5.5 DMA方式及接口,5.5.1 DMA方式基本概念(第三章 已有描述), 定义,直接依靠硬件实现主存与I/O间的数据传送,传送期间不需CPU程序干预DMA —,Direct Memory Access,1) 传送发生在I/O与主存之间；,2) 由DMA控制器控制传送, DMA控制器接管总线权,传送完毕再交还总线权3) 传送期间只要CPU不访存, DMA与CPU可并行操作4) 传送前和传送后需要程序干预处理器,,,,外设,存 储 器,总线,,,,,逻辑断开,,DMA传送,,向CPU提出DMA请求,CPU响应DMA请求,,,,,DMA传送过程是示意:, 过程 (三个阶段),主程序实现初始化(对DMA控制器);,程序准备:,中断处理程序判断传送的正确性DMA传送:,善后处理:, 应用,用于高速、简单、批量数据传送 传送方式, 单字传送:,DMA的依次请求, 传送一个数据块DMA的依次请求, 传送一个字节或一个字 成组传送:,5.5.2 DMA控制器与接口的连接,DMA控制器与接口的连接应考虑以下因素:, DMA控制器与接口是相互分离, 还是合为一体;, 数据传送是经DMA控制器, 还是经接口直接与存储器相连;, 系统中有多个DMA控制器时, 采用公共DMA请求, 还是采用独立DMA请求方式。
一个DMA控制器控制多个I/O设备时, 是采用选择型工作方式, 还是采用多路型工作方式;,基于以上考虑的几种常见连接模式:,1. 单通道DMA控制器,一个DMA控制器只连接一台I/O设备, 并通常将DMA控制器与接口合为一体, 传送的数据经由DMA控制器接口功能：如中断逻辑、设备选择、数据缓冲等,2. 选择型DMA控制器,一个DMA控制器连接(控制)多台I/O设备, 即: 多台I/O设备共享一个DMA控制器一般采用DMA控制器与接口合为一体, 传送的数据经由DMA控制器选择型DMA控制器一般用于高速外设, 采用成组传送方式, 分时为各设备服务3. 多路型DMA控制器,当一个DMA控制器连接(控制)的多台I/O设备速度较慢时, 让多个外设同时工作, 以字或字节方式传送, 使多个外设轮流交叉使用系统总线进行DMA传送, 即为多路型DMA控制器多路型DMA控制器一般采用与外设接口分离的连接方式, 数据传送不经过DMA控制器, 而是直接在内存与接口之间进行传送, 使DMA能同时为多个设备服务DMA控制器只负责接收接口的请求信号, 并向CPU提出DMA请求, 在收到CPU的响应信号后, 通知接口, DMA传送周期开始。
DMA控制器与接口的连接关系如下图所示:,多路型DMA与选择型DMA并无严格界限, 当以单字(或字节)方式传送, 各外设交叉占有总线时, 为典型的多路型DMA; 若按成组方式传送, 各设备分时占有总线, 即为选择性DMA DMA控制器的功能,(1) 接收初始化信息,(传送方向、主存首址、交换量)初始化,(2) 接收外设DMA请求,,判优, 向CPU申请总线传送前,(3) 接管总线权, 发地址、读/写命令传送期间, 接口功能,(1) 接收初始化信息,(外设寻址信息)初始化,(2) 向DMA控制器发请求传送前, 外设准备好,(3) 传送数据传送期间,现代计算机一般设置专用DMA控制器, 并与外设接口相分离:,1. 系统连接方式,5.5.3 一种磁盘存储器接口,两级DMA控制器,,主机板上DMA控制器:,适配器内DMA控制器:,2. 硬盘适配器框图,,, I/O端口控制逻辑:,(1) 处理机接口(面向系统总线一侧),接收CPU送来的端口地址、读/写命令, 译码选择访问处理机接口中的相应寄存器 各类寄存器,输入输出通道寄存器: 存放命令、寻址参数、数据等,状态缓冲寄存器: 存放各种状态标志,中断及屏蔽寄存器: 包含请求触发器和屏蔽触发器, EPROM控制逻辑:,放有硬盘驱动程序(系统自检时被引入系统管理之下)。
2) 智能主控器,微处理器:,执行硬盘控制程序 RAM:,扇区缓存(存放二个扇区数据) ROM:,存放硬盘控制程序用于控制驱动器的寻道、读写数据、数据的编码/解码等,硬盘驱动程序:,对磁盘的调用通过磁盘驱动程序来实现其功能是包括对DMA控制器初始化, 对磁盘驱动器的操作命令和诊断命令等.,(3) 驱动器接口(面向设备一侧),向驱动器送出控制命令, 驱动器控制逻辑:, 驱动器状态逻辑:,接收驱动器状态信息,(如：选中、就绪、寻道完成等)如: 驱动器选择、寻道方向选择、读、写等) 传送串行数据 DMA控制器：,控制主控RAM与驱动器之间的数据传送 硬盘控制逻辑:,控制串-并转换:,,写盘:,主控RAM,驱动器,读盘:,驱动器,主控RAM,(1) CPU向适配器送出驱动器号、圆柱面号、磁头号、起始扇区号、扇区数等外设寻址信息; 向DMA控制器送出传送方向、主存首址、交换量等信息3. 硬盘调用过程(DMA方式),(2) 适配器启动寻道, 并用中断方式判寻道是否正确若不正确, 则重新寻道; 若正确, 则启动磁盘读/写),(3) 适配器准备好,读盘: 缓存RAM满一扇区,写盘: 缓存RAM空一扇区,提出DMA请求,,,(4) CPU响应, 由DMA控制器控制总线, 实现传送。
5) 批量传送完毕, 适配器申请中断6) CPU响应, 作善后处理注: 两级DMA控制器所起的作用:,— 直接连接在系统总线上的DMA控制器,控制适配器缓冲区与CPU之间的数据交换,— 适配器中的DMA控制器,控制适配器缓冲区与驱动器之间的数据交换,(即: 一次DMA传送以中断方式结束, 如在服务程序中进行出错判断, 如果出错, 进行相应处理等.),第五章 小结主要内容： 1.概述：主机与外部设备的连接模式，总线类型与总线标准，接口功能与接口分类； 2.直接程序传送方式及接口； 3.中断方式及接口：中断的概念，中断的产生、传递和处理过程，中断接口的组成； 4.DMA方式及接口：DMA的基本概念，DMA控制器的组成，DMA接口的组成，DMA传送的操作过程； 5.系统总线教学重点与难点 重点： 1.中断的基本概念 2.中断过程（请求、判优、响应、处理） 3.中断接口的组成与设计 4.DMA方式基本概念 难点： 1.中断接口的设计方法 2.DMA传送方式的三个阶段。