8086CPU系统、总线操作和时序.doc

第5章 8086CPU系统、总线操作和时序第一节 8086的引脚信号与功能本讲重点：8086/8088CPU的两种工作模式，8086/8088CPU的外部结构，即引脚信号及其功能。讲授内容：一、 8086/8088微处理器工作模式及外部结构18086/8088CPU的两种工作模式为了适应各种使用场合，在设计8088/8086CPU芯片时，就考虑了其应能够使它工作在两种模式下，即最小模式与最大模式。所谓最小模式，就是系统中只有一个8088/8086微处理器，在这种情况下，所有的总线控制信号，都是直接由8088/8086CPU产生的，系统中的总线控制逻辑电路被减到最少，该模式适用于规模较小的微机应用系统。 最大模式是相对于最小模式而言的，最大模式用在中、大规模的微机应用系统中，在最大模式下，系统中至少包含两个微处理器，其中一个为主处理器，即8086/8086CPU，其它的微处理器称之为协处理器，它们是协助主处理器工作的。 与8088/8086CPU配合工作的协处理器有两类，一类是数值协处理器8087另一类是输入/输出协处理器8089。 8087是一种专用于数值运算的协处理器，它能实现多种类型的数值运算，如高精度的整型和浮点型数值运算，超越函数（三角函数、对数函数）的计算等，这些运算若用软件的方法来实现，将耗费大量的机器时间。换句话说，引入了8087协处理器，就是把软件功能硬件化，可以大大提高主处理器的运行速度。 8089协处理器，在原理上有点象带有两个DMA通道的处理器，它有一套专门用于输入/输出操作的指令系统，但是8089又和DMA控制器不同，它可以直接为输入/输出设备服务，使主处理器不再承担这类工作。所以，在系统中增加8089协处理器之后，会明显提高主处理器的效率，尤其是在输入/输出操作比较频繁的系统中。 28086/8088CPU的引脚信号和功能(1).引言 如图9-12（P15）所示，是8088CPU的外部结构，即引脚信号图，注意：在不同的工作模式下，其中一部分引脚的名称和功能可能不一致。8088/8086CPU芯片都是双列直插式集成电路芯片，都有40个引脚，其中32个引脚在两种工作模式下的名称和功能是相同的，还有8个引脚在不同的工作模式下，具有不同的名称和功能。下面，我们分别来介绍这些引脚的输入/输出信号及其功能。 图9-12 8086/8088CPU引脚功能 (2).两种模式下，名称和功能相同的32个引脚 VCC、GND：电源、接地引脚(3个),8088/8086CPU采用单一的+5V电源，但有两个接地 引脚。 AD15AD0（Address Data Bus）:地址/数据复用信号输入/输出引脚(16个),分时输出 低16位地址信号及进行数据信号的输入/输出。 A19/s6A15/s3（Address Status Bus）:地址/状态复用信号输出引脚(4个),分时输出 地址的高4位及状态信息，其中s6为0用以指示8086/8088CPU当前与总线连通；s5 为1表明8086/8088CPU可以响应可屏蔽中断；s4、s3共有四个组态，用以指明当前 使用的段寄存器，如表9-5所示，00ES，01SS，10CS，11DS。NMI(Non-Maskable Interrupt)、INTR（Interrupt Request）:中断请求信号输入引脚(2)，引入中断源向CPU提出的中断请求信号，高电平有效，前者为非屏蔽中断请求，后者为可屏蔽中断请求信号。（Read）:读控制输出信号引脚(1)，低电平有效，用以指明要执行一个对内存单元或I/O端口的读操作，具体是读内存单元，还是读I/O端口，取决于控制信号。CLK/(Clock）：时钟信号输入引脚(1)，时钟信号的方波信号，占空比约为33%，即1/3周期为高电平，2/3周期为底电平，8088/8088的时钟频率（又称为主频）为4.77MHz，即从该引脚输入的时钟信号的频率为4.77MHz。