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计算机组成原理 输入输出系统3 DMA方式

1.1 DMA方式的特点

一、DMA和程序中断两种方式的数据通路

 

计算机组成原理 输入输出系统3 DMA方式_第1张图片

二、DMA与主存交换数据的三种方式

1、停止CPU访问主存

  • 只要外部设备要和内存进行数据交换，则在数据交换的过程中，从第一个数据开始，cpu就放弃了总线的控制权和内存的访问，总线的控制权和内存访问权交给了DMA接口，从控制上说比较简单，适合大量数据传输。
  • 若传输过程中cpu内部指令缓冲器中有指令，或者指令已经被取到了cache，cpu还可以继续工作执行指令，如果没有指令可以执行，cpu就保持状态，所以未发挥cpu对主存的利用率

计算机组成原理 输入输出系统3 DMA方式_第2张图片

2、周期挪用（周期窃取）

如果DMA接口准备好了数据传输，那么通过申请建立总线使用权，占用一个或者几个内存访问周期，完成数据传输，在数据传输间隔或者数据准备阶段，DMA接口放弃总线占用和内存使用权

DMA访问主存有三种可能

  • cpu此时不访存
  • cpu正在访存 cpu继续访问
  • cpu与DMA同时请求访存 DMA优先

计算机组成原理 输入输出系统3 DMA方式_第3张图片

3、DMA和CPU交替访问

  • c1专供DMA访存
  • c2专供cpu访存
  • 不需要申请建立和归还总线的使用权

计算机组成原理 输入输出系统3 DMA方式_第4张图片

 

1.2 DMA接口的功能和组成

一、DMA接口功能

 

  1. 向CPU申请DMA传送
  2. 处理总线控制权的转交
  3. 管理系统总线、控制数据传送
  4. 确定数据传送的首地址和长度 修正传送过程中的数据地址和长度
  5. DMA传送结束时，给出操作完成信号

二、DMA接口组成

  • 假设使用单总线结构
  • 要进行数据传输，cpu要告诉DMA接口传输地址是什么。也就是从内存那个地址进行存放和传输，所以需要一个地址寄存器
  • 要知道传输的数据量所以需要计数器，进行数据量计数，假设数据传入内存或输出，从低地址开始，而且编址单位相同，每完成一个输入输出，要对地址计算器进行修改，要给地址+1
  • WC（字数计数）假设采用补码方式，WC中保存的是-n，n是要传输数据数量，每传输一个，就+1
  • BR数据缓冲器，外部设备数据，要暂存在数据缓冲器当中
  • DAR设备地址寄存器，供设备选择电路使用，查看此次访问设备是不是接口当前连接的设备，是否由该DMA进行管理，将设备地址保存在寄存器当中；还可以保存柱面号，磁道号，扇区号。
  • AR通过地址线把要访问的内存地址送给主存，DMA接口接管了主存和总线
  • 数据线要给AR寄存器置值，传输的内存单元的厨师地址通过数据线进行设置，数据数量也通过数据线进行设置，设备地址也通过它进行设置
  • 外部设备和数据缓冲器直接相连
  • 输入输出过程需要通过DMA控制逻辑，控制在给定的时序发出给定的信号，例如DMA请求，DMA读写控制信号
  • 外部设备要进行DMA传输，要向DMA控制逻辑发出请求信号DREQ
  • DMA向CPU发出控制信号，DMA控制器要对设备给出应答信号
  • DMA控制器若要总线，通过总线向cpu发出总线使用请求信号，cpu发出应答信号由DMA控制器进行接收
  • 中断机构用于数据传输完后对后续的工作进行处理
  • 中断机构向cpu发出中断请求，cpu做中断传输后的处理

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1.3 DMA工作过程

一、DMA传送过程

1、预处理

通过几条输入输出指令预置信息

  • 同志DMA控制逻辑传送方向（入/出）
  • 设备地址 DMA的DAR
  • 主存地址 DMA的AR
  • 传送字数 DMA的WC

2、DMA传送过程示意

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3、数据的传送过程

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4、后处理

  • 检验送入主存的数是否正确
  • 是否继续使用DMA
  • 测试传送过程是否正确，错则转诊断程序
  • 由
  • 中断服务程序完成

二、DMA接口与系统的连接方式

1、既有公共请求线的DMA请求

总线进行仲裁采用串型连接的方法

所有DMA接口共享一条请求线，请求线是送给cpu的，越靠近cpu的优先级越高

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2、独立的DMA请求

排队工作在cpu内部进行

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三、DMA方式与程序中断方式的比较

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1.4 DMA接口的类型

一、选择型

从物理上，一个接口连接了多个设备，但在数据准备和数据传输过程中，实际上接口只能连接一个设备

寄存器时序电路只有一套，某一个设备使用接口进行数据传输，cpu通过运行一条输入输出指令，对寄存器进行设置，设置成某一个设备要与主存进行数据交换所需要的值，那么其他设备就不能和主存之间再提出DMA请求不能进行数据交换了

计算机组成原理 输入输出系统3 DMA方式_第11张图片

二、多路型

在物理上连接多个设备，在逻辑上也可以连接多个设备，在真正进行数据传输时也只能有一个设备和内存之间进行数据传输，但是数据准备阶段，可以有多个设备同时进行数据准备

通道是一种小型DMA处理器，也是一种DMA接口，一个通道下面包含若干子通道，每个子通道都有主存地址寄存器、设备地址寄存器、字计数器，这些子通道可以控制多个设备，设备进行数据传输时，cpu要控制设备进行输入输出，要对相应子通道当中的寄存器进行设置，设置后，继续执行程序，碰到下一条输入输出指令，若两设备使用不同子通道，那对其他的子通道中寄存器进行设置，外部设备再之后的时间中进行数据准备，多个设备并行进行数据准备。

外部设备准备好后，通过子通道向通道提出数据传输请求，此时不同设备数据传输为串型

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三、多路型DMA接口工作原理

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