DMA与CPU并发访问主存机制解析

"DMA与CPU交替使用主存-计算机组成原理 PPT" 计算机组成原理是研究计算机硬件系统结构、工作原理和设计方法的学科。在这个PPT中，主要讨论了一个重要的概念——DMA（Direct Memory Access，直接内存访问）与CPU如何交替使用主存，以提高系统效率。 在传统的计算机系统中，CPU负责所有数据的读取和写入，包括对主存的操作。然而，当CPU执行DMA操作时，它可以将控制权交给DMA控制器，使得外部设备如硬盘、网络接口卡等可以直接与主存交互，而无需CPU介入。这样可以避免CPU频繁地暂停执行其正常任务来服务I/O请求，从而提高了系统的整体性能。 每个CPU工作周期被划分为两个时间段：一个时间段用于DMA访问主存，另一个时间段用于CPU访问主存。这种方式被称为DMA与CPU交替使用主存，它允许两者并发执行任务，但需要硬件支持以确保数据一致性，例如使用总线仲裁机制来决定谁在何时获取主存访问权。 同时，为了使这种交替使用主存的方式有效，CPU的工作周期需要远大于存储器的访问周期，以保证在CPU空闲时，DMA能完成足够的数据传输。这要求硬件设计复杂，投资成本相对较高。 课程中还涉及了计算机硬件系统和软件系统的构成，以及计算机系统层次结构的介绍。计算机硬件系统包括处理器、内存、输入输出设备等，它们共同构成了计算机的基础运行平台。计算机软件系统则包含了操作系统、应用程序等，这些软件与硬件协同工作，实现各种功能。 此外，PPT还介绍了计算机的发展历程，从第一代电子管计算机到第四代大规模集成电路计算机，随着技术的进步，计算机的速度、可靠性、应用领域都有了显著的提升。各个时代的代表机型反映了技术发展的关键节点，如ENIAC、IBM7090等，这些都是计算机历史上的里程碑。 学习计算机组成原理的目的是为了深入理解计算机内部运作机制，不仅有助于更好地使用计算机，还能在实际工作中提出针对硬件和软件结合的解决方案。通过本课程，学生可以掌握计算机硬件技术的基础知识，了解部件间的关系、工作原理及其逻辑实现，从而具备分析和设计计算机系统的能力。