DMA方式是为了在主存与外设之间实现高速、批量数据交换而设置的。DMA方式的数据传送直接依靠硬件（DMA控制器）来实现，不需要执行任何程序。
1、DMA方式
直接内存访问(DMA)是一种完全由硬件执行I/O交换的工作方式。在这种方式中，DMA控制器从CPU完全接管对总线的控制，数据交换不经过CPU，而直接在内存和I/O设备之间进行。DMA方式一般用于高速传送成组数据。DMA控制器将向内存发出地址和控制信号，修改地址，对传送的字的个数计数，并且以中断方式向CPU报告传送操作的结束。
由于CPU根本不参加传送操作，因此就省去了CPU取指令、取数、送数等操作。在数据传送过程中，没有保存现场、恢复现场之类的工作。内存地址修改、传送字个数的计数等等，也不是由软件实现，而是用硬件线路直接实现的。所以DMA方式能满足高速I/O设备的要求，也有利于CPU效率的发挥。
2、DMA方式的特点
⑴它使主存与CPU的固定联系脱钩，主存既可被CPU访问，又可被外设访问；
⑵在数据块传送时，主存地址的确定、传送数据的计数等硬件电路直接实现；
⑶主存中要开辟专用缓冲区，及时供给和接收外设的数据；
⑷DMA传送速度快，CPU和外设并行工作，提高了系统的效率。
⑸DMA在传送前要通过程序进行预处理，结束后要通过中断方式进行后处理。
3、DMA的三种工作方式
DMA技术的出现，使得外围设备可以通过DMA控制器直接访问内存，与此同时，CPU可以继续执行程序。DMA控制器与CPU分时使用内存通常采用以下三种方法：
（1）停止CPU访问内存
当外围设备要求传送一批数据时，由DMA控制器发一个停止信号给CPU，要求CPU放弃对地址总线、数据总线和有关控制总线的使用权。DMA控制器获得总线控制权以后，开始进行数据传送。在一批数据传送完毕后，DMA控制器通知CPU可以使用内存，并把总线控制权交还给CPU。在这种DMA传送过程中，CPU基本处于不工作状态或者说保持状态。
这种传送方式的时间图如下：
（2）周期挪用（或周期窃取）
当I/O设备没有DMA请求时，CPU按程序要求访问内存；一旦I/O设备有DMA请求，则由I/O设备挪用一个或几个内存周期。
I/O设备要求DMA传送时可能遇到两种情况：
1）此时CPU不需要访内，如CPU正在执行乘法指令。由于乘法指令执行时间较长，此时I/O访内与CPU访内没有冲突，即I/O设备挪用一二个内存周期对CPU执行程序没有任何影响。
2）I/O设备要求访内时CPU也要求访内，这就产生了访内冲突，在这种情况下I/O设备访内优先，因为I/O访内有时间要求，前一个I/O数据必须在下一个访内请求到来之前存取完毕。显然，在这种情况下I/O设备挪用一二个内存周期，意味着CPU延缓了对指令的执行，或者更明确地说，在CPU执行访内指令的过程中插入DMA请求，挪用了一二个内存周期。
这种传送方式的时间图如下：
（3）DMA 与CPU 交替访问
如果CPU的工作周期比内存存取周期长很多，此时采用交替访内的方法可以使DMA传送和CPU同时发挥最高的效率。假设CPU工作周期为1.2μs，内存存取周期小于0.6μs，那么一个CPU周期可分为C1和C2两个分周期，其中C1供DMA控制器访内，C2专供CPU访内。
这种传送方式的时间图如下：
1、DMA接口的功能
在DMA传送过程中，DMA控制器将接管CPU的地址总线、数据总线和控制总线，CPU的主存控制信号被禁止使用。而当DMA传送结束后，将恢复CPU的一切权利并开始执行其它操作。由此可见，DMA控制器必须具有控制系统总线的能力，即能够像CPU一样输出地址信号，接收或发出控制信号，输入或输出数据信号。
DMA控制器在外设与主存之间直接传送数据期间，完全代替CPU进行工作，主要功能有：
（1）接受外设发出的DMA请求，并向CPU发出总线请求；
（2）CPU响应此总线请求，发出总线响应信号后，接管对总线的控制，进入DMA操作周期；
（3）确定传送数据的主存单元地址及传送长度，并能自动修改主存地址计数值和传送长度计数值；
