(选学)第11章DMA接口技术讲解

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（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，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。

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。

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。