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。
计算机组成原理第五章——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。
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。
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：用于记录传送数据的总字数。 • （3）数据缓冲寄存器BR：用于暂存每次传送的数据。 • （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。 • （6）设备地址寄存器DAR：存放i/o设备的设备码或表示设备信息存储区的
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。
《计算机组成原理》课程中“DMA方式”知识点的教学设计
本栏目责任编辑：王力计算机教学与教育信息化《计算机组成原理》课程中“DMA 方式”知识点的教学设计智爱娟，刘雅琴，侯凤云（洛阳师范学院信息技术学院，河南洛阳471934）摘要：教学设计是为了提高教学效率和教学质量，根据课程标准的要求和教学对象的特点，将教学诸要素有序安排，形成教学方案的设想和计划。
本文通过对教材和学情的分析，从学什么，为什么学，如何学三方面探讨了《计算机组成原理》课程“DMA 方式”一节的教学设计，利用该教学设计形成的教学方案在河南省教育系统教学技能竞赛中得到了学生和同行的好评。
关键词：教学设计；DMA 方式；教学目标；教学案例中图分类号：G642文献标识码：A文章编号：1009-3044(2021)12-0170-02开放科学（资源服务）标识码（OSID ）：1引言美国教育家加涅（R.M.Gagne ）1988年在《教学设计原理》中提出：教学设计是一个系统化（systematic ）规划教学系统的过程。
教学设计要从“为什么学”入手，确定“学什么”“如何学”，最后通过对学习效果的评价，修正各个教学环节，最终力求获得最佳的教学效果。
《计算机组成原理》是我校信息技术学院计算机科学与技术专业、物联网工程专业和网络工程专业的一门专业基础课程，主要讲述计算机五大部件的内部结构及工作原理。
课程内容枯燥乏味、抽象难懂。
因此，教师在课前要针对学生情况对讲述的知识进行教学设计，化难为易、循序渐进引导学生进入知识环境，将抽象知识具体化，激发学生产生兴趣，共同完成教学任务。
本文以“DMA 方式”为例探讨教学设计的方法。
2“DMA 方式”教学设计2.1教材分析和学情分析1）教材分析本节课内容选自高等教育出版社出版的《计算机组成原理（第2版）》（唐硕飞编著）中的第5章输入输出系统的第6节。
在讲授本节课之前学生刚学习了程序中断方式接口电路的基本组成，以及程序中断方式下主机和外部设备传输数据的原理，为本节课的学习奠定了基础。
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，用于实现高效的数据传输和处理。
DMA可以绕过中央处理器（CPU）直接访问内存，从而提高数据传输的速度和效率。
本文将详细介绍DMA的工作原理和应用。
一、DMA的工作原理DMA的工作原理可以简单概括为以下几个步骤：1. 初始化：DMA控制器通过与主机的总线接口进行通信，接收到数据传输的相关参数，如源地址、目的地址、数据长度等。
同时，DMA控制器还需要获取主机总线的控制权，以便能够直接与内存进行数据交换。
2. 寻址：DMA控制器根据初始化阶段获取的源地址和目的地址，通过内存地址总线直接访问内存，读取或者写入数据。
这个过程不需要CPU的干预，因此可以节省大量的时间。
3. 传输：DMA控制器根据初始化阶段获取的数据长度，按照一定的传输方式（如按字节、按字等）进行数据的传输。
在传输过程中，DMA控制器会自动更新内存地址，以便连续地读取或者写入数据。
4. 中断：当数据传输完成后，DMA控制器会向CPU发送中断信号，通知CPU 已经完成为了相应的数据传输任务。
CPU收到中断信号后，可以进行后续的处理操作。
二、DMA的应用领域DMA技术在许多领域都有广泛的应用，下面列举几个常见的应用场景：1. 磁盘读写：在计算机系统中，磁盘读写是一个常见的操作。
通过使用DMA技术，磁盘控制器可以直接与内存进行数据交换，从而提高磁盘读写的速度和效率。
2. 图形处理：图形处理需要大量的数据传输和处理。
通过使用DMA技术，图形处理器可以直接访问内存，读取和写入图象数据，从而加快图形处理的速度。
3. 网络通信：在网络通信中，数据传输是一个关键环节。
通过使用DMA技术，网络适配器可以直接访问内存，进行数据的接收和发送，从而提高网络通信的效率。
