计算机组成原理第五章-DMA方式.ppt

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1、5.6 DMA方式主讲人：刘爽5.6 DMA方式5.6.1 DMA方式的特点5.6.2 DMA接口的功能和组成5.6.3 DMA的工作过程5.6.4 DMA接口的类型DMA方式基本概念DMA方式，DIRECT MEMORY ACCESS，也称为成组数据传送方式，有时也称为直接内存操作。5.6.1 DMA方式的特点DMA方式的优点：由于CPU根本不参加传送操作，因此就省去了CPU取指令、取数、送数等操作。在数据传送过程中，没有保存现场、恢复现场之类的工作。内存地址修改、传送字个数的计数等等，也不是由软件实现，而是用硬件线路直接实现的。所以DMA方式能满足高速I/O设备的要求，也有利于CPU效率的

2、发挥。DMA与主存交换数据的方法1、停止CPU访问主存2、周期挪用（周期窃取）3、DMA与CPU交替访问1、停止CPU访问主存当外围设备要求传送一批数据时，由DMA控制器发一个停止信号给CPU，要求CPU放弃对地址总线、数据总线和有关控制总线的使用权。DMA控制器获得总线控制权以后，开始进行数据传送。在一批数据传送完毕后，DMA控制器通知CPU可以使用内存，并把总线控制权交还给CPU。在这种DMA传送过程 中，CPU基本处于不工作状态或者说保持状态。优点：控制简单，它适用于数据传输率很高的设备进行成组传送。缺点：在DMA控制器访内阶段，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。这

3、是因为，外围设备传送两个数据之间的间隔一般总是大于内存存储周期，即使高速I/O设备也是如此。2、周期挪用（周期窃取）当当I/OI/O设备没有设备没有DMADMA请求时，请求时，CPUCPU按程序要求访问内存；一旦按程序要求访问内存；一旦I/OI/O设设备有备有DMADMA请求，则由请求，则由I/OI/O设备挪用一个或几个内存周期。设备挪用一个或几个内存周期。I/OI/O设备请求设备请求DMADMA传送有三种情况：传送有三种情况：1 1、CPUCPU此时不需要访问主存（此时不需要访问主存（I/OI/O设备与设备与CPUCPU无冲突）无冲突）2 2、CPUCPU此时正在访问主存（必须等待存取周期结

4、束，此时正在访问主存（必须等待存取周期结束，CPUCPU才能才能将总线控制权让出）将总线控制权让出）3 3、I/OI/O设备与设备与CPUCPU都要求访问主存（都要求访问主存（在在CPUCPU执行访问主存指令执行访问主存指令的过程中插入的过程中插入DMADMA请求，并挪用了一二个内存周期请求，并挪用了一二个内存周期）优点：既实现了I/O传送，又较好地发挥了内存和CPU的效率，是一种广泛采用的方法。缺点：I/O设备每一次周期挪用都有申请总线控制权、建立总线控制权和归还总线控制权的过程，所以传送一个字对内存来说要占用一个周期，但对DMA控制器来说一般要25个 内存周期（视逻辑线路的延迟而定）。因此

5、，周期挪用的方法适用于I/O设备读写周期大于内存存储周期的情况。3、DMA与CPU交替访问如果CPU的工作周期比内存存取周期长很多，此时采用交替访内的方法可以使DMA传送和CPU同时发挥最高的效率。优点：不需要总线使用权的申请、建立和归还过程，总线使用权是通过DMA访存和CPU访存分时进行的。CPU既不停止主程序的运行，也不进入等待状态，是一种高效率的工作方式缺点：相应的硬件逻辑更加复杂。5.6.2 DMA接口功能和组成DMADMA接口的功能：接口的功能：（11）接收初始化信息（传送方向、主存起始地址、交换数据的）接收初始化信息（传送方向、主存起始地址、交换数据的个数）个数）初始化初始化（22

6、）接收外设）接收外设DMADMA请求，判断是否允许传送，向请求，判断是否允许传送，向CPUCPU申请总线申请总线传送前传送前（33）接管总线控制权，发地址，读）接管总线控制权，发地址，读/写命令写命令传送期间传送期间（44）给出）给出DMADMA操作完成的信号，申请中断操作完成的信号，申请中断传送完传送完5.6.2 DMA接口功能和组成 DMA DMA接口的基本组成：接口的基本组成：（1 1）主存地址寄存器）主存地址寄存器AR AR：存放主存中需要交换数据的地址。：存放主存中需要交换数据的地址。（2 2）字计数器）字计数器WC WC：用于记录传送数据的总字数。：用于记录传送数据的总字数。（3

7、3）数据缓冲寄存器）数据缓冲寄存器BR BR：用于暂存每次传送的数据。：用于暂存每次传送的数据。（4 4）DMA DMA控制逻辑：管理 控制逻辑：管理DMA DMA的传送过程。的传送过程。（5 5）中断机构：向）中断机构：向CPU CPU提出中断请求。提出中断请求。（6 6）设备地址寄存器）设备地址寄存器DAR DAR：存放：存放I/O I/O设备的设备码或表示设备信息存储区的 设备的设备码或表示设备信息存储区的寻址信息。寻址信息。5.6.3 DMA的工作过程11、DMADMA的传送过程：预处理、数据传送、后处理。的传送过程：预处理、数据传送、后处理。（11）预处理（通过几条输入、输出指令预置

