内存直读技术DMA

DMA（Direct Memory Access）

DMA（Direct Memory Access）即直接存储器存取，是一种快速传送数据的机制。

工作原理

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。



计算机发展到今天，DMA已不再用于内存到内存的数据传送，因为CPU速度非常快，做这件事，比用DMA控制还要快，但要在适配卡和内存之间传送数据，仍然是非DMA莫属。要从适配卡到内存传送数据，DMA同时触发从适配卡读数据总线(即I/O读操作)和向内存写数据的总线。激活I/O读操作就是让适配卡把一个数据单位(通常是一个字节或一个字)放到PC数据总线上，因为此时内存写总线也被激活，数据就被同时从PC总线上拷贝到内存中。

DMA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。

　　DMAC是控制存储器和外部设备之间直接高速地传送数据的硬件电路，它应能取代CPU，用硬件完成数据传送的各项功能。

　　各种DMAC一般都有两种基本的DMA传送方式：

1. 单字节方式：每次DMA请求只传送一个字节数据，每传送完一个字节，都撤除DMA请求信号，释放总线。

2. 多字节方式：每次DMA请求连续传送一个数据块，待规定长度的数据块传送完以后，才撤除DMA请求，释放总线。

　　在DMA传送中，为了使源和目的间的数据传送取得同步，不同的DMAC在操作时都受到外设的请求信号或准备就绪信号–Ready信号的限制。

DMA与CPU调度

DMA控制器可采用哪几种方式与CPU分时使用内存？

直接内存访问（DMA）方式是一种完全由硬件执行I/O交换的工作方式。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控制器采用以下三种方式：

①停止CPU访问内存：当外设要求传送一批数据时，由DMA控制器发一个信号给CPU。DMA控制器获得总线控制权后，开始进行数据传送。一批数据传送完毕后，DMA控制器通知CPU可以使用内存，并把总线控制权交还给CPU。

②周期挪用：当I/O设备没有 DMA请求时，CPU按程序要求访问内存：一旦 I/O设备有DMA请求，则I/O设备挪用一个或几个周期。

③DMA与CPU交替访内：一个CPU周期可分为2个周期，一个专供DMA控制器访内，另一个专供CPU访内。不需要总线使用权的申请、建立和归还过程。