DMA方式的知识点笔记

dma（直接内存访问）是一种硬件实现的数据传输技术，允许外围设备与主存直接交换数据，无需cpu的直接干预。dma传输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。

DMA传输过程

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。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

实际上，题目询问CPU用于DMA处理的时间占比，主要指的是DMA预处理和后处理的时间占比，因为其他部分不占用CPU时间。

DMA控制器操作流程

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。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。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。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。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。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。

DMA传送方式

这是单总线的结果（CPU说了算，所以不会产生与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，所以有可能与CPU发生冲突）：

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

DMA的中断处理

在中断服务程序中，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。

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。