计算机组成原理第八章 第4讲 DMA方式
47页1、DMA方式,8.4 DMA方式,8.4.1 DMA方式的一般概念 8.4.2 DMA传送方式 8.4.3 DMA传送一个数据的过程,8.4.1DMA方式的一般概念,直接存储器访问(Direct Memory Access)DMA方式是为了在主存储器与IO设备间高速交换批量数据而设置的。 基本思想是:通过硬件控制实现主存与IO设备间的直接数据传送,在传送过程中无需CPU的干预。数据传送是在DMA控制器控制下进行的, 优点:完全硬件实现,速度快。有利于发挥CPU的效率。,8.4.1DMA方式的一般概念,过程描述: 由DMA控制器给出当前正在传送的数据的主存地址,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。,8.4.1DMA方式的一般概念,DMA基本操作: (1)从外围设备发出DMA请求; (2)CPU响应请求,把CPU工作改成DMA操作方式,DMA控制器从CPU接管总线的控制; (3)由DMA控制器对内存寻址,即决定数据传送的内存单元地址及
2、数据传送个数的计数,并执行数据传送的操作; (4)向CPU报告DMA操作的结束。,思考: DMA正在完成I/O操作时,CPU在干什么? 二者同时有访存需求,怎么办?,8.4.2 DMA传送方式,1、停止CPU访问内存。 主机响应DMA请求后,让出存储总线,直到一组数据传送完毕后,DMA控制器才把总线控制权交还给CPU。 采用这种工作方式的IO设备,在其接口中一般设置有小容量存储器,IO设备先与小容量存储器交换数据,然后由小容量存储器与主机交换数据,这样可减少DMA传送占用存储总线的时间,也即减少了CPU暂停工作的时间。,8.4.2 DMA传送方式,优点: 控制流程简单。 缺点: 在DMA控制器I/O访内阶段,内存的效能没有充分发挥,相当一部分内存工作周期是空闲的。 仅适用于:数据传输率很高的设备进行成组传送,8.4.2 DMA传送方式,2、周期挪用方式 DMA控制器与主存储器之间传送一个数据,占用一个内存周期,即CPU暂停访存工作一个周期,然后继续执行程序。,8.4.2 DMA传送方式,I/O设备要求DMA传送时可能遇到两种情况: (1) CPU不需要访内,如CPU正在执行乘法指令。由
3、于乘法指令执行时间较长,此时I/O访内与CPU访内没有冲突,即I/O设备挪用一二个内存周期对CPU执行程序没有任何影响。 (2)CPU也要求访内时,这就产生了访内冲突,在这种情况下I/O设备访内优先,因为I/O访内有时间要求,前一个I/O数据必须在下一个访内请求到来之前存取完毕。显然,在这种情况下I/O 设备挪用一二个内存周期,意味着CPU延缓了对指令的执行,或者更明确地说,在CPU执行访内指令的过程中插入DMA请求,挪用了一二个内存周期。,8.4.2 DMA传送方式,优点:既实现了I/O传送,又较好地发挥了内存和CPU的效率 缺点:每次传送都要申请总线控制权,建立总线控制权,归还总线控制权。 适用于:I/O设备读写周期大于内存存储周期的情况,8.4.2 DMA传送方式,停止CPU访存和周期挪用的区别 前者:外设需传送一批数据到内存时,DMA独占总线、内存等资源,一直到该任务完成 后者:当外设信息被读取后要写入内存时,才申请总线、访存权限,完成写入,而后释放,等到下批数据被读出时,又再申请权限、资源,写入内存。,8.4.2 DMA传送方式,3、DMA和CPU交替访问内存工作方式 如果C
4、PU的工作周期比内存存取周期长很多,可以采用该种方法 指令周期包含若干CPU周期,CPU周期中访内周期只占整个周期一部分(eg.C1),另外一部分时间(eg.C2)可交由DMA访内,此时DMA与CPU并行工作。 不需要总线控制权的申请、建立与归还。通过C1、C2分时控制,总线控制权的转移速度快,DMA效率高。,8.4.2 DMA传送方式,CPU和DMA控制器各自有自己的访内地址寄存器、数据寄存器和读/写信号等控制寄存器。在C1周期中,如果DMA控制器有访内请求,可将地址、数据等信号送到总线上。在C2周期中,如CPU有访内请求,同样传送 地址、数据等信号。,8.4.2 DMA传送方式,优点:总线控制权的转移不需要时间,DMA传送高效 缺点:硬件逻辑实现复杂 适用于:CPU的工作周期比内存存取周期长很多的情况。,8.4.3 基本DMA控制器,1、DMA基本构成 (1)内存地址计数器 用于存放内存中要交换的数据的地址。在DMA传送前,须通过程序将数据在内存中的起始位置(首地址)送到内存地址计数器。而当DMA传送时,每交换一次数据,将地址计数器加“1”,从而以增量方式给出内存中要交换的一批数据
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