计算机组成原理DMA方式通道
48页1、DMA方式方式1 1精品精品PPT|PPT|借鉴参考借鉴参考第一页,共四十八页。8.4 DMA方式方式8.4.1DMA方式的一般概念8.4.2DMA传送方式8.4.3DMA传送一个数据的过程2 2精品精品PPT|PPT|借鉴参考借鉴参考第二页,共四十八页。8.4.1DMA方式的一般概念方式的一般概念l l直接存储器访问(DirectMemoryAccess)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。l l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,l l优点:完全硬件实现,速度快。有利于发挥CPU的效率。3 3精品精品PPT|PPT|借鉴参考借鉴参考第三页,共四十八页。8.4.1DMA方式的一般概念方式的一般概念l l过程描述: 由由DMADMA控制器给出当前正在传送的数据的主存地址,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,已结束。在主存中要开辟连续地
2、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后要通过程序或中断方式对缓冲器和DMADMA控制器进控制器进行预处理和后处理。行预处理和后处理。4 4精品精品PPT|PPT|借鉴参考借鉴参考第四页,共四十八页。8.4.1DMA方式的一般概念方式的一般概念DMA基本操作:l l(1)从外围设备发出DMA请求;l l(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;l l(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数据传送个数的计数,并执行数据传送的操作;l l(4)向CPU报告DMA操作的结束。5 5精品精品PPT|PPT|借鉴参考借鉴参考第五页,共四十八页。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?6 6精品精品PPT|PPT|借鉴参考借鉴参考第六页,共四十八页。8.4.2 DMA传传送方式送方式1、停止CPU访问内存。l l主机响应主机响应DMADMA请求后,让出存储总线,直到一组数据请求后,让出存储总线
3、,直到一组数据传送完毕后,传送完毕后,DMADMA控制器才把总线控制权交还给控制器才把总线控制权交还给CPUCPU。l l采用这种工作方式的采用这种工作方式的I IOO设备,在其接口中一般设置有小容设备,在其接口中一般设置有小容量存储器,量存储器,I IOO设备先与小容量存储器交换数据,然后由小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,这样可减少容量存储器与主机交换数据,这样可减少DMADMA传送占用存储传送占用存储总线的时间,也即减少了总线的时间,也即减少了CPUCPU暂停工作的时间。暂停工作的时间。7 7精品精品PPT|PPT|借鉴参考借鉴参考第七页,共四十八页。8.4.2 DMA传传送方式送方式优点: 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 8精品精品PPT|PPT|借鉴参考借鉴参考第八页,共四十八页。8.4.2 DMA传传送方式送方式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
4、执行程序。9 9精品精品PPT|PPT|借鉴参考借鉴参考第九页,共四十八页。8.4.2 DMA传传送方式送方式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(2)CPU也要求访内时,这就产生了访内冲突,在这种情况也要求访内时,这就产生了访内冲突,在这种情况下下I/OI/O设备访内优先,因为设备访内优先,因为I/OI/O访内有时间要求,前一个访内有时间要求,前一个I/OI/O数据必须在下一个访内请求到来之前存取完毕。显然,在数据必须在下一个访内请求到来之前存取完毕。显然,在这种情况下这种情况下I/OI/O设备挪用一二个内存周期,意味着设备挪用一二个内存周期,意味着CPUCPU延延缓了对指令的执行,或者更明确地说,在缓了对指令的执行,或者更明确地说,在CPUCPU执行访内执行访内指令的过程中插入指令的过程中插入DMADMA请求,挪用了一二个内存周期。请求,挪用了一二个内存周期。1010精品精品PPT|PPT|借
5、鉴参考借鉴参考第十页,共四十八页。8.4.2 DMA传传送方式送方式优点: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1111精品精品PPT|PPT|借鉴参考借鉴参考第十一页,共四十八页。8.4.2 DMA传传送方式送方式停止CPU访存和周期挪用的区别l l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l l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。1212精品精品PPT|PPT|借鉴参考借鉴参考第十二页,共四十八页。8.4.2 DMA传传送方式送方式3、DMA和CPU交替访问内存工作方式l l如果CPU的工作周期比内存存取周期长很多,可以采用该种方法l l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。l l不需要总线控制权的申请、建立与
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