（4）规定数据在主存与外设之间的传送方向，发出读写或其他控制信号，并执行数据传送的操作。
（5）向CPU报告DMA操作的结束。
2、DMA接口的基本组成
（1）内存地址计数器：用于存放内存中要交换的数据的地址。在DMA传送前，须通过程序将数据在内存中的起始位置(首地址)送到内存地址计数器。而当DMA传送时，每交换一次数据，将地址计数器加“1”，从而以增量方式给出内存中要交换的一批数据的地址。
（2）字计数器：用于记录传送数据块的长度(多少字数)。其内容也是在数据传送之前由程序预置，交换的字数通常以补码形式表示。在DMA传送时，每传送一个字，字计数器就加“1”，当计数器溢出即最高位产生进位时，表示这批数据传送完毕，于是引起DMA控制器向CPU发中断信号。
（3）数据缓冲寄存器： 用于暂存每次传送的数据(一个字)。当输入时，由设备(如磁盘)送往数据缓冲寄存器，再由缓冲寄存器通过数据总线送到内存。反之，输出时，由内存通过数据总线送到数据缓冲寄存器，然后再送到设备。
（4）“DMA请求”标志 每当设备准备好一个数据字后给出一个控制信号，使“DMA请求”标志置“1”。该标志置位后向“控制/状态”逻辑发出DMA请求，后者又向CPU发出总线使用权的请求(HOLD)，CPU响应此请求后发回响应信号HLDA，“控制/状态”逻辑接收此信号后向CPU发总线请求，在得到CPU的响应信号，使“DMA请求”标志复位，为交换下一个字做好准备。
（5）“控制/状态”逻辑由控制和时序电路以及状态标志等组成，用于修改内存地址计数器和字计数器，指定传送类型(输入或输出)，并对“DMA请求”信号和CPU响应信号进行协调和同步。
（6）中断机构当字计数器溢出时(全0)，意味着一组数据交换完毕，由溢出信号触发中断机构，向CPU提出中断报告。这里的中断与上一节介绍的I/O中断所采用的技术相同，但中断的目的不同，前面是为了数据的输入或输出，而这里是为了报告一组数据传送结束。因此它们是I/O系统中不同的中断事件。
DMA接口的基本组成图如下所示：
DMA的数据块传送过程可分为三个阶段：传送前预处理；正式传送；传送后处理。
（1）预处理
由CPU执行几条输入输出指令，测试设备状态，向DMA控制器的设备地址寄存器中送入设备号并启动设备，向内存地址计数器中送入起始地址，向字计数器中送入交换的数据字个数。在这些工作完成后，CPU继续执行原来的主程序。
（2）正式传送
当外设准备好发送数据(输入)或接受数据(输出)时，它发出DMA请求，由DMA控制器向CPU发出总线使用权的请求(HOLD)。
DMA的数据传送是以数据块为基本单位进行的，因此，每次DMA控制器占用总线后，无论是数据输入操作，还是输出操作，都是通过循环来实现的。当进行输入操作时，外围设备的数据(一次一个字或一个字节)传向内存；当进行输出操作时，内存的数据传向外围设备。
（3）后处理
一旦DMA的中断请求得到响应，CPU停止主程序的执行，转去执行中断服务程序做一些DMA的结束处理工作。这些工作包括校验送入内存的数据是否正确；决定继续用DMA方式传送下去，还是结束传送；测试在传送过程中是否发生了错误等等。
其具体的流程图如下所示：
结合DMA接口的组成原理图，分别以数据输入和输出为例，来了解DMA具体传送的工作过程。
（1）DMA输入的工作过程：
（2）DMA输出的工作过程：
⑴ 中断方式是程序切换，需要保护和恢复现场；而DMA方式除了开始和结尾时，不占用CPU的任何资源。
⑵对中断请求的响应时间只能发生在每条指令执行完毕时；而对DMA请求的响应时间可以发生在每个机器周期结束时。
⑶ 中断传送过程需要CPU的干预；而DMA传送过程不需要CPU的干预，故数据传输速率非常高，适合于高速外设的成组数据传送。
⑷二者优先权不同：DMA请求的优先级高于中断请求。
⑸应用不同：中断方式具有对异常事件的处理能力，而DMA方式仅局限于完成传送数据块的I/O操作。
(6)实现方式不同：
中断主动通知，硬件、软件结合，信息交换在软件控制下完成
DMA中CPU不介入交换过程，不影响CPU的状态
