I/O设备——DMA方式

DMA方式:设备需要进行数据传送时，通过DMA控制器(DMA接口）向CPU提出DMA传送请求，CPU响应之后将让出系统总线，由DMA控制器接管总线进行数据传送。
主存和DMA接口之间有一条数据通露，因此主存和设备交换信息时，不通过CPU，也不需要CPU暂停现行程序为设备服务，省去了保护现场和恢复现场，因此工作速度比程序屮断方式的工作速度高。这一特点特别适合于高速I/O或辅存与主存之间的信息交换。因为高速IO设备若每次申请与主机交换信息时，都要等待CPU做出中断响应后再进行，很可能因此使数据丢失。值得注意的是，若出现高速IO设备（通过DMA接口）和CPU同时访问主存，CPU必须将总线（如地址线、数据线）占有权让给DMA接口使用，即DMA采用周期窃取的方式占用一个存取周期。

主要功能有：
传送前:
1.接受外设发出的DMA请求，并向CPU发出总线请求。
2.CPU响应此总线请求，发出总线响应信号，接管总制权，进入DMA操作周期。
传送时:
3.确定传送数据的主存单元地址及长度，并能自动修改主存地址计数和传送长度计数。
4.规定数据在主存和外设间的传送方向，发出读写等控制信号，执行数据传送操作。
传送后：
5.向CPU报告DMA操作的结束。

组成：
1.主存地址计数器AR：存放要交换数据的主存地址
2.传送长度计数器WC：记录传送数据的长度，计数溢出时，数据即传送完毕，自动发中断请求信号。
3.数据缓冲寄存器：暂存每次传送的数据
4.DMA请求触发器：每当设备准备好数据后给出一个控制信号，使DMA请求触发器置位。
5.控制/状态逻辑：由控制和时序电路及状态标志组成，用于指定传送万向，修改传送参数，并对DMA请求信号和CPU响应信号进行协调和同步
6.中断机构:当一个数据块传送完毕后触发中断机构，向CPU提出中断请求。
注：在DMA传送过程中，DMA控制器将接管CPU的地址总线、数据总线和控制总线，CPU的主存控制信号被禁止使用。而当DMA传送结束后，将恢复CPU的一切权利并开始执行其操作。

DMA方式中CPU的工作：
1.预处理：
主存起始地址→AR
I/O设备地址→DAR
传送数据个数→WC
启动I/O设备
2.数据传送：
继续执行主程序同时完成一批数据的传送
3.后处理：
中断服务程序做DMA结束处理

DMA的数据传送阶段：
1.预处理：DMA请求
2.数据传送：主存起始地址送总线；数据送I/O设备（或主存）；修改主存地址；修改字计数器
3.后处理：向CPU申请程序中断

以数据输人为例，具体操作如下。
1.当设备准备好一个字时，发出选通信号，将该字读到DMA的数据缓冲寄存器（BR)中，表示数据缓冲寄存器“满"
2.与此同时设备向DMA接囗发请求（DREQ）。
3.DMA接囗向CPU申请总线控制权（HRQ）。
4.CPU发回HLDA信号，表示允许将总线控制权交给DMA接囗。
5.将DMA主存地址寄存器中的主存地址送地址总线，并命令存储器写。
6.通知设备已被授予一个DMA周期(DACK)，并为交换下一个字做准备。
7.将DMA数据缓冲寄存器的内容送数据总线。
8.主存将数据总线上的信息写至地址总线指定的存储单元中。
9.修改主存地址和字计数值。
10.判断数据块是否传送结束，若未结，则继续传送；若已结，（字计数器溢出），则向CPU申请程序中断，标志数据块传送结束。

若为输出数据，则应完成以下操作：
1.当DMA数据缓冲寄存器已将输出数据送至IO设备后，表示数据缓冲寄存器已“空"
2.设备向DMA接冂发请求（DREQ）。
3.DMA接口向CPU申请总线控制权（HRQ）。
4.CPU发回HLDA信号表示允许将总线控制权交给DMA接口使用。
5.将DMA主存地址寄存器中的主存地址送地址总线，并命令存储器读。
6.通知设备已被授予一个DMA周期（DACK)，并为交换下一个字做准备。
7.主存将相应地址单元的内容过数据总线读入到DMA的数据缓冲寄存器中。
8.将DMA数据缓冲寄存器的内容送到输出设备
9.修改主存地址和字数值。
10.判断数据块是否已传送完毕，若未完毕，继续传送；若已传送完毕，则向CPU申请程序中断。

DMA的传送方式：
主存和DMA控制器之间有一条数据通路，因此主存和设备之间交换信息时，不通过CPU。但当设备和CPU同时访问主存时，可能发生冲突，为了有效地使用主存，DMA控制器与CPU通常采用以下3种方法使用主存。
1.停止CPU访问主存：控制简单，CPU处于不工作状态或保持状态，未充分发挥CPU对主存的利用率
2.DMA与CPU交替访存：一个CPU周期分为两个周期，分别共二者使用，不需要总线使用权的申请、建立和归还过程，硬件逻辑更为复杂
3.周期窃取（存储周期）：DMA访问主存有三种可能：
CPU此时不访存（不冲突）
CPU正在访存（存取周期结束让出总线）
CPU与DMA同时请求访存(I/0访存优先）

DMA特点：
主存和DMA接口之间有一条直接数据通路。由于DMA方式传送数据不需要经过CPU，因此不必中断现行程序，IO与主机并行工作，程序和传送并行工作。
DMA方式具有下列特点：
1.它使主存与CPU的固定联系脱钩，主存既可被CPU问，又可被外设访问。
2.在数据块传送时，主存地址的确定、传送数据的计数等都由硬件电路直接实现。
3.主存中要开辟专用缓冲区，及时供给和接收外设的数据。
4.DMA传送速度快，CPU和外设并行工作，提高了系统效率。
5.DMA在传送开始前要通过程序进行预处理，结束后要通过中断方式进行后处理。

标签：DMA,传送,方式,主存,总线,数据,CPU,设备
来源： https://www.cnblogs.com/LXZYZDCZL/p/16089977.html