[工学]第四章微处理器.ppt

2020 2 7 微型计算机原理及应用 宋廷强 1 第4章16位微处理器 2020 2 7 微型计算机原理及应用 宋廷强 2 本章教学目的 本章以16位微处理器8086 8088为中心 讲解微处理器的内部结构 地址形成 内部寄存器 工作模式 总线时序 总线操作等主要内容使学生在掌握8086CPU的基础上 进一步理解微处理器的工作原理以及与外部打交道的过程 为后面学习接口技术做准备 2020 2 7 微型计算机原理及应用 宋廷强 3 本章学习要求 1 掌握掌握CPU的内部逻辑结构及外部引脚功能 存储器结构 最小工作模式及系统配置 CPU的典型操作和时序 CPU的内部逻辑结构 CPU的主要寄存器 标志寄存器各位的功能定义 CPU的外部引脚类型 主要引脚功能 微机中存储器组成结构 存储器的分段 逻辑地址与物理地址概念 存储器堆栈的结构特点 CPU与外围芯片的连接及典型配置情况 地址锁存器 8282 及双向总线收发器 8286 时钟发生器 8284 的功能特性 时钟周期 总线周期及指令周期的定义 CPU读 写操作时序 8086CPU的中断的分类 中断类型码 中断向量的定义 硬件中断的响应过程 2020 2 7 微型计算机原理及应用 宋廷强 4 2 理解最大工作模式 8286总线收发器 8282地址锁存器 3 了解最大工作模式的配置 最大工作模式的总线操作 2020 2 7 微型计算机原理及应用 宋廷强 5 本章主要外语词汇 BIU BusInterfaceUnit 总线接口部件EU ExecutionUnit 执行部件Stack 堆栈NMI Non maskableInterupt 非屏蔽中断INTR InteruptRequest 可屏蔽中断请求 2020 2 7 微型计算机原理及应用 宋廷强 6 主要内容 16位微处理器概述8086 8088CPU的结构8086 8088CPU的引脚信号和工作模式8086 8088的主要操作功能 2020 2 7 微型计算机原理及应用 宋廷强 7 4 116位微处理器概述 微处理器 microprocessor 是微型计算机的运算及控制部件 也称中央处理单元 CPU 它本身不构成独立的工作系统 因而它也不能独立地执行程序 微处理器 microprocessor 指令控制 操作控制 时序控制 数据加工 CPU功能 数据总线宽度16位 地址总线宽度20位 可直接寻址空间220 1M字节单元 16位数据总线与地址总线复用 8086概况 1979年推出 第一代超大规模集成电路 VLSI 微处理器 采用HMOS工艺制造 内含2 9万晶体管 采用单一的 5V电源 一相时钟 时钟频率为5MHz 8086 10MHz 8086 1 8MHz 8086 2 133条指令 指令长度1 6字节 指令最短执行时间为0 4us 平均0 5us 2020 2 7 微型计算机原理及应用 宋廷强 8 4 28086 8088CPU的结构 8086为16位机 数据总线16位 8086与8088的比较 8088为准16位机 数据总线内部16位 外部8位 8086和8088CPU的内部都采用16位字进行操作及存储器寻址 两者的软件完全兼容 程序的执行也完全相同 然而 由于8088要比8086有较多的外部存取操作 所以 对相同的程序 它将执行得较慢 8086是16位数据总线 而8088是8位数据总线 在处理一个16位数据字时 8088需要两步操作而8086只需要一步 2020 2 7 微型计算机原理及应用 宋廷强 9 1234 内部暂存器 IP ES SS DS CS 输入 输出控制电路 外部总线 执行部分控制电路 ALU 标志寄存器 AHAL BHBL CHCL DHDL SP BP SI DI 通用寄存器 地址加法器 指令队列 执行部件 EU 总线接口部件 BIU 16位 20位 8位 8位 8086的内部结构 ALU数据总线 队列总线 123456 1 EU ExecutionUnit 1 功能 负责指令执行 接受从总线接口单元的指令队列中取来的指令代码 