微型计算机原理与汇编语言 第3章-3 总线周期.ppt

3 2 3总线周期1 几个基本概念 指令周期每条指令的执行由取指令 译码和执行等操作组成 取出并执行一条指令所需要的时间称为指令周期 InstructionCycle 不同指令的指令周期是不等长的 一个指令周期由一个或若干个总线周期组成 总线周期8086CPU与外部交换信息总是通过总线进行的 CPU的每一个这种信息输入 输出过程所需要的时间称为总线周期 BusCycle 按照数据的传送方向来分 总线周期可分为 读 总线周期 CPU从存储器或I O端口读取数据 和 写 总线周期 CPU将数据写入存储器或I O端口 一般一个总线周期由四个时钟周期组成 时钟周期时钟脉冲的重复周期称为时钟周期 ClockCycle 时钟周期是CPU的时间基准 由计算机的主频决定 如8086的主频为5MHz 1个时钟周期就是200ns 2 几种基本时序 总线读操作时序当8086CPU进行存储器或I O端口读操作时 总线进入读周期 基本的读周期由4个时钟周期组成 T1 T2 T3和T4 CPU在T3到T4之间从总线上接收数据 当所选中的存储器和外设的存取速度较慢时 则在T3和T4之间将插入1个或几个等待周期TW 图3 3是8086最小方式下的总线读操作时序图 下面对图中表示的读操作时序进行说明 AD15 AD0 A19 S6 A16 S3 ALE M IO CLK 高为读内存低为读I O 地址 状态输出 地址输出 数据输入 T1 T2 T3 T4 TW 图3 38086读周期的时序 总线写操作时序总线写操作就是指CPU向存储器或I O端口写入数据 图3 4是8086在最小模式下的总线写操作时序图 总线写操作时序与总线读操作时序基本相同 但也存在以下不同之处 a 对存储器或I O端口操作的控制信号不同 总线读操作中 控制信号是RD 而总线写操作中是WR b 在T2状态中 AD15 AD0上地址信号消失后 AD15 AD0的状态不同 总线读操作中 此时AD15 AD0进入高阻状态 并在随后的状态中保持为输入方向 而在总线写操作中 此时CPU立即通过AD15 AD0输出数据 并一直保持到T4状态中 AD15 AD0 A19 S6 A16 S3 ALE M IO CLK BHE S7 高为读内存低为读IO 地址 状态输出 T1 T2 T3 T4 TW 图3 48086写周期的时序 3 38086 8088存储器和I O组织 3 3 18086 8088存储器组织1 8086 8088存储器结构8086 8088有20条地址线 可直接对1M个存储单元进行访问 每个存储单元存放一个字节型数据 且每个存储单元都有一个20位的地址 这1M个存储单元对应的地址为00000H FFFFFH 如图3 10所示 图3 10数据在存储器中的存放 一个存储单元中存放的信息称为该存储单元的内容 如00001H单元的内容为9FH 记为 00001H 9FH 如从地址0011FH开始的两个连续单元中存放一个字型数据 则该数据为DF46H 记为 0011FH DF46H 若存放的是双字型数据 32位二进制数 这种类型的数据要占用连续的4个存储单元 同样 低字节存放在低地址单元 高字节存放在高地址单元 如从地址E800AH开始的连续4个存储单元中存放了一个双字型数据 则该数据为66A65E65H 记为 E800AH 66A65E65H 高位 奇地址 库 512K 8 D 15 D 8 A 19 A 1 低位 偶地址 库 512K 8 D 7 D 0 A 19 A 1 D 15 D 8 D 7 D 0 A 0 A 19 A 1 图3 138086存储器高低位库的连接 8086的1M存储空间实际上分为两个512KB的存储体 又称存储库 分别叫高位库和低位库 地址总线A19 A1可同时对高 低位库的存储单元寻址 A0和BHE用于对库的选择 当A0 0时 选择偶数地址的低位库 当BHE 0时 选择奇数地址的高位库 当两者均为0时 则同时选中高低位库 需注意的是 对于规则字 从偶数地址开始存放的字 的读 写操作只需一个总线周期 而非规则字 从奇数地址开始存放的字 的读 写操作需两个总线周期 图3 14从8086存储器的偶数和奇数地址读字节和字读偶地址单元中的字节 b 读奇地址单元中的字节 c 读偶地址单元中的字 d 读奇地址单元中的字 偶地址 奇地址 8086 CPU 被读字节 忽略字节 a 偶地址 奇地址 8086 CPU b 被读字节 忽略字节 偶地址 奇地址 8086 