23、深入解析直接内存访问（DMA）与直接缓存访问（DCA）技术

深入解析直接内存访问（DMA）与直接缓存访问（DCA）技术

1. 传统I/O方式的弊端

在数据传输过程中，传统的编程式I/O和中断驱动I/O存在一定的局限性。中断驱动I/O虽然比简单的编程式I/O更高效，但仍需要处理器的主动干预来在内存和I/O模块之间传输数据，且所有数据传输都必须经过处理器。这两种I/O方式存在以下两个固有缺点：
- I/O传输速率受限 ：I/O传输速率受限于处理器测试和服务设备的速度。
- 处理器资源占用 ：处理器在管理I/O传输时会被占用，每次I/O传输都需要执行多条指令。

对于简单编程式I/O，处理器专注于I/O任务，可以以较高的速率移动数据，但代价是无法进行其他操作。而中断I/O在一定程度上释放了处理器，但会降低I/O传输速率。因此，当需要移动大量数据时，就需要一种更高效的技术——直接内存访问（DMA）。

2. 直接内存访问（DMA）

2.1 DMA功能

DMA涉及系统总线上的一个额外模块。DMA模块能够模拟处理器，并从处理器接管系统的控制权，以便通过系统总线在内存和I/O设备之间传输数据。为了实现这一点，DMA模块只能在处理器不需要总线时使用总线，或者迫使处理器暂时暂停操作，后一种技术更为常见，被称为周期窃取，因为DMA模块实际上窃取了一个总线周期。

当处理器需要读写一块数据时，它会向DMA模块发送以下信息：
- 读写请求 ：通过处理器和DMA模块之间的读写控制线，指示是读操作还是写操作。
- I/O设备地址