直接記憶體存取

直接記憶體存取（Direct Memory Access，DMA）是電腦科學中的一種記憶體存取方式。它允許某些電腦內部的硬體子系統（電腦外設），可以獨立地直接讀寫系統記憶體，而不需中央處理器（CPU）介入處理 。在同等程度的處理器負擔下，DMA是一種快速的資料傳送方式。很多硬體的系統會使用DMA，包含硬碟控制器、繪圖顯示卡、網路卡和音效卡。

直接記憶體存取

DMA是所有現代電腦的重要特色，它允許不同速度的硬體裝置來溝通，而不需要依於中央處理器的大量中斷負載。否則，中央處理器需要從來源把每一片段的資料複製到暫存器，然後把它們再次寫回到新的地方。在這個時間中，中央處理器對於其他的工作來說就無法使用。

DMA傳輸常使用在將一個記憶體區從一個裝置複製到另外一個。當中央處理器初始化這個傳輸動作，傳輸動作本身是由DMA控制器來實行和完成。典型的例子就是移動一個外部記憶體的區塊到晶片內部更快的記憶體去。像是這樣的操作並沒有讓處理器工作拖延，使其可以被重新排程去處理其他的工作。DMA傳輸對於高效能嵌入式系統演算法和網路是很重要的。 舉個例子，個人電腦的ISA DMA控制器擁有8個DMA通道，其中的7個通道是可以讓計算機的中央處理器所利用。每一個DMA通道有一個16位元位址暫存器和一個16位元計數暫存器。要初始化資料傳輸時，裝置驅動程式一起設定DMA通道的位址和計數暫存器，以及資料傳輸的方向，讀取或寫入。然後指示DMA硬體開始這個傳輸動作。當傳輸結束的時候，裝置就會以中斷的方式通知中央處理器。

"分散-收集"（Scatter-gather）DMA允許在一次單一的DMA處理中傳輸資料到多個記憶體區域。相當於把多個簡單的DMA要求串在一起。同樣，這樣做的目的是要減輕中央處理器的多次輸出輸入中斷和資料複製任務。 DRQ意為DMA要求；DACK意為DMA確認。這些符號一般在有DMA功能的電腦系統硬體概要上可以看到。它們表示了介於中央處理器和DMA控制器之間的電子訊號傳輸線路。

快取一致性問題

DMA會導致快取一致性問題。想像中央處理器帶有快取與外部記憶體的情況，DMA的運作則是去存取外部記憶體，當中央處理器存取外部記憶體某個位址的時候，暫時先將新的值寫入快取中，但並未將外部記憶體的資料更新，若在快取中的資料尚未更新到外部記憶體前發生了DMA，則DMA過程將會讀取到未更新的資料。

相同的，如果外部裝置寫入新的值到外部記憶體內，則中央處理器若存取快取時則會存取到尚未更新的資料。

這些問題可以用兩種方法來解決：

1. 快取同調系統（Cache-coherent system）：以硬體方法來完成，當外部裝置寫入記憶體時以一個訊號來通知快取控制器某記憶體位址的值已經過期或是應該更新資料。
2. 非同調系統（Non-coherent system）：以軟體方法來完成，作業系統必須確認快取讀取時，DMA程式已經開始或是禁止DMA發生。

第二種的方法會造成DMA的系統負擔。

DMA引擎

除了與硬體互動相關外，DMA也可為記憶體耗費減負。如Intel I/O加速技術（IOAT）。IOAT的後續者是Xeon E5處理器的Data Direct I/O（DDIO）技術。

參考

• 遠端直接記憶體存取
• DMA攻擊

外部連結

• mmap()和DMA,出自Linux Device Drivers,第二版, Alessandro Rubini & Jonathan Corbet
• DMA和中斷的處理