其译码和向EU内各有关部分发出时序命令信号 协调执行指令规定的操作 2 总线接口单元BIU BusInterfaceUnit 1 功能 负责与M I O端口传送数据 具体讲 总线接口部件要从内存取指令送到指令队列 CPU执行指令时 要配合执行部件从指定的内存单元或者外设端口中取数据 将数据传送给执行部件EU 或把执行部件的操作结果传给指定的M或I O口 2020 2 7 微型计算机原理及应用 宋廷强 10 4 2 1执行部件 负责指令的执行 它从指令流队列去除指令 然后分析和执行指令 同时利用内部的寄存器和ALU对数据进行所需的处理 还要负责计算操作数的16位偏移地址 执行部件EU 4个通用寄存器 即AX BX CX DX 4个专用寄存器 SI SourceIndex 源变址寄存器DI DestinationIndex 目的变址寄存器BP BasePointer 基址指针SP StackPoint 堆栈指针标志寄存器 FR 微处理器状态字 ProcessorStateWord PSW 算术逻辑部件 ALU EU的组成 2020 2 7 微型计算机原理及应用 宋廷强 11 4 2 2总线接口部件BIU 根据EU计算出的16位偏移地址及16位段地址计算出20位物理地址 并根据EU请求采用计算出的20位物理地址读 写寄存器 也可根据EU请求读 写I O设备 完成与存储器 I O端口之间传送数据 总线接口部件BIU的功能 4个段地址寄存器 即CS 16位代码段寄存器 DS 16位数据段寄存器 ES 16位附加段寄存器 SS 16位堆栈段寄存器 16位指令指针寄存器IP 20位的地址加法器 6字节的指令队列 主要组成 2020 2 7 微型计算机原理及应用 宋廷强 12 总线接口部件BIU 8086的指令队列为6个字节 8088的指令队列为4个字节 不管是8086还是8088 都会在执行指令的同时 从内存中取下一条指令或下几条指令 取来的指令就放在指令队列中 指令队列 地址加法器用来产生20位地址 8086可用20位地址寻址1M字节的内存空间 但8086内部所有的寄存器都是16位的 所以需要由一个附加的机构来根据16位寄存器提供的信息计算出20位的物理地址 这个机构就是20位的地址加法器 地址加法器用 假设CS 0FE00H IP 0400H 此时指令的物理地址为0FE400H 2020 2 7 微型计算机原理及应用 宋廷强 13 EU部件与BIU部件 在执行指令的过程中 如果必须访问存储器或者输入 输出设备 那么 执行部件就会请求总线接口部件 进入总线周期 完成访问内存或者输入 输出端口的操作 如果此时总线接口部件正好处于空闲状态 那么 会立即响应执行部件的总线请求 EU和BIU之间是通过指令流队列相互联系的 EU和BIU的联系上的不同步性 指令队列空余时的填充 当指令队列已满 而且执行部件又没有总线访问时 总线接口部件便进入空闲状态 在执行转移指令 调用指令和返回指令时 指令队列中的原有内容被自动消除 总线接口部件会接着往指令队列中装入另一个程序段中的指令 2020 2 7 微型计算机原理及应用 宋廷强 14 8086的寄存器结构 AH AL BH BL CH CL DH DL SP BP SI DI IP PSW CS DS SS ES AX BX CX DX 累加器 基址 计数 数据 数据寄存器 0 15 0 7 8 15 0 15 0 15 附加数据段 堆栈段 数据段 代码段 段寄存器 指令指针 状态标志 控制寄存器 堆栈指针 基址指针 源变址 目的变址 地址指针寄存器 变址寄存器 2020 2 7 微型计算机原理及应用 宋廷强 15 可以按字 16位 或字节 8位 形式访问 MOVBX AXINAL 20H 1 通用寄存器 1 数据寄存器AX BX CX DX作为通用寄存器 用来暂存计算过程中所用到的操作数 结果或其它信息 高8位记作 AH BH CH DH 低8位记作 AL BL CL DL 访问形式 功能 AX累加器 它是算术运算的主要寄存器 所有I O指令都使用这一寄存器与外部设备交换数据 