4. 音视频处理：音视频处理需要大量的数据传输和处理。
通过使用DMA技术，音视频设备可以直接与内存进行数据交换，实现高效的音视频处理。
计算机组成原理——DMA存取方式
计算机组成原理——DMA存取⽅式DMA(Direct Memory Access)直接存储器存取⾼速⼤容量存储器和主存之间交换时，若采⽤程序直接传送或程序中断传送的⽅式，则会有如下问题发⽣。
1）采⽤程序直接传送，主机⼯作效率受到限制。
2）采⽤中断控制数据传送可以提⾼主机效率，但⽤于⾼速外设和主机交换信息，会使主机处于频繁的中断与返回过程中，从⽽加重了与中断有关的额外负担（即保护旧现场，恢复新现场），这样降低了CPU的性能，还有丢失数据的可能。
DMA是l/O设备与主存之间由硬件组成的直接数据通路，主要⽤于⾼速I／O设备与主存之间的成组数据传送。
数据传送时是在DMA控制器控制下进⾏的，由DMA控制器给出当前正在传送的数据字的主存地址，并统计传送数据的个数以确定⼀组数据的传送是否已结束。
在主存中要开辟连续地址的专⽤缓冲器，⽤来提供或接收传送的数据。
在数据传送之前和结束后要通过程序或中断⽅式对缓冲器和DMA控制器进⾏预处理和后处理。
对磁盘的读写是以数据块为单位进⾏的，⼀旦找到数据块的起始位置就将连续地读写。
⼀、DMA控制器主要功能：组成：DMA控制器包括多个设备寄存器、中断控制和DMA控制逻辑等。
主要的寄存器有：（1）主存地址寄存器（MAR）：存放要交换数据的主存地址（2）外围设备地址寄存器（ADR）：存放I/O设备的设备码，或者表⽰设备信息存储区的寻址信息。
（3）字数计数器（WC）：对传送数据的总字数进⾏统计。
（4）控制与状态寄存器（CSR）：⽤来存放控制字和状态字。
（5）数据缓冲寄存器（DBR）：暂存每次传送的数据。
⼆、DMA传送过程DMA的数据传送过程可分为三个阶段:DMA预处理DMA数据传送DMA传送后处理在上⾯数据传送的过程中，CPU和DMA控制器访问主存时可能会产⽣冲突，争夺总线的访问权。
那么应该如何安排CPU和DMA的访存？三、DMA传送⽅式四、DMA⽅式特点五、DMA⽅式与中断⽅式⽐较⽤⼀道例题来分析这两种⽅式对CPU的占⽤情况。
《计算机组成原理》第五章知识点
知识点1、输入输出系统的组成：I/O软件（I/O指令、通道指令）、I/O硬件2、I/O设备与主机的联系方式：I/O设备编址方式、设备寻址、传送方式、联络方式、I/O 设备与主机的连接方式(1)I/O设备编址方式：①统一编址：将I/O地址看做是存储器地址的一部分，用取数、存数指令②不统一编址：I/O地址和存储器地址是分开的，所有I/O设备的访问必须有专门的I/O指令(2)设备寻址可由I/O指令的设备码字段直接指出该设备的设备号。
通过接口电路中的设备选择电路，便可选中要交换信息的设备。
(3)传送方式：并行、串行(4)联络方式：①立即响应方式：用于一些工作速度十分缓慢的I/O设备②异步工作采用应答信号联络：用于I/O设备与主机工作速度不匹配时。
③同步工作采用同步时标联络：要求I/O设备与CPU工作的速度完全同步。
3、I/O设备与主机的连接方式(1)辐射式连接方式：要求每台I/O设备都有一套控制线路和一组信号线，因此所用器件和连线较多，对I/O设备的增删比较困难(2)总线连接方式：便于增删设备，被大多数现代计算机所采用4、I/O设备与主机信息传送的控制方式(1)程序查询方式：是由CPU通过程序不断查询I/O设为被是否已经做好准备，从而控制I/O设备与主机交换信息。
要求I/O接口内设置一个能反映I/O设备是否准备就绪的状态标记，CPU通过对此标记的检测，可得知I/O设备的准备情况，从而终止了原程序的执行。
CPU反复查询的过程犹如就地“踏步”。
（串行）CPU工作效率不高。
(2)程序中断方式：CPU在启动I/O设备后，不查询设备是否已经准备就绪，继续执行自身程序，只是当I/O设备准备就绪并向CPU提出中断请求后才予以响应，大大提高了淳朴的工作效率。
CPU执行程序与I/O设备做好准备是同时进行的，CPU资源得到了充分的利用。
(3)DMA方式（直接存储器存取方式：主存与I/O设备之间有一条数据通路，交换信息是，无须调用中断服务程序。
DMA方式
DMA方式主要适用于一些高速的I/O设备。这些设备传输字节或字的速度非常快。对于这类高速I/O设备，如 果用输入输出指令或采用中断的方法来传输字节信息，会大量占用CPU的时间，同时也容易造成数据的丢失。而 DMA方式能使I/O设备直接和存储器进行成批数据的快速传送。
DMA控制器或接口一般包括四个寄存器： 1：状态控制寄存器、 2：数据寄存器、 3：寄存器、 4：字节计数器。 这些寄存器在信息传送之前需要进行初始化设置。即在输入输出程序中用汇编语言指令对各个寄存器写入初 始化控制字。