8、一下信息）预处理（通过几条输入、输出指令预置一下信息）通知通知DMADMA控制逻辑传送方向（输入控制逻辑传送方向（输入/输出主存）输出主存）设备地址设备地址 DMADMA的的DARDAR（设备地址寄存器）（设备地址寄存器）主存地址主存地址 DMADMA的的ARAR（主存地址寄存器）（主存地址寄存器）传送字数传送字数 DMADMA的的WCWC（字计数器）（字计数器）（22）数据传送）数据传送 输入输入BR BR设备 设备DMA DMA 控 控 制 制 逻 逻 辑 辑 中 中 断 断 逻 逻 辑 辑AR ARWC WCDAR DARDMA DMA 接口 接口主 主存 存CPU CPU+1+1+1+

9、1DREQ DREQ HRQ HRQ HLDA HLDA 地 地址 址线 线 DACK DACK 数 数据 据线 线 溢出信号 溢出信号中 中断 断请 请求 求AR ARWC WC+1+1+1+1BR BR BR BR BR BR BR BRBR BR15 15（3）后处理（由中断服务程序完成）校验送入主存的数是否正确决定是否继续用 DMA测试传送过程是否正确，错则转诊断程序5.6.3 DMA的工作过程 2 2、DMA DMA接口与系统的连接方式 接口与系统的连接方式 具有公共请求线的 具有公共请求线的DMA DMA请求：若干个 请求：若干个DMA DMA接口通过一条共用的 接口通过一条共用的

10、DMA DMA请求线向 请求线向CPU CPU申请总线控制权。申请总线控制权。CPU CPU用链式查询方式通过 用链式查询方式通过DMA DMA接口，首先选中的设备获 接口，首先选中的设备获得控制权。得控制权。DMA DMA接口 接口1 1DMA DMA接口 接口2 2DMA DMA接口 接口n nCPU CPU 主存 主存DMA DMA 响 响 应 应I/O I/O 总线 总线数据 数据 线 线地址 地址 线 线DMA DMA 请 请 求 求 2 2、DMA DMA接口与系统的连接方式 接口与系统的连接方式 独立的 独立的DMA DMA请求：每一个 请求：每一个DMA DMA接口各有一对独立

11、的 接口各有一对独立的DMA DMA请求线和 请求线和DMA DMA响应线，响应线，由 由CPU CPU优先级判别首先响应哪个请求，并给出控制权。优先级判别首先响应哪个请求，并给出控制权。DMA DMA接口 接口1 1DMA DMA接口 接口2 2DMA DMA接口 接口3 3CPU CPU主存 主存DMA DMA 响 响 应 应1 1DMA DMA 请 请 求 求1 1DMA DMA 响 响 应 应2 2DMA DMA 请 请 求 求2 2DMA DMA 响 响 应 应3 3DMA DMA 请 请 求 求3 3I/O I/O 总线 总线数据 数据 线 线地址 地址 线 线(1)(1)数据数据

12、传传送送(2)(2)响响应时间应时间(3)(3)处处理异常情况理异常情况(4)(4)中断中断请请求求(5)(5)优优先先级级中断方式中断方式 DMA DMA 方式方式程序程序 硬件硬件指令指令执执行行结结束束 存取周期存取周期结结束束能能 不能不能低低 高高传传送数据送数据 后后处处理理 19 195.6.3 DMA的工作过程33、中断方式与、中断方式与DMADMA方式方式的比较的比较1.1.选择选择型型在在 物理上物理上 连连接接 多个多个 设备设备在在 逻辑逻辑上上 只允只允许连许连接接 一个一个 设备设备设备 设备 地址寄存器 地址寄存器控制状 控制状 态 态 寄存器 寄存器数据 数据

13、缓 缓 冲寄存器 冲寄存器主存地址寄存器 主存地址寄存器时 时 序 序 电 电 路 路字 字 计 计 数器 数器DMA DMA 接口 接口CPU CPU 主存 主存设备 设备 1 1设备 设备 2 2设备 设备 n n选 选择 择线 线.系 系 统总线 统总线20 205.6.4 DMA接口的类型2.多路型在在 物理上物理上 连连接接 多个多个 设备设备在在 逻辑逻辑上上 允允许连许连接接 多个多个 设备设备同同时时工作工作设备 设备 设备 设备 设备 设备DMA DMA 接口 接口CPU CPU 主存 主存 链 链 式 式设备 设备 设备 设备 设备 设备DMA DMA 接口 接口CPU C

14、PU主存 主存 独立 独立 请 请 求式 求式21 213.多路型 DMA 接口的工作原理 T T4 4T T6 6 T T7 7T T2 2为 为 磁 磁 盘 盘 服 服 务 务T T5 5T T8 8T T3 3为 为 磁 磁 带 带 服 服 务 务为 为 打印 打印机服 机服 务 务T T1 15 5 s sDMA DMA 请 请 求 求打印机 打印机t tDMA DMA 请 请 求 求 DMA DMA 请 请 求 求 DMA DMA 请 请 求 求45 45 s s磁 磁 带 带t tDMA DMA 请 请 求 求 DMA DMA 请 请 求 求 DMA DMA 请 请 求 求 DMA DMA 请 请 求 求30 30 s s磁 磁 盘 盘t t22 22