CPU 被读字 c 偶地址 奇地址 偶地址 奇地址 8086 CPU 被读字节 忽略字节 被读字节 忽略字节 d 在8088系统中 可直接寻址的存储空间同样也是1MB 但其存储器的结构与8086有所不同 它的1MB存储空间同属于一个单一的存储体 即存储体为1M 8位 它与总线之间的连接方式很简单 其20根地址线A19 A0与8根数据线分别与8088CPU对应的地址线和数据线相连 8088CPU每访问一次存储器只能读 写一个字节信息 因此在8088系统的存储器中 字型数据需要两次访问存储器才能完成读 写操作 2 存储器的段结构8086 8088CPU中有关可用来存放地址的寄存器如IP SP等都是16位的 故只能直接寻址64KB 为了对1M个存储单元进行管理 8086 8088采用了段结构的存储器管理方法 8086 8088将整个存储器分为许多逻辑段 每个逻辑段的容量小于或等于64KB 允许它们在整个存储空间中浮动 各个逻辑段之间可以紧密相连 也可以互相重叠 A段 C段 B段 D段 E段 00000H 10000H 20000H 30000H 40000H 64KB 64KB 64KB 64KB 紧密相连 部分重叠 完全重叠 断开排列 1FF00H 2FEFFH M 64KB 3 逻辑地址和物理地址 逻辑地址 由段地址 逻辑段起始地址的高16位 和偏移地址 16位 表示的存储单元的地址称为逻辑地址 记为 段地址 偏移地址 物理地址 由CPU内部总线接口单元BIU中的地址加法器根据逻辑地址产生的20位存储单元地址称为物理地址 如图3 7所示 0 15 段内偏移地址 段寄存器 19 0 3 4 0000 段地址左移4位 20位物理地址 19 0 图3 7物理地址的形成 物理地址和逻辑地址的关系为 物理地址 段地址 10H 偏移地址在程序设计中 段地址是由段寄存器 如CS DS SS或ES 提供 偏移地址通常是由地址寄存器 如IP BX BP SP SI或DI等 及立即数等提供 对于任何一个物理地址来说 可以唯一被包含在一个逻辑段中 也可以包含在多个重叠的逻辑段中 只要能得到它所在段的首地址和段内的相对地址 就可以对它进行访问 即一个物理地址可以对应多个逻辑地址 11230H11231H11232H 0000H0001H0002H 1123H 1123EH1123FH11240H11241H11242H11243H11244H11245H 000EH000FH0010H0011H0012H0013H0014H0015H 段地址 偏移地址 物理地址 15H 1124H 05H 段地址 FFFEHFFFFH 1122EH1122FH 1123H 16 15H 11245H 1124H 16 05H 11245H 4 堆栈操作堆栈是在存储器中开辟的一个特定区域 开辟堆栈的目的主要有以下两点 1 存放指令中的操作数 变量 此时 对操作数进行访问时 段地址由堆栈段寄存器SS来提供 操作数在该段内的偏移地址由堆栈指针SP或基址寄存器BP来提供 2 保护断点和现场 此为堆栈的主要功能 进栈和出栈操作过程在执行进栈和出栈操作时 段地址由堆栈段寄存器SS提供 段内偏移地址由堆栈指针寄存器SP提供 当堆栈空时 SP指向栈底 每进行一次进栈操作 SP值减2 每进行一次出栈操作 SP值加2 在进栈和出栈操作过程中 SP始终指向栈顶 若已知当前SS 1050H SP 0008H AX 1234H 则8086系统中堆栈的入栈和出栈操作如下图所示 12 AA 10500H 10501H 10502H 10503H 10504H 10505H 10506H 10507H 10508H 栈底 BB 10509H 段基址 SS AX 34 12 12 34 34 PUSHAX 1050AH BB AA AA BB 12 34 34 POPBX POPAX 12 3 3 28086 8088I O组织8086 8088系统和外部设备之间是通过I O接口电路来联系的 每个I O接口都有一个或几个端口 在微机系统中每个端口分配一个地址号 称为端口地址 一个端口通常为I O接口电路内部的一个寄存器或一组寄存器 8086 8088CPU用地址总线的低16位作为对8位I O端口的寻址线 所以8086 8088系统可访问的8位I O端口有65536 64K 个 两个编号相邻的8位端口可以组成一个16位的端口 8086CPU对I O设备的读写与对存储器的读写操作类似 当CPU与偶地址的I O端口实现16位数据的存取操作时 可