DMA方式的知识点笔记

1. DMA基本概念

• DMA（直接内存访问）是一种硬件实现的数据传输方式，允许外围设备直接与主存交换数据，而不需要CPU的干预。
• DMA方式的基本单位是数据块，数据在I/O设备和内存之间直接传输。

2. DMA传送过程

• 预处理：CPU完成一些必要的工作，如测试状态、启动设备等，然后继续执行其他任务。
• 数据传送：DMA设备准备好后，会主动向DMA控制器（DMAC）发出DMA请求，DMAC向CPU发出总线请求。
• 数据传送后处理：数据传送满一个块后，DMAC向CPU发出中断请求，CPU执行中断程序，进行数据校验、测试传送过程等。

易错点

其实题目问你 CPU 用于 DMA 处理的时间占比，本质上就是在问你 DMA 预处理 +后处理 的

时间占比

因为其他的部分根本不占时间！

如下

DMA控制器操作流程

1. CPU响应DMA请求（传送前）
   • 当DMA控制器发出总线请求后，CPU响应此请求，并发出总线响应信号。
2. 接管总线控制权（传送前）
   • CPU接管系统总线控制权，准备进入DMA操作周期。
3. DMA操作周期
   • CPU进入DMA操作周期，此时DMA控制器可以独立进行数据传输。
4. 数据传送方向与控制信号
   • DMA控制器规定数据在主存和外设之间的传送方向。
   • 发出读写等控制信号，以执行数据传送操作。
5. 数据传送完成
   • 数据传送完成后，DMA控制器将向CPU报告操作的结束。
6. 操作结束报告 （传送后）
   • DMA操作结束后，DMA控制器会通知CPU，以便CPU可以继续执行其他任务。

3. DMA传送方式

这是单总线的结果 （CPU说了算 所以不会产生于CPU的冲突）

这是三总线的结构 （也就是主存下面另外接了一条线到DMA所以 有可能于CPU发生冲突）

1. 停止CPU访问主存
   • 目的：在DMA传输期间，完全控制主存，避免与CPU的访问冲突。
   • 操作：在DMA传输期间，暂停CPU对主存的访问。
   • 优点：
     • 控制简单，易于实现。
     • DMA可以完全控制主存，提高数据传输效率。
   • 缺点：
     • CPU在传输期间不执行程序，导致CPU资源未被充分利用。
2. DMA与CPU交替访存
   • 目的：允许CPU和DMA控制器交替访问主存，提高资源利用率。
   • 操作：
     • 将CPU周期分为两个部分，C1周期专供CPU访存，C2周期专供DMA访存。
     • DMA控制器和CPU交替进行访存操作，无需申请总线使用权。
   • 优点：
     • 有效利用CPU和DMA资源，提高系统效率。
   • 缺点：
     • 硬件逻辑更为复杂，需要精确控制访问时间。
3. 周期挪用（周期窃取）
   • 目的：在CPU未使用总线时，允许DMA控制器访问主存。
   • 操作：
     • DMA控制器检测CPU的访存周期，当CPU不访存时，DMA控制器利用这个周期进行数据传输。
     • 如果CPU和DMA同时请求访存，根据优先级决定谁先访问主存。
   • 优点：
     • 最大限度减少对CPU性能的影响，提高主存的利用率。
   • 缺点：
     • 实现较为复杂，需要高级的硬件支持来检测和响应访问请求。

• DMA请求：表示要向主存传送一个字的数据。
• DMA中断请求：表示一整块的数据已经传送完成。

5. DMA的组成

• 主存地址计数器：存放要交换的主存地址。
• 传送长度计数器：记录传送数据的长度。
• 数据缓存寄存器：暂存每次传送的数据。
• DMA请求触发器：I/O设备准备好数据后使触发器置位。
• 控制/状态逻辑：完成中断机构，数据块传送完毕后触发中断。

6. DMA与其他方式的比较

• 中断驱动方式：I/O设备主动打断CPU运行请求服务，但每个数据传输需经过CPU。
• 通道控制方式：专门负责输入/输出的处理机，进一步减少CPU干预，实现并行操作。

7. DMA的优缺点

• 优点：减少了CPU的干预，提高了数据传输效率。
• 缺点：在数据块传送的开始和结束时需要CPU干预。

8. DMA的应用场景

• DMA适用于大量数据的快速传输，如磁盘读写操作。

9. DMA的中断处理

• 中断服务程序中，CPU需要处理数据校验、传送过程测试等任务，并决定是否继续使用DMA传送。

10. DMA的实现方式

• DMA的实现依赖于硬件电路，不需要程序干预，是一种纯硬件实现的数据传输方式。