DMA方式和通道方式

1、6.6 直接存储器存取（DMA）,2,一、基本概念,DMA (Direct Memory Access) 直接存储器存取 在主存储器和外设之间直接进行数据交换，不需要CPU的程序干预。通过专门的硬件装置DMA控制器（DMAC）来进行控制，并借用系统总线作为信息的传送通道。 除事先设置DMAC需要CPU介入外，一旦启动DMA传送，则完全由硬件自动操作完成，整个传送过程不再需要CPU的干预。 在微机系统中，DMAC有双重身份： 在CPU掌管总线时，它是总线上的被控设备（I/O设备），CPU可以对它进行I/O读和I/O写； 在DMAC接管总线时，它是总线的主控设备，通过系统总线来控制存储器和外设直接

2、进行数据交换。,3,一、基本概念,DMA的适用场合 高速外设（当外设的速度接近或超过一条指令的处理速度） 用于磁盘、磁带、光盘等外存储设备的接口 用于网络通信接口 用于动态存储器的刷新 用于高速数据采集接口,4,二、 DMA的传送方式,周期挪用方式 当DMA要求访问主存时，如果CPU也要访问主存，则CPU暂时停顿一个存储周期。一个数据结束后，CPU立即继续运行。也称单字传送方式。 适用：主存储器工作速度高出I/O设备较多时。可以提高主存的时间利用率，对CPU程序执行的影响较小。,5,二、 DMA的传送方式,CPU暂停访问方式 当DMA传送数据时，CPU停止工作，把主存使用权交给DMA控制逻辑。

3、在这批数据传送结束后，DMA再交还主存使用权。也称成组传送方式。 适用： I/O设备的数据传输率接近主存储器的工作速度。,6,二、 DMA的传送方式,3. DMA与CPU交替访存方式 “透明的DMA方式” 适用：外设的工作周期接近主存的存取周期,7,三、DMA接口组成,主存地址寄存器 块长计数器 设备数据地址寄存器 命令状态寄存器,数据缓冲寄存器 DMA控制逻辑 中断控制逻辑 端口译码,DMA接口 负责申请、控制总线，控制DMA传送 DMA接口的基本模型（图6.39）,8,三、DMA接口组成,中断逻辑,DMA 逻辑,数据块长计数器,端口译码,命令状态 寄存器,数据缓冲寄存器,主存地址 寄存器,

4、设备数据地址 寄存器,外设,-1,1,中断向量,AB DB,中断请求,中断应答,DMA请求,DMA应答,MMRD,MMWR,四、DMA过程,包括：1 初始化、2 DMA传送、3 结束处理。 初始化，包括： 中断初始化（设置中断向量，允许中断等） 对DMA接口设置参数： 主存缓冲区首地址 传送的数据块长度 外设地址 启动命令及传送方向,10,四、DMA过程,DMA传送（以输入为例） DMA请求 当输入数据已准备好，接口缓冲寄存器已满时，接口通过DMA请求逻辑向CPU发DMA请求； DMA响应 CPU接到DMA请求，在当前内存周期结束后，将总线输出端置成高阻态，发出DMA应答信号，将总线控制权交给

5、DMA控制器 DMA访问内存 接口接到应答信号后，接管总线使用权，将接口中主存地址送地址总线，将存储器读写信号送控制总线，完成一次数据传送。 每次DMA传送后，接口中主存地址自增(或自减), 数据块长度减1 完成一次传送后，清除DMA请求信号，准备好下一批时，再发DMA请求信号。重复直至传送结束。,DMA接口组成,DMA访问内存,CPU访问内存,中断应答 中断请求,一批数据读写完毕,磁盘中断 处理程序,IRET,一条指令执行结束 中断向量,当前内存周期结束 DMA应答,DMA访问内存,CPU访问内存,DMA请求 数据寄存器满,当前内存周期结束 DMA应答,读盘,柱面符合？,扇区符合？,N,N,

6、CPU访问内存,读盘,DMA请求 数据寄存器满,其它任何程序,磁盘寻址,DMA接口,CPU,12,四、DMA过程,结束处理 数据块传送完毕后，发中断请求信号，CPU进行中断处理。（重新初始化或中止DMA操作）,DMA接口组成,13,五、DMA方式特点 (与中断方式对比),DMA方式的并行性比中断方式更高； 仅初始化和结束处理需CPU干预 DMA传送无需程序切换、程序控制； DMA方式主要是靠硬件来实现数据传送； CPU响应DMA请求在CPU周期结束后，而响应中断是在当前指令周期结束后； DMA方式中存在CPU与DMA接口之间内存访问权和总线控制权的频繁转换； DMA只能完成数据传送，不能像中断

7、那样实现各种处理功能。,6.7 I/O通道控制方式,15,程序查询方式、程序中断、DMA有共同特点： 1、都需要CPU的介入 程序查询：完全介入； 中断：需要CPU介入 ，但CPU可做其他事务； DMA：在传输开始和结束时介入。 2、都需要接口硬件支持 程序查询：最简单的硬件； 中断：需增加中断控制器； DMA：需增加DMA控制器但保留中断控制器。 因此，这三种方式适用于外设不太多的小型机、微型机。对于I/O数量多，输入输出频繁的系统，占用CPU时间太多，接口硬件太复杂。,16,6.7.1 基本概念,通道，能执行有限通道指令的I/O控制器，代替CPU管理控制外设。 与DMA相比 都能在I/O设

8、备和主存之间建立数据直传通路； DMA只能实现固定的数据传送控制，而通道有自己的指令和程序，具有更强的独立处理数据输入和输出的能力。 DMA只能控制一台或少数几台同类设备，而一个通道可以同时控制多台同类或不同类设备。 通道是在一定的硬件基础上利用软件手段实现对I/O的控制和传送。,17,典型具有通道的计算机结构,18,6.7.2 通道的功能,接受CPU的I/O指令，并按指令要求选择指定外设。 从主存中取出相应通道程序执行，向设备控制器发送各种命令。 控制外设和主存间的数据交换，根据需要进行数据字的拆装，提供数据缓存空间以及指示数据存入主存的地址和数据量。 获得外设的状态信息，并形成整个通道的状

9、态信息，根据要求将这些信息存入主存特定单元，提供给CPU使用。 将来自外设的中断请求和通道本身的中断请求按次序及时报告给CPU。 来自通道的中断有两种：数据传送结束中断，故障中断。,19,6.7.3 通道的类型,字节多路通道 用于连接多台慢速外设，如键盘、打印机等 以字节交叉方式传送信息 数据传输率等于各慢速外设速度之和,20,6.7.3 通道的类型,2. 选择通道 可连接多台高速外设，但一次只选择一台设备，成组传送。待一批数据传送完毕后，才能选择另一台设备。 数据传输率等于所连接外设中速度最高的外设速率,21,6.7.3 通道的类型,3. 数组多路通道 综合前两种通道的优点，可连接多台高速设备，允许几台设备并行工作，以成组交叉方式传送。每个外设都有数据缓冲区。 最大传输率为所连外设中传输率最大的一个。,22,具有三种通道的计算机系统,主CPU,选择通道,内存,字节多路通道,数组多路通道,系统总线,局部I/O总线,局部I/O总线,局部I/O总线,23,6.7.4 通道的工作过程,通道完成一次数据传输，工作过程主要分以下3步： 在用户程序中，遇