功能 实例 2020 2 7 微型计算机原理及应用 宋廷强 16 BX 基址寄存器 对某些I O操作DX可用来存放I O的端口地址 口地址 256 MOVCX 8AGAIN LOOPAGAIN CX 1 CX 结果 0转AGAIN MOVAX BX 03H 在计算内存储器地址时 经常用来存放基址 功能 实例 CX 可以作计数寄存器使用 在循环LOOP指令和串处理指令中用作隐含计数器 功能 实例 DX 可以作为数据寄存器使用 一般在双字长乘除法运算时 把DX和AX组合在一起存放一个双字长 32位 数 DX用来存放高16位 2020 2 7 微型计算机原理及应用 宋廷强 17 经常用以在段内寻址时提供偏移地址 本身不能形成独立的地址码 2 地址指针与变址寄存器 SP BP SI DI 以字为单位在运算过程中存放操作数 可以与SS寄存器联合使用来确定堆栈段中某一存储器单元地址 在某些间接寻址中 用来存放堆栈段内偏移地址 用来指示当前堆栈栈顶的偏移地址 必须与SS段寄存器联合使用确定实际地址 BP basepointer 基址指针寄存器 2020 2 7 微型计算机原理及应用 宋廷强 18 补充 堆栈 STACK 是按后进先出原则组织的一片存储区域 用来暂存一批需要回避的数据或地址 后进先出 堆栈 暂存数据 断点信息或传送信息 用途 存取原则 堆栈段的最大深度 64KB 2020 2 7 微型计算机原理及应用 宋廷强 19 堆栈的构造 一端固定 具有最大地址的单元 数据由此向上堆积 一端浮动 指向最后被压入堆栈的数据所在存储单元 栈顶的位置随堆栈中存放数据多少而变化 用来指示当前栈顶的位置 压入的数据放入哪个单元或从那个单元弹出数据均由SP决定 堆栈段 SS Bottom XX XX XX XX 栈底 栈顶 堆栈指针 2020 2 7 微型计算机原理及应用 宋廷强 20 8086堆栈的组织 该片存储区域所包含存储单元数 其值有由初始时SP的值决定 指向栈底 1单元 如64KB的堆栈段不能满足需要 可通过修改SS来改变当前的堆栈段 使之指向另一片存储区域 同时SP重新赋值 堆栈段 由SS存放堆栈段段基值以决定其起始地址 堆栈段的长度 堆栈是按字组织的 数据的存取均为2字节操作 数据在堆栈段内的存放 堆栈区域的扩展 2020 2 7 微型计算机原理及应用 宋廷强 21 堆栈的三种基本操作 SS SP赋值 段的起始位置及长度 SP 2 SP 栈顶向上浮动数据 SS SP SS SP R MSP 2 SP数据 栈顶向下回落 1 设置堆栈 2 进栈 把数据压入堆栈 在栈顶进行 3 出栈 从栈顶取出数据送入R M 2020 2 7 微型计算机原理及应用 宋廷强 22 执行堆栈指令PUSH和POP时 指令地址是由SP给出当前栈顶的偏移地址 故将SP称为堆栈指针寄存器 SP和BP在使用上有区别 BP则是用来存放位于堆栈段中的一个数据区基址的偏移地址的 故将BP称做基址指针寄存器 2020 2 7 微型计算机原理及应用 宋廷强 23 SI SourceIndexRegister源变址寄存器 DI DestinationIndex目的变址寄存器 一般与DS联用 用来确定数据段中某一存储单元的地址 在数据串操作中 SI与DS联用 DI与ES联用 变址寄存器 SI DI 常用于变址寻址方式中的地址运算 使用场合 SI DI具有自动增量和自动减量功能 例 MOVAX SI 2020 2 7 微型计算机原理及应用 宋廷强 24 CS CodeSegmentRegister代码段寄存器用来识别当前代码段 程序一般放在代码段 2 段寄存器 段寄存器 4个16位段寄存器CS DS SS ES 用来识别当前可寻址的四个段 不可互换的使用 DS DataSegmentRegister数据段寄存器用来识别当前数据段寄存器 SS StackSegmentRegister堆栈段寄存器 用来识别当前堆栈段 ES ExtraSegmentRegister附加段寄存器 用来识别当前附加段 2020 2 7 微型计算机原理及应用 