dma方式是一种完全由硬件执行i/o交换的工作方式

DMA（Direct Memory Access）方式是一种完全由硬件执行I/O交换的工作方式。在计算机中，CPU在执行I/O操作时会占用大量的资源，这可能会降低计算机的性能，而DMA可以通过减少CPU的负载来提高计算机的性能。本篇文章从历史、原理、实现、优缺点等多重角度，来阐述DMA的重要性以及在计算机领域中的应用。

一、历史

DMA最早出现在IBM的大型计算机System/360上。该计算机在1964年发布，是第一台采用DMA方式进行数据传输的计算机。在20世纪70年代，DMA方式逐渐应用于个人电脑等微型计算机领域。

二、原理

在计算机中，CPU负责执行各种指令，并控制各种操作。当CPU执行I/O操作时，需要通过I/O设备的控制器和系统总线进行数据传输。在传统的计算机系统中，CPU负责控制I/O设备的控制器进行数据传输，并将数据移动到内存中。这种方法需要CPU不断地执行指令，并占用大量的处理器时间和系统内存带宽。而DMA方式则通过额外的硬件来实现数据传输，减少了CPU的负载。

DMA的实现方式有两种：cycle stealing 方式和burst mode 方式。Cycle stealing 方式是指DMA控制器不会一次性从I/O设备中获取所有数据，而是分多次获取,每次获取一小部分，每获取一个数据所花费的时间称为一个时钟周期，当DMA控制器获取数据时，它会从CPU处“借用”一些时钟周期来完成数据传输。Burst mode 方式则是在数据传输期间，DMA控制器连续地传输数据，直到传输完成。

三、实现

DMA的实现需要具备三个条件：DMA控制器、内存和I/O设备。DMA控制器负责控制I/O设备并实现数据传输，内存用于暂存传输的数据，而I/O设备则提供数据源或存储目的地。当一个I/O操作需要进行数据传输时，CPU向DMA控制器发出指令，并提供内存地址、I/O设备地址和数据传输方向等参数。DMA控制器在接收到指令后，可以完成数据传输操作，而无需CPU的干预。

四、优缺点

DMA方式可以提高计算机的性能，主要有以下几个优点：

1. 降低CPU的负载。在使用DMA操作I/O设备时，CPU可以专注于执行其他任务，提高计算机的性能。

2. 提高数据传输的效率。DMA控制器直接访问内存和I/O设备，并使用高速数据传输方法，从而大大提高数据传输速率。

3. 支持一些并行处理器结构。DMA控制器与多个CPU连接时，可以实现快速、可靠的数据传输操作。

然而，DMA方式也存在着一些局限性：

1. 传输空间的限制。由于DMA控制器通过直接访问内存来实现数据传输，因此DMA控制器与内存之间的距离限制了数据传输速度。

2. 对于小数据块的传输，使用DMA控制器反而会降低传输效率。

3. 存在一定的安全风险。由于DMA控制器可以直接访问内存，因此任何正在使用DMA的程序都可以访问内存，这可能会导致安全隐患。

综上所述，DMA方式是一种重要的数据传输方式，可以大大提高计算机的性能。它通过减少CPU的负载来提高计算机的性能，并支持一些并行处理器结构。但是，由于DMA方式存在着一些局限性，我们需要在使用时注意一些安全性方面的问题。