DJ21 第5章(3)-DMA方式与接口

5.5DMA方式及接口5.5.1DMA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—DirectMemoryAccess1)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接口DMA控制器逻辑断开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。硬件实现存储器I/O;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:5.5.2DMA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。主机外设存储器总线向CPU提出DMA请求CPU响应DMA请求DMA控制器(接口)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。主机外设1存储器总线DMA请求CPU响应DMA请求DMA控制器(接口)外设2....外设nI/O总线选择型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。系统总线CPU存储器DMA控制器接口接口I/OI/O多路型DMA控制器主机板接口板DREQ1DACK1DREQnDACKn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:适配器驱动器存储器适配器2.硬盘适配器框图处理机接口智能主控器驱动器接口系统总线硬盘驱动器系统总线CPU存储器DMA控制器硬盘适配器硬盘驱动器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。处理机接口智能主控器驱动器接口系统总线硬盘驱动器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)。处理机接口智能主控器驱动器接口系统总线硬盘驱动器(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驱动器并-串读盘:驱动器串-并主控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请求系统总线CPU存储器DMA控制器硬盘适配器硬盘驱动器(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。