宋廷强 25 IP InstructionPointer指令指针寄存器 3 控制寄存器 IP FLAG 用来存储代码段中的偏移地址 程序运行过程中IP始终指向下一次要取出的指令偏移地址 IP要与CS寄存器相配合才能形成真正的物理地址 2020 2 7 微型计算机原理及应用 宋廷强 26 状态标志共包括6位 CF PF AF ZF SF OF 对控制标志位进行设置后 对其后的操作起控制作用 状态标志 用来记录程序中运行结果的状态信息作为后续条件转移指令的转移控制条件 也称为状态标志 控制标志 控制标志位包括3位 TF IF DF 2020 2 7 微型计算机原理及应用 宋廷强 27 每一个字节用一个唯一的地址码标示 4 2 3存储器结构 8086 8088CPU能寻址1M字节的存储单元 以8位为一个字节的顺序排列存放 地址码为一个不带符号的整数表示 范围从0到220 1 习惯用十六进制表示 即00000H FFFFFH 将存储器空间按照字节地址号顺序排列的方式称作 字节编址 2020 2 7 微型计算机原理及应用 宋廷强 28 2020 2 7 微型计算机原理及应用 宋廷强 29 16位寄存器 20位地址 地址加法器 20位地址的形成 2020 2 7 微型计算机原理及应用 宋廷强 30 2020 2 7 微型计算机原理及应用 宋廷强 31 根据各段的用途将其定义为CS DS ES SS段 并用偏移地址 距段起址的字节距离 表示被访问单元 1 存储器的分段 每段最长可达64K字节 各段起始地址能被16整除 低4位为0 各段之间可分开 部分或完全重叠 可首尾相接 2020 2 7 微型计算机原理及应用 宋廷强 32 存储器结构 续 2020 2 7 微型计算机原理及应用 宋廷强 33 存储器结构 续 段地址 每一个段首地址的低4位是 0 段首地址的高16位称为 段基址 也称段地址 段地址一般存放在段寄存器DS CS SS ES 偏移地址 每一个段的容量 64KB 0000H FFFFH 偏移地址是指一个段内的存储空间相对于段基地址的偏移 段内偏移地址一般存放在IP SP 2020 2 7 微型计算机原理及应用 宋廷强 34 任何一个存储单元对应一个20位的物理地址 也可称为绝对地址 它是由逻辑地址变换得来的 当CPU需要访问存储器时 必须完成如下的地址运算 2 存储器中的逻辑地址和物理地址 任何一个逻辑地址由段基址和偏移地址两个部分构成 它们都是无符号的16位二进制数 逻辑地址的表示 段地址 偏移地址 对应于同一物理地址 可以有不同的逻辑地址 物理地址 段地址 16 偏移地址 物理地址是唯一的 要分清段内偏移地址的来源 及其相匹配的段地址 2020 2 7 微型计算机原理及应用 宋廷强 35 例 已知某存储单元所在的段地址为0AC08H 偏移地址为2596H 试求出该单元所在的物理地址 已知某单元的物理地址为21000H 试求该单元所对应的逻辑地址 2020 2 7 微型计算机原理及应用 宋廷强 36 2020 2 7 微型计算机原理及应用 宋廷强 37 已知CS DS SS和SS分别为1055H 250AH 8FFBH和EFF0H 试分析它们在存储器中的分布情况 2020 2 7 微型计算机原理及应用 宋廷强 38 是实际地址 它具有20位的地址值 并是惟一标识1MB存储空间的某一个字节的地址 每一个存储单元看成是具有两种类型的地址 由段基址和偏移地址组成 程序以逻辑地址编址 而不是用物理地址 物理地址和逻辑地址 物理地址 逻辑地址 2020 2 7 微型计算机原理及应用 宋廷强 39 指令程序一般存放在代码段 CS 中 段地址来源于代码段寄存器 偏移地址来源于指令指针IP 即 4个段寄存器分别指向4个分段的起始字节单元 指令程序的物理地址 CS 16 IP 进行堆栈操作时 段地址寄存器为SS 偏移地址来源于栈指针寄存器SP 即 堆栈地址 SS 16 SP 对于操作数 则由数据段寄存器DS或附加段寄存器ES作为段寄存器 而偏地址取决于指令的寻址方式 2020 2 7 微型计算机原理及应用 