Reset(Reset):复位信号输入引脚(1)，高电平有效。8088/8086CPU要求复位信号至少维持4个时钟周期才能起到复位的效果，复位信号输入之后，CPU结束当前操作，并对处理器的标志寄存器、IP、DS、SS、ES寄存器及指令队列进行清零操作，而将CS设置为0FFFFH。READY（Ready）:“准备好”状态信号输入引脚(1)，高电平有效，“Ready”输入引脚接收来自于内存单元或I/O端口向CPU发来的“准备好”状态信号，表明内存单元或I/O端口已经准备好进行读写操作。该信号是协调CPU与内存单元或I/O端口之间进行信息传送的联络信号。 (Test):测试信号输入引脚(1)，低电平有效,TEST信号与WAIT指令结合起来使用，CPU执行WAIT指令后，处于等待状态，当TEST引脚输入低电平时，系统脱离等待状态，继续执行被暂停执行的指令。MN/MX（Minimum/Maximum Model Control）最小/最大模式设置信号输入引脚(1)，该输入引脚电平的高、低决定了CPU工作在最小模式还是最大模式，当该引脚接+5V时，CPU工作于最小模式下，当该引脚接地时，CPU工作于最大模式下。/S7（Bus High Enable/Status）:高8位数据允许/状态复用信号输出引脚(1)，输出。分时输出有效信号，表示高8为数据线D15D8上的数据有效和S7 状态信号，但S7未定义任何实际意义。 利用信号和AD0信号，可知系统当前的操作类型，具体规定见表9-4 (P16)所示。表9-4 和A0的代码组合和对应的操作A0操作所用数据引脚00从偶地址单元开始读/写一个字AD15 AD001从奇地址单元或端口读/写一个字节AD15 AD810从偶地址单元或端口读/写一个字节AD7 AD011无效-01从奇地址开始读/写一个字(在第一个总线周期将低8位数据送到AD15 AD8，下一个周期将高8位数据送到AD7 AD0 )AD15 AD010 在8088系统中，该引脚为，用来与、一起决定8088芯片当前总线周期的读写操作，如表9-5(P17)所示。 性能 1 0 0 中断响应 1 0 1 读I/O端口 1 1 0 写I/O端口 1 1 1 暂停（Halt） 0 0 0 取指令操作码 0 0 1 读存储器 0 1 0 写存储器 0 1 1 无源(3).最小模式下的24-31引脚 当8088/8086CPU的引脚固定接+5V时，CPU处于最小模式下，这时候剩余的2431共8个引脚的名称及功能如下：（Interrupt Acknowledge）中断响应信号输出引脚(1)，低电平有效，该引脚是CPU响应中断请求后，向中断源发出的认可信号，用以通知中断源，以便提供中断类型码，该信号为两个连续的负脉冲。ALE（Address Lock Enable）:地址锁存允许输出信号引脚(1)，高电平有效，CPU通过该引脚向地址锁存器8282/8283发出地址锁存允许信号，把当前地址/数据复用总线上输出的是地址信息，锁存到地址锁存器8282/8283中去。注意：ALE信号不能被浮空。（Data Enable）:数据允许输出信号引脚，低电平有效，为总线收发器8286提供一个控制信号，表示CPU当前准备发送或接收一项数据。（Data Transmit/Receive）:数据收发控制信号输出引脚(1)，CPU通过该引脚发出控制数据传送方向的控制信号，在使用8286/8287作为数据总线收发器时，信号用以控制数据传送的方向，当该信号为高电平时，表示数据由CPU经总线收发器8286/8287输出，否则，数据传送方向相反。（Memory/Input &Output）: 存储器/I/O端口选择信号输出引脚(1),这是CPU区分进行存储器访问还是I/O访问的输出控制信号。当该引脚输出高电平 时，表明CPU要进行I/O端口的读写操作，低位地址总线上出现的是I/O端口的地址；当该引脚输出低电平时，表明CPU要进行存储器的读写操作，地址总线上出现的是访问存储器的地址。 (Write): 写控制信号输出引脚(1)，低电平有效，与配合实现对存储单元、I/O端口所进行的写操作控制。 HOLD(Hold Request): 总线保持请求信号输入引脚(1)，高电平有效。这是系统中的其它总线部件向CPU发来的总线请求信号输入引脚。 HLDA（Hold Acknowledge）:总线保持响应信号输出引脚，高电平有效，表示CPU认可其他总线部件提出的总线占用请求，准备让出总线控制权。(4).最大模式下的24-31引脚当8088/8086CPU的引脚固定接地时，CPU处于最大模式下，这时候剩余的2431共8个引脚的名称及功能如下： QS1、QS0（Instruction Queue Status）:指令队列状态信号输出引脚(2),这两个信号的组合给出了前一个T状态中指令队列的状态，以便于外部8088/8086CPU内部指令队列的动作跟踪，如下表所示：性能00无操作01从指令队列的第一个字节取走代码10队列为空11除第一个字节外，还取走了后续字节中的代码、：总线周期状态信号输出引脚(3)，低电平的信号输出端，这些信号组合起来，可以指出当前总线周期中，所进行数据传输过程的类型，总线控制器8288利用这些信号来产生对存储单元、I/O端口的控制信号。、与具体物理过程之间的对应关系，如表9-6（P17）所示。表9-6 的状态编码性能100中断响应101读I/O端口110写I/O端口111暂停000取指001读存储器010写存储器011无作用这里对无源状态（在的最小模式中也存在，见P19）作一说明：从表9-6中可以看出，每一种的组合都对应一个具体的总线操作，除111外，其余都称为有源状态。也就是说，在有源状态（对应前一个总线周期的和本总线周期的和状态）中，至少有一个信号为0，当时（对应总线周期的和且READY1），也就是一个总线操作即将结束，另一个总线周期还未开始时，称为无源状态，很显然，这时中任一信号的改变，都意味着一个新的总线周期的开始。 (Lock)：总线封锁输出信号引脚(1)，低电平有效，当该引脚输出低电平时，系统中其它总线部件就不能占用系统总线。 信号是由指令前缀LOCK产生的，在LOCK前缀后面的一条指令执行完毕之后，便撤消信号。此外，在8088/8086的2个中断响应脉冲之间，信号也自动变为有效的低电平，以防止其它总线部件在中断响应过程中，占有总线而使一个完整的中断响应过程被中断。、(Request/Grant)：总线请求信号输入/总线允许信号输出引脚(2)。这两个信号端可供CPU以外的两个处理器，用来发出使用总线的请求信号和接收CPU对总线请求信号的应答。这两个引脚都是双向的，请求与应答信号在同一引脚上分时传输，方向相反。其中比的优先级高。(5).相关问题的说明 8088/8086的数据线与地址线、状态线是分时复用的，即在某一时刻，总线上出现的是输出地址信息，在另一时刻，总线上是所需读、写的数据信息，或状态信息。 除了个别引脚外，8088/8086的控制信号引脚的定义是一致的，有差别的是，8088的第18脚为，8086为，主要是为了使前者能与8位微处理器8080/8085 相兼容的缘故。8088的第34引脚为，8086为/S7，这是因为8086 有16根数据线，可以用高、低8位总线分别进行一个字节的传送，也可以同时进行两个字节的传送， 正是为了指明这几类操作而设置的，而8088的数据线只有8根，就不存在这一要求，因此就不需要引脚了。Reset引脚是复位信号输入端，系统启动、或在系统运行过程中，CPU在接收到Reset信号后，会使系统复位。复位后，CPU处于如下状态：CPU的标志寄存器、指令指针寄存器IP、段寄存器DS、ES、SS和指令队列均被清零，码段寄存器CS被置为FFFFH，CPU将从0FFFF0H处开始执行指令。CPU与内存、I/O端口之间在时间上的匹配主要靠“READY”信号。信号与（或