计算机组成原理第八章输入输出系统（三）课件.pptVIP

8.3 DMA方式8.3.1 DMA方式的基本概念 一、DMA方式的定义 （请看P.286）：是一种完全由硬件执行I/O交换的工作方式。在这种方式中，DMA控制器从CPU完全接管对总线的控制，数据交换不经过CPU，而直接在内存和I/O设备之间进行。DMA方式一般用于高速传送成组数据。 二、DMA方式的特点 优点：速度快； 缺点：硬件线路复杂。 三、DMA控制器的基本操作 （请看P.286）： 外设发出DMA请求； CPU响应请求——交出总线控制权； DMAC对内存寻址，对数据传送个数进行计数，并执行数据传送操作； 向CPU报告DMA操作的结束——交还总线控制权。 四、DMA操作中的软硬件分工软件：负责数据传送前的准备工作，结束后的处理工作；硬件：负责数据传送。 8.3.2 DMA传送方式 ——CPU和DMAC访存冲突的裁决方式。 常用的方式有以下三种： 一、停止CPU访问内存 外设要求传送一批数据时，由DMAC发请求信号，要求CPU出让总线使用权；之后DMAC独占内存进行批量的数据传送；一批数据传送完毕后，DMAC才把总线控制权交还给CPU。 控制简单，但CPU可能因无法访存而处于暂停状态。——指令Cache和数据Cache的作用。 二、周期挪用（窃取） CPU按程序访问内存，一旦I/O设备有DMA请求，则由DMAC挪用一个存取周期；也有总线使用权的交换。 周期挪用时的两种情况：内存争用与否；有冲突则DMA优先，但影响CPU效率—— 可以用指令预取的办法降低争访的几率。 既实现了I/O传送，又较好地发挥了CPU和内存的效率。请求、响应及总线使用权频繁转换会使效率下降。 三、DMA与CPU交替访问内存 CPU和DMAC轮流（分时）使用总线，没有使用权的申请、出让、归还这一类问题（透明的DMA方式）；适用于CPU工作周期比内存存取周期长得多的情况，以便在两次CPU访问内存之间有一段空闲给DMAC使用。 实际是将CPU工作周期一分为二，CPU和DMA各DMA传送和CPU同时发挥最高效率，但控制逻辑复杂。也存在资源浪费。 例1：解释周期挪用，分析周期挪用可能出现的几种情况。 解答：解释名词。 周期挪用可能会出现三种情况： （1）I/O设备有DMA请求时，CPU正在进行自身的操作，并不需要访内； （2）访内冲突——I/O设备的DMA请求优先 ； （3）I/O设备有DMA请求时，存储器正处于“忙”（R/W）状态——必须等CPU存取结束后才能进行DMA访内。  8.3.3 基本的DMA控制器 一、DMA控制器的基本组成——P.289图8.12 1、寄存器组：五个主要寄存器 （1）DMA传送的内存地址寄存器； （2）数据缓冲寄存器； （3）DMA传送的数据字数寄存器； （4）外围设备地址寄存器，存放I/O设备的设备码或表示设备信息存储区的寻址信息； （5）控制与状态寄存器。 2、中断控制逻辑 3、DMA请求标志触发器 4、传输线 二、DMA数据传送过程（周期挪用方式） （参看P.290图8.13） 1、DMA传送前的预处理 CPU用程序为DMA传送做准备——（中断初始化及）对DMAC的初始化： （1）设备地址→DAR（设备地址寄存器） （2）内存中DMA缓冲区首地址→内存地址计数器 （3）传送数据的字数→字计数器 （4）启动设备 2、DMA数据传送 DMA控制器代替CPU管理I/O设备进行数据传送：（以输入过程为例） （1）输入设备送一个字到DMA控制器的数据缓冲寄存器，同时设备控制器以READY信号置DMA控制器中DMA请求触发器为1； （2）CPU响应DMA请求并在CPU当前存储周期结束后，由DMA占用下一个存储周期（——叫做DMA周期）进行写操作：1） （内存地址计数器）→MAR；2）（接口数据缓冲寄存器）→MDR；3）发出“写内存”命令； （3）在DMA控制状态逻辑的控制下执行三个操作： 1）（字计数器）+1→字计数器； 2）清DMA请求标志触发器； 3） （内存地址计数器）+1→内存地址计数器，未传完转2（1）（发生总线使用权转让），否则接下。 （4）传送结束由DMA控制器中的中断机构发DMA中断请求。 3、DMA结束处理 CPU响应DMA的中断请求后，停止原运行程序转去执行DMA中断服务程序以完成DMA结束处理工作。 ——因此DMA接口应保留中断功能。 ——由该过程体会周期挪用方式每传一个字的“附加操作”及透明DMA的优点。 有关的书后习题——P.303~ P.304 第4题、采用DMA方式传送数据时，每传送一个数据就要占用一个（ ）的时间。 A. 指令周期