7. 各寄存器对应的端口地址
（4）存储器 → 存储器。
微 机 原 理 及 接 口 技 术 第 十 一 章
四种传输模式： （1）单字节（单次）传输模式。 （2）块（成组）传输模式。
（3）请求传输模式。
（4）级连传输模式
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11.2.2 8237A的内部结构和外部引脚
DMA控制器作为总线中的一个模块，
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第十一章
DMA 接 口 技 术
微 机 原 理 及 接 口 技 术 第 十 一 章
§11.1 DMA控制器概要
DMA 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
通信等。PC中，还采用 DMA 技术进行系统
11.1.1 DMA控制器的基本功能
微 机 原 理 及 接 口 技 术 第 十 一 章
11.1.2 DMA控制器的基本结构与工作原理
为使DMA控制器正常工作，系统应用软 件对DMA控制器进行初始化。初始化过程包 括两个方面： （1）数据传输缓冲区的起始地址或结束 地址→地址寄存器。 （2）传输的字节数或字数→计数器。
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5. 屏蔽寄存器
（1）通道屏蔽字 用于屏蔽或允许某个通道的DMA请求。
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（2）主屏蔽字 一次完成对 4 个通道的屏蔽位设置。
6. 暂存寄存器
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用于存储器→存储器传送时，暂存从源地 址读出的数据。
（1）地址寄存器 由基地址寄存器和当前地址寄存器组成， 均为16位，使一次DMA可传送的地址数为216 （64K）。 基地址寄每进行一次DMA传输 后，自动±1；计到 0，自动回到初值。
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（2）字节计数器 由基本字节寄存器和当前字节寄存器组 成，均为 16 位，使一次 DMA 传送的字节数 为216（64K）。
（3）每个通道支持16位地址和64K字节计数， 可分别工作在4种传输模式下。
（4）DMA传输速率达1.6MB/s （5）可级连扩展通道。
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2. 8237A的操作类型和传输模式
四种操作类型：
（1）DMA写传送（I/O设备 → 存储器）。 （2）DMA读传送（存储器 → I/O设备）。 （3）DMA校验。
存储器的动态 RAM 刷新。
微 机 DMA控制器应具有以下基本功能： 原 （1）向CPU提出DMA请求。 理 及 （2）CPU响应DMA请求后， DMA 控制器从 接 口 CPU 处获得对总线的控制权。 技 （3）提供读/写存储器或I/O设备的各种命令。 术 （4）确定数据传输的起始地址和数据的长度， 第 每传送一个数据，能自动修改地址数据长度。 十 （5）数据传送完毕，发出结束DMA传送信号， 一 章 将总线控制权交还给 CPU。
是如何寻址20位地址空间（1MB）的？
微 机 原 理 及 接 口 技 术 第 十 一 章
微 机 原 理 及 接 口 技 术 第 十 一 章
图11.1 DMA 控制器的编程结构和外部连线
§11.2 DMA控制器8237A
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11.2.1 8237A的主要功能与工作模式 1. 8237A的主要功能
（1）4 个独立通道，通道的优先级可设定为 固定或循环方式。 （2）每个通道的DMA请求可分别允许/禁止。
基本字节寄存器：存放本通道DMA传输 的字节数初值，应比实际传输字节数少 1。 当前地址寄存器：每进行一次DMA传输 后，自动减 1，其值由 0减到FFFFH，产生计 数结束信号EOP。
微 机 原 理 及 接 口 技 术 第 十 一 章
2. 8237A的外部引脚
图11.3 8237A 引脚
微 机 原 理 及 接 口 技 术 第 十 一 章
微 机 原 理 及 接 口 技 术 第 十 一 章
2. 命令寄存器 决定整个8237A的总体特性。
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3. 状态寄存器 指出 4 个通道是否有DMA请求及计数是否 结束，供CPU读出。
微 机 原 理 及 接 口 技 术 第 十 一 章
4. 请求寄存器 标志某个通道是否有DMA请求。 1 表示有 请求，0 表示无请求。可用软件置位启动 DMA 请求。