块传送方式意味着在连续4个字的DMA写周期前有连续的4个字的DMA读周期，即4个字突发读，然后4个字突发 写，因此传输的数据个数应该是16字节的倍数。
如果传送大小或者DMA计数值不是16的倍数，则DMA将不能完整地传送完数据。假设要传送的数据为50个字节， 则316=48字节，会导致2个字节不能被传送，DMA在传送48个字节后停止。所以，选择DMA块传送方式时，一定要 注意这一点。
DMA方式的主要优点是速度快。
实现DMA传送的基本操作如下： 1、外设可通过DMA控制器向CPU发出DMA请求； 2、CPU响应DMA请求，系统转变为DMA工作方式，并把总线控制权交给DMA控制器； 3、由DMA控制器发送存储器，并决定传送数据块的长度； 4、执行DMA传送； 5、DMA操作结束，并把总线控制权交还CPU。
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工作原理及过程
dma工作原理及过程DMA（Direct Memory Access，直接内存访问）是一种计算机内部的数据传输技术，用于优化数据传输的效率。
DMA的工作原理及过程可以分为五个主要步骤：初始化，请求，数据传输，中断和完成。
DMA的工作原理是通过减少中央处理器（CPU）的干预来优化数据传输。
传统上，当一个设备（如硬盘驱动器）需要在内存和它自己之间传输数据时，它必须将数据传输到CPU，然后再由CPU将数据传输到内存。
这种传统的数据传输方式需要消耗大量的CPU时间和资源。
而DMA的工作原理就是通过直接访问内存，跳过CPU来实现设备到内存的数据传输。
DMA有自己的地址和数据总线，可以直接从设备读取数据，并将数据写入内存。
CPU只需要在数据传输开始前进行一次初始化，并在数据传输完成后接收中断信号来处理后续任务。
下面将具体介绍DMA的工作过程：1. 初始化：首先，DMA控制器通过配置寄存器来初始化数据传输的相关参数，包括源设备地址、目标内存地址、数据传输长度等。
2. 请求：当设备需要进行数据传输时，它向DMA控制器发送请求信号，DMA控制器接收到请求信号后开始执行数据传输操作。
3. 数据传输：DMA控制器开始将数据从源设备读取，并通过数据总线直接写入目标内存。
数据传输的过程中，DMA控制器可以通过DMA引擎对数据进行处理、转换等操作。
4. 中断：当数据传输完成后，DMA控制器会发送中断信号给CPU，通知传输的完成。
CPU接收到中断信号后，可以进行后续操作，如更新数据结构、启动下一次数据传输等。
5. 完成：当DMA控制器发送中断信号后，数据传输就完成了。
CPU可以继续处理其他任务，而DMA控制器可以等待下一次设备请求来执行新的数据传输。
总的来说，DMA的工作过程可以简化为四个主要步骤：初始化、请求、数据传输和完成。
通过使用DMA，设备可以直接访问内存进行数据传输，而无需CPU的干预，从而提高数据传输的效率和系统的整体性能。
计算机组成原理课后答案(高教版)5
5.图形显示和图像显示有何区别？
图形显示器是用点、线、面组合而成的平面或立体 图形。并可以做平移、比例变化、旋转、坐标变 换、投影变换、透视变换、透视投影、轴侧投影、 单点透视、两点或三点透视以及隐线处理等操作。 主要用于CAD和CAM等。图形显示器所显示的图 形是由计算机用一定的算法形成的点、线、面、 阴影等，它来自主观世界，因此又称主观图像或 叫做计算机图像。 图像显示器所显示的图像通常来自客观世界，故又 称客观图像。图像显示器是把由计算机处理后的 图像，以点阵列的形式显示出来。
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14. 在什么条件下，I/O设备可以向CPU提出中断请求？ 解：条件是：I/O接口中的设备工作完成状态为1（D=1）， 中断屏蔽码为0 （MASK=0），且CPU查询中断时，中断 请求触发器状态为1（INTR=1）。 15. 什么是中断允许触发器？它有何作用？ 解：中断允许触发器是CPU中断系统中的一个部件，他起 着开关中断的作用（即中断总开关，则中断屏蔽触发器可 视为中断的分开关）。 16. 在什么条件和什么时间，CPU可以响应I/O的中断请求？ 解：CPU响应I/O中断请求的条件和时间是：当中断允许状 态为1（EINT=1），且至少有一个中断请求被查到，则在 一条指令执行完时，响应中断。
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6. 字符显示器的接口电路中配有缓冲存储器和 只读存储器，各有何作用？ 解： (1) 缓冲存储器做为显示存储器，存放欲显示 的字符的ASII码，其容量与显示屏能显示的 字符个数有关，每个字符所在存储单元的地 址与字符所在荧光屏上的位置一一对应。 (2) 只读存储器做为字符发生器，将ASCII码转 变为一组光点矩阵信息ROM的个数与显示器 所能显示的字符种类有关。
