• DMA（Direct Memory Access）是在内 存的不同区域之间，或者在内存与外设端 口之间直接进行数据传送，而不经过CPU 中转的一种数据传送方式，可以大大提高 信息的传送速度。
DMA的工作流程图
HLDA
发存储器地址 传送数据
传送结束否？ Y
DMA结束
修改地 址指针
N
DMA方式传送的主要步骤 ① 外设向DMAC发出DMA传送请求。 ② DMAC通过连接到CPU的HOLD信号向CPU提
的计数/定时电路，8255并行通信接口芯片， 8251的串行通信控制器 P329 图8－7、图8－8 • 北桥芯片（AGP、SDR）、南桥芯片
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4.2 CPU与外设数据传送的方式
• CPU与外设之间传输数据的控制方式通常 有三种：程序方式、中断方式和DMA方式。
• 程序方式指用输入/输出指令来控制信息传 输的方式，是一种软件控制方式，根据程 序控制的方法不同，又可以分为无条件传 送方式和条件传送方式。
4.1.1 输入/输出的寻址方式
• 微机系统采用总线结构形式，即通过一组 总线来连接组成系统的各个功能部件（包 括CPU、内存、I/O端口），CPU、内存、 I/O端口之间的信息交换都是通过总线来进 行的。
• 存储器映射的寻址方式（统一编址） • I/O映射的寻址方式（独立编址）
存储器映射的寻址方式
出DMA请求。
③ CPU在完成当前总线操作后会立即对DMA请求 做出响应。CPU的响应包括两个方面：一方面， CPU将控制总线、数据总线和地址总线浮空， 即放弃对这些总线的控制权；另一方面，CPU 将有效的HLDA信号加到DMAC上，用此来通知 DMAC，CPU已经放弃了总线的控制权。
④待CPU将总线浮空，即放弃了总线控制权后，由 DMAC接管系统总线的控制权，并向外设送出 DMA的应答信号。
• 这种方式下的软硬件设计都比较简单，但应用的 局限性较大。
条件传送方式
• 又称查询方式，通过程序查询相应设备的 状态，若状态不符合则CPU不能进行输入/ 输出操作，需要等待；只有当状态信号符 合要求时，CPU才能进行相应的输入/输出 操作。
查询输入的程序流程图
N READY=1 Y
输入一个字节到CPU
4.1.3 CPU的输入输出时序
• I/O设备速度较慢，需插入等待周期
4.1.4 CPU与接口电路间数据传送的形式
P327 图8－4 • 并行通信数据的各位同时传送
• 串行通信数据一位一位顺序传送
4.1.5 PC中CPU与外设的接口
P328 图8－6 • 8237DMA控制器，8259中断控制器，8253
• 中断方式下的接口电路P334 图8－16
DMA传送方式
为什么采用DMA传送方式？ • 利用中断进行信息传送，可以大大提高CPU的利
用率，但其传送过程必须由CPU进行监控。每次 中断，CPU都必须进行断点及现场信息的保护和 恢复操作，会占用一定的CPU时间。如果需要在 内存的不同区域之间或者在内存与外设端口之间 进行大量信息快速传送的话，用查询或中断方式 难以满足速度上的要求，这时应采用直接数据通 道传送（DMA传送方式）。
无条件传送方式
• 利用程控方式与外设交换信息时，如果输入/输出 的时刻，都可以保证外设总是处于“准备好”状 态，则可以直接利用输入/输出指令进行信息的输 入/输出操作。
• 输入：加三态缓冲器（控制端由地址译码信号和 信号选中，CPU用IN指令）
• 输出：加锁存器（控制端由地址译码信号和信号 选中，CPU用OUT指令）
4 输入和输出
本章要求 ➢4.1 理解输入/输出接口概述 ➢4.2 掌握CPU与外设数据传送的方式 ➢4.3 理解DMA 控制器
4.1 输入/输出接口概述
• 输入/输出是微机系统与外部设备进行信息 交换的过程。输入/输出设备称为外部设备， 是计算机系统的重要设备。
• 与标准的存储器相比，外部设备比较复杂。 结构方式不同（机械式、电动式、电子 式）；信号类型不同（数字信号、模拟信 号、开关量信号）； 输入/输出信息的速率也相差很大。
对数据进行处理
输入完了吗？N来自Y 结束中断方式
为什么采用中断方式？ • 查询优点是硬件开销小，使用比较简单，
但CPU要不断地查询外设状态，当外设未 准备好时，CPU就只能循环等待不能执行 其它程序，浪费了CPU的大量时间，降低 了主机的利用率。
• 中断传送方式当CPU进行主程序操作时，外设的 数据已存入输入端口的数据寄存器；或端口的数 据输出寄存器已空，由外设通过接口电路向CPU 发出中断请求信号，CPU在满足一定的条件下， 暂停执行当前正在执行的主程序，转入执行相应 能够进行输入/输出操作的子程序，待输入/输出操 作执行完毕之后CPU即返回继续执行原来被中断 的主程序。
• 内存与外设地址的分配可以用统一的分布 图
• 不需要专门的输入、输出操作指令
缺点
• 内存与I/O端口统一编址时，在地址总线根数一定 的情况下，使系统中实际可以直接寻址的内存单 元数减少。
• 一般情况下，系统中I/O端口数远小于内存单元数， 在用直接寻址方式来寻址这些端口，必须用与表 示内存单元地址相同的字节数，使得指令代码较 长，相应地读/写执行时间也较长，不利于提高系 统的运行速度。
• 把外设的一个端口与存储器的一个单元作 同等对待，每一个I/O端口都有存储器一个 地址。CPU与I/O端口之间的信息交换与存 储单元的读写过程一样，内存单元与I/O端 口的不同只在于它们具有不同的地址。
优点
• CPU对I/O端口的读/写操作可使用全部存储 器的读/写操作指令，也可用对存储器的不 同寻址方式来对I/O端口中的信息，直接进 行算术、逻辑运算及循环、移位等操作。
I/O映射的寻址方式
• 有专门的I/O指令 优点
• 易分辨I/O操作；指令短、执行时间快；不 占用存储器空间 缺点
• 需要两套指令和控制信号
4.1.2 CPU与I/O设备之间的关系
P326 图8－2 通过端口寻址 • 数据（数字量、模拟量和开关量） • 状态信息（Ready、Busy）数据输入 • 控制信息数据输出