计算机组成原理第八章第4讲DMA方式

DMA方式_百度百科DMA方式[1]锁定[2]编辑本词条缺少名片图，补充相关内容使词条更完整，还能快速升级，赶紧来编辑吧！DMA方式，Direct Memory Access，也称为成组数据传送[3]方式，有时也称为直接内存操作。

中文名直接内存操作外文名Direct Memory Access常见芯片Intel 8237ADMA方式工作原理[4]编辑DMA方式原理一个设备接口试图通过总线直接向另一个设备发送数据(一般是大批量的数据)，[5][6]发送DMA请求信号。

外设通过DMA的一种专门接口电路――DMA控制器（DMAC），向CPU提出接管它会先向CPU[7]结束后，会按DMA信号的优先级和提出DMA请求的总线控制权的总线请求，CPU收到该信号后，在当前的总线周期先后顺序响应DMA信号。

CPU对某个设备接口响应DMA请求时，会让出总线控制权。

于是在DMA控制器的管理下，外[8]直接进行数据交换，而不需CPU干预。

数据传送[9]完毕后，设备接口会向CPU发送DMA结束信号，交还设和存储器总线控制权。

DMA方式的主要优点是速度快。

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[10]之类的工作。

内存地址[11]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复现场的。

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。

DMA方式基本操作实现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控制器发送存储器地址[12]，并决定传送数据块[13]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方式用途DMA方式主要适用于一些高速的I/O设备[14]。

这些设备传输字节或字的速度非常快。

河南科技大学输入输出系统07目 录CATALOG 输入输出系统概述程序查询方式程序中断方式DMA方式01020304DMA方式博学日新明德笃行u DMA方式的基本概念u DMA的三种工作方式u DMA接口的功能和组成u DMA的工作过程u DMA和中断的比较CPU 主存ACC中断接口DMA 接口I/O设备中断方式数据传送通路输入指令输出指令DMA方式数据传送通路直接内存访问(DMA)是一种完全由硬件执行I/O交换的工作方式。

在这种方式中，DMA控制器从CPU完全接管对总线的控制，数据交换不经过CPU，而直接在内存和I/O设备之间进行 。

DMA方式一般用于高速传送成组数据。

DMA控制器将向内存发出地址和控制信号，修改地址，对传送的字的个数计数，并且以中断方式向CPU报告传送操作的结束。

DMA的三种工作方式（1）停止CPU访问内存（2）周期挪用（或周期窃取）（3）DMA 与 CPU 交替访问(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 对主存的利用率主存工作时间CPU 不执行程序DMA 不工作DMA 不工作DMA 工作 CPU 控制并使用主存DMA 控制并使用主存t(2) 周期挪用（或周期窃取）DMA 访问主存有三种可能: CPU 此时不访存• CPU 正在访存• CPU 与 DMA 同时请求访存此时CPU 将总线控制权让给 DMA主存工作时间CPU控制并使用主存DMA控制并使用主存t博学日新明德笃行(3) DMA 与 CPU 交替访问主存工作时间DMA 控制并使用主存CPU 控制并使用主存tCPU 工作周期C 1 专供 DMA 访存C 2 专供 CPU 访存所有指令执行过程中的一个基准时间不需要 申请建立和归还 总线的使用权（1）向 CPU 申请 DMA 传送（2）处理总线 控制权的转交（3）管理 系统总线、控制 数据传送（4）确定 数据传送的 首地址和长度（5）修正 传送过程中的数据 地址 和 长度（6）DMA 传送结束时，给出操作完成信号预处理：主存起始地址设备地址 传送数据个数启动设备DMA DMADMA数据传送：继续执行主程序同时完成一批数据传送后处理：中断服务程序做 DMA 结束处理CPU允许传送？主存地址送总线数据送I/O 设备（或主存 ）修改 主存地址修改 字计数器数据块传送结束？DMA 请求否否是是数据传送数据传送过程（输入）数据传送过程（输出）明德笃行博学日新校验送入主存的数是否正确是否继续用 DMA测试传送过程是否正确，错则转诊断程序由中断服务程序完成博学日新明德笃行(1) 数据传送(2) 响应时间(3) 处理异常情况(4) 中断请求(5) 优先级中断方式DMA 方式程序 硬件指令执行结束 存取周期结束能 不能低 高传送数据 后处理。

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。

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。

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。

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。

计算机组成原理第八章 输入/输出系统8. 4 DMA方式1DMA方式的基本原理数据的传送不经过CPU，由DMA控制器实现内存和外设、外设和外设之间的直接快速传送。

用于需要高速大批量数据传送的系统中。

输入设备ID主存储器MM处理器CPU输出设备OD2DMA传输计算机系统构成DMA控制器作为主设备之一总线仲裁器缓冲器缓冲器DMAC CPU DMAWAIT HLDAHOLDDMEN I/0系统总线I/0Memory ……2DMA传输计算机系统构成DMA控制器与I0接口集成DMA控制器提供专门IO总线CPU DMACI/0DMAC I/0I/0Memory……系统总线CPU DMACMemory ……系统总线I/0……I/0I/0总线3DMA控制器（DMAC）DMA控制器的两种工作状态被动态（受控器）：未取得总线控制权，受CPU的控制。

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。

4DMA传输步骤申请阶段：一个设备接口试图通过总线直接向另一个设备发送数据(一般是大批量的数据)，它会先向CPU发送DMA请求信号；响应阶段：CPU收到DMA请求信号后，在当前的总线周期结束后，会按DMA信号的优先级和提出DMA请求的先后顺序响应DMA信号；4DMA传输步骤数据传送阶段CPU对某个设备接口响应DMA请求时，会让出总线控制权；于是在DMA控制器的管理下，外设和存储器直接进行数据交换，而不需CPU干预；传送结束阶段数据传送完毕后，设备接口会向CPU发送DMA结束信号，交还总线控制权。

5DMA操作类型数据传送：把源地址的数据传输到目的地址去（存储器或I/O）。

数据校验：不进行数据传输，只对数据块内部的每个字节进行某种校验；这种数据校验一般安排在读数据块之后，以便校验所读的数据是否有效。

数据检索：不进行数据传输，只是在指定的内存区域内查找某个关键字节或某几个数据位是否存在。

6DMA操作方式单字节传输模式：每次DMA操作传送一个字节后，接着释放总线。