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如果在存储器和I/O设备之间开辟一条数据通道，专门用于数据传输，就可以将处理器从数据搬运中解放出来。这种方式就是直接存储器访问（Direct Memory Access，DMA）方式。DMA方式在存储器和外围设备之间开辟直接的数据传送通道，数据传送由专门的硬件来控制。控制DMA数据传送的硬件被称为DMA控制器。使用DMA方式进行传输的一般过程如下。
（1）CPU为DMA请求预先分配一段地址空间。
（2）CPU设置DMA控制器的参数。这些参数包括设备标识、数据传送的方向、内存中用于数据传送的源地址或目标地址、传输的字节数量等。
（3）DMA控制器进行数据传输。DMA控制器发起对内存和设备的读写操作，控制数据传输。DMA传输相当于用I/O设备直接读写内存。
（4）DMA控制器向CPU发起一个中断，通知CPU数据传送的结果，包括成功或者失败及错误信息等。
（5）CPU处理完本次DMA请求，可以开始处理新的DMA请求。
DMA方式对于存在大量数据传输的高速设备是一个很好的选择。硬盘、网络设备、显示设备等普遍采用DMA方式。DMA控制器的功能可以很简单，也可以很复杂。例如，DMA控制器可以仅支持对一段连续地址空间的读写，也可以支持对多段地址空间的读写以及执行其他的I/O操作。不同的I/O设备的DMA方式各不相同，因此现代的I/O设备大多会实现专用的DMA控制器，用于自身的数据传输。一个计算机系统中通常包含多个DMA控制器，如特定设备专用的串行高级技术总线附属（Serial Advanced Technology Attachment，SATA）接口DMA控制器、USB接口DMA控制器等，以及通用的DMA控制器（用于可编程的源地址与目标地址之间的数据传输）。