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。

 使用DMA方式虽然预处理和后处理所占用的时钟周期开销比较大，但是由于传送的数据块比较大，一秒内需要CPU管理的次数就比较少，综合起来就是占用CPU时间的百分比比较小。

而中断方式，虽然一次中断所占用的时间比DMA预处理和后处理所占用时间小，但一次中断传送的数据量小，一秒内需要CPU管理的次数就比较多，所以占用CPU时间的百分比就比较大了。

对于该题，需要知道的是中断方式下，CPU用于访问外设的时间响应中断服务的时间开销；而DMA方式下，CPU用于访问外设的时间是DMA预处理和后处理的时间开销，数据传输的工作交给了CPU去执行。

六、总结