计算机组成原理第五章答案
31. 假设某设备向CPU传送信息的最高 频率是40K次/秒，而相应的中断处理程序其 执行时间为40s，试问该外设是否可用程序 中断方式与主机交换信息，为什么？
解：该设备向CPU传送信息的时间间隔 =1/40K=0.025×103=25s < 40s
则：该外设不能用程序中断方式与主机
交换信息，因为其中断处理程序的执行速度 比该外设的交换速度慢。
直接控制适用于结构极简单、速度极慢的 I/O设备，CPU直接控制外设处于某种状态而无须 联络信号。
同步方式采用统一的时标进行联络，适用于 CPU与I/O速度差不大，近距离传送的场合。
异步方式采用应答机制进行联络，适用于 CPU与I/O速度差较大、远距离传送的场合。
4. 试比较程序查询方式、程序中断方式和DMA方式 对CPU工作效率的影响。 答：
I/O数据送BR 或(BR)送I/O
就绪
数据传送：
响应， 停止CPU
让出
总线 (AR)送
访存
MM(MAR)；
准备下 个数据
现 行 程
(AR)+1；R/W (BR)送MDR； WC减1；
序 等
B待
DMA请求就绪
I/O数据送BR
或(BR)送I/O C
D
CPU I/O
B D
现 行 程 序 等 待
DMAC
程序对I/O的控制包括了I/O准备和I/O传送两段时 间。由于I/O的工作速度比CPU低得多，因此程序 中要反复询问I/O的状态，造成“踏步等待”，严 重浪费了CPU的工作时间。
而程序中断方式虽然也是通过“程序”传送
数据，但程序仅对I/O传送阶段进行控制，I/O准 备阶段不需要CPU查询。故CPU此时照样可以运 行现行程序，与I/O并行工作，大大提高了CPU的 工作效率。
计算机组成原理第五章答案
10. 什么是I/O接口?它与端口有何区别？为 什么要设置I/O接口？I/O接口如何分类？ 解： I/O接口一般指CPU和I/O设备间的连 接部件； I/O端口一般指I/O接口中的各种寄存器。 I/O接口和I/O端口是两个不同的概念。一 个接口中往往包含若干个端口，因此接口地址 往往包含有若干个端口地址。
若为输出，除数据传送方向相反以外，其他操作 与输入类似。工作过程如下： 1）CPU发I/O地址地址总线接口设备选择 器译码选中，发SEL信号开命令接收门； 2）输出： CPU通过输出指令（OUT）将数据放 入接口DBR中； 3）CPU发启动命令 D置0，B置1 接口向设 备发启动命令设备开始工作； 4）CPU等待，输出设备将数据从 DBR取走； 5）外设工作完成，完成信号接口 B置0，D 置 1； 6）准备就绪信号控制总线 CPU，CPU可通 过指令再次向接口DBR输出数据，进行第二次传送。
2. 简要说明CPU与I/O之间传递信息可采用 哪几种联络方式？它们分别用于什么场合？ 答： CPU与I/O之间传递信息常采用三种联 络方式：直接控制（立即响应）、 同步、异步。 适用场合分别为： 直接控制适用于结构极简单、速度极慢的 I/O设备，CPU直接控制外设处于某种状态而无须 联络信号。 同步方式采用统一的时标进行联络，适用于 CPU与I/O速度差不大，近距离传送的场合。 异步方式采用应答机制进行联络，适用于 CPU与I/O速度差较大、远距离传送的场合。
启动
I/O准备 就绪
DMA请求
数据传送： 响应， 让出一个 MM周期
现行程序
准备下 个数据
现行程序 A
DMA请求 总线请求
就绪
D
B
CPU
DMAC
C
I/O
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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
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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
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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
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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
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DMA 请求
DMA 请求
t
DMA 请求 DMA 请求 t
45μs
t
T8