直接内存访问（DMA，Direct Memory Access）是一些计算机总线架构提供的功能，它能使数据从附加设备（如磁盘驱动器）直接发送到计算机主板的内存上。

通常会指定一个内存部分用于直接内存访问。在ISA总线标准中，高达16兆字节的内存可用于DMA。EISA和微通道架构标准允许访问全套内存地址（假设他们可以用32位寻址）。外围设备互连通过使用一个总线主控器来完成直接内存访问。

直接内存访问的另一个选择是程控输入输出（PIO）接口。在程控输入输出接口中，设备之间所有的数据传输都要通过处理器。ATA/IDE接口的新协议是Ultra DMA，它提供的突发数据传输速率可达33兆字节每秒。具有Ultra DMA/33的硬盘驱动器也支持PIO模式1、3、4和多字DMA模式2（每秒16.6兆字节）。

外设与存储器之间以及存储器与存储器之间的数据传输，通常采用程序中断方式、程序查询方式和DMA控制方式。程序中断方式和程序查询方式都需要CPU发出输入/输出（In/Out，I/O）的指令，然后等待I/O设备完成操作之后返回，期间CPU需要等待I/O设备完成操作。DMA在传输存储器和I/O设备的数据时，无须CPU来控制数据的传输，直接通过DMA控制器（direct memory access controller，DMAC）完成外设与存储器之间以及存储器与存储器之间的数据高速传输。

一个完整的DMA传输包括DMA请求、DMA响应、DMA传输和DMA结束4个步骤。DMA传输原理如图1所示，图中I/O设备为源端设备，由I/O设备向目的端设备（存储器）传输数据，其DMA的基本传输过程如下：①CPU对总线控制器进行初始化，制定工作内存空间，读取DMAC中的寄存器信息，了解DMAC的传输状态[1]；②I/O设备向DMAC发送DMA请求（DMA request，DREQ），DMAC收到此信号后，向CPU发出总线保持信号（HOLD）； ③CPU当前总线周期执行结束后发出总线响应信号保持确认（hold acknowledgment，HLDA）； ④DMAC收到总线授权后，向I/O设备发送DMA响应信号DMA确认（DMA acknowledgment，DACK），表示允许I/O设备进行DMA传送；⑤开始传输时，DMAC首先从源地址读取数据并存入内部缓存中，再写入目的地址，完成总线数据从源地址到目的地址的传输[1]；⑥DMA传输完成后，DMAC向CPU发出结束信号，释放总线，使CPU重新获得总线控制权。一次DMA传输只需要执行一个DMA周期，相当于一个总线读/写周期，因而能够满足外设数据高速传输的需要。

DMA是所有现代电脑的重要特色，它允许不同速度的硬件设备来沟通，而不需要依于中央处理器的大量中断负载。否则，中央处理器需要从来源把每一片段的数据复制到寄存器，然后把它们再次写回到新的地方。在这个时间中，中央处理器对于其他的工作来说就无法使用。

DMA传输常使用在将一个内存区从一个设备复制到另外一个。当中央处理器初始化这个传输动作，传输动作本身是由DMA控制器来实行和完成。典型的例子就是移动一个外部内存的区块到芯片内部更快的内存去。像是这样的操作并没有让处理器工作拖延，使其可以被重新调度去处理其他的工作。DMA传输对于高性能嵌入式系统算法和网络是很重要的。 举个例子，个人电脑的ISADMA控制器拥有8个DMA通道，其中的7个通道是可以让计算机的中央处理器所利用。每一个DMA通道有一个16位地址寄存器和一个16位计数寄存器。要初始化数据传输时，设备驱动程序一起设置DMA通道的地址和计数寄存器，以及数据传输的方向，读取或写入。然后指示DMA硬件开始这个传输动作。当传输结束的时候，设备就会以中断的方式通知中央处理器。

DMA控制器之间的电子信号传输线路。

DMA会导致缓存一致性问题。想像中央处理器带有缓存与外部内存的情况，DMA的运作则是去访问外部内存，当中央处理器访问外部内存某个地址的时候，暂时先将新的值写入缓存中，但并未将外部内存的数据更新，若在缓存中的数据尚未更新到外部内存前发生了DMA，则DMA过程将会读取到未更新的数据。

相同的，如果外部设备写入新的值到外部内存内，则中央处理器若访问缓存时则会访问到尚未更新的数据。

这些问题可以用两种方法来解决：

第二种的方法会造成DMA的系统负担。

除了与硬件交互相关外，DMA也可为昂贵的内存耗费减负。比如大型的拷贝行为或scatter-gather操作，从中央处理器到专用的DMA引擎。Intel的高端服务器包含这种引擎，它被称为I/O加速技术（IOAT）。

在电脑运算领域，远程直接内存访问（英语：remote direct memory access，RDMA）是一种直接存储器访问技术，它将数据直接从一台计算机的内存传输到另一台计算机，无需双方操作系统的介入。这允许高通量、低延迟的网络通信，尤其适合在大规模并行计算机集群中使用。

RDMA支持零复制网络传输，通过使网络适配器直接在应用程序内存间传输数据，不再需要在应用程序内存与操作系统缓冲区之间复制数据。这种传输不需要中央处理器、CPU缓存或上下文交换参与，并且传输可与其他系统操作并行。当应用程序执行RDMA读取或写入请求时，应用程序数据直接传输到网络，从而减少延迟并实现快速的消息传输。

但是，这种策略也表现出目标节点不会收到请求完成的通知（单向通信）等相关的若干问题。