宋廷强 40 例 在8086CPU中 设某段寄存器的内容为1000H 试确定由该段寄存器所决定的内存段的起始地址和终止地址 在8086CPU中 CS寄存器和IP寄存器的内容分别如下 试确定由CS和IP指定的内存指令地址 1 CS 1000HIP 2000H 2 CS 1234HIP ABCDH 解 10000H 1FFFFH 解 1 1000H 16 2000H 12000H 2 1234H 16 ABCDH 1CF2DH 2020 2 7 微型计算机原理及应用 宋廷强 41 按信息的分段存储和分段寻址 在存储器中存储的信息可以分为程序指令 数据 和计算机系统的状态等信息 为了寻址和操作的方便 存储器的空间可按信息特征进行分段存储 一般将存储器划分为程序区 数据区 和堆栈区 程序区中存储程序的指令代码 堆栈区存储压入堆栈的数据和状态信息 数据区中存储原始数据 中间结果和最后结果 2020 2 7 微型计算机原理及应用 宋廷强 42 数据段寄存器DS和附加段寄存器ES存储源和目的数据区段的段地址 8086 8088CPU中通常按照信息特征来区分段寄存器的作用 如 代码段寄存器CS存储程序存储器区的段地址 堆栈段寄存器SS存储堆栈区的段地址 8086 8088中设置四个段寄存器的目的除了可以扩充寻址的范围以外 还便于存储器的读 写操作 2020 2 7 微型计算机原理及应用 宋廷强 43 在执行程序时CS指定程序的段地址 IP作为程序段内的偏移量来控制取指令的地址 1 对程序区的访问 为程序单独划开的存储器区称为程序存储区 当前取指令的物理地址 代码段寄存器CS的内容左移四位加上指令指针IP的内容 2020 2 7 微型计算机原理及应用 宋廷强 44 堆栈操作所指的物理地址 堆栈段寄存器内容左移四位后加上堆栈指针的内容 2 堆栈区的操作 不同的任务程序区往往要求有对应的堆栈区 以便在执行程序时进行各自的堆栈操作 程序更新时 堆栈区也随之更新 这就需要指定堆栈段寄存器SS 2020 2 7 微型计算机原理及应用 宋廷强 45 不同任务的程序一般有与之对应的数据区 在执行指令时对区内的数据进行操作 需要设置数据段寄存器DS 3 数据区 实际操作的物理地址 数据段寄存器的内容左移四位 加上基地址寄存器BX或通过寻址获得的有效地址EA 2020 2 7 微型计算机原理及应用 宋廷强 46 字符串操作时 一般是对存储器中的两个数据块进行传送 需要在一条指令中同时指定源和目的两个数据区 4 字符串操作 需要分别使用数据段寄存器DS和附加段寄存器ES分别指定源数据区和目的数据区的段地址 用SI和DI变址寄存器指明段内偏移量 2020 2 7 微型计算机原理及应用 宋廷强 47 表中所示的访问存储器时所使用的段地址可以由指令中隐含的段寄存器提供 也可以由 可更换的段寄存器 提供 访问存储器时使用的段地址寄存器和偏移地址寄存器 段寄存器DS SS ES的内容可以通过传送类指令置入或者进行变更 但代码段寄存器不同 它的内容是当前程序指令字节地址的一部分 只能通过JMP CALL RET INT和IRET等指令来改变 段内偏移地址的来源除IP SP SI和DI外 还可以由寻址方式求得的EA确定 2020 2 7 微型计算机原理及应用 宋廷强 48 2020 2 7 微型计算机原理及应用 宋廷强 49 4 28086的总线周期 是指信号高低电平 有效或无效 变化及相互间的时间顺序关系 什么是总线操作 时序 Timing CPU时序决定系统各部件间的同步和定时 总线时序描述CPU引脚如何实现总线操作 2020 2 7 微型计算机原理及应用 宋廷强 50 总线操作是指CPU通过总线对外的各种操作 8088的总线操作主要有 存储器读 I O读操作 存储器写 I O写操作 中断响应操作 总线请求及响应操作 2020 2 7 微型计算机原理及应用 宋廷强 51 什么是指令 总线和时钟周期 描述总线操作的微处理器时序有三级 指令周期 总线周期 时钟周期 2020 2 7 微型计算机原理及应用 宋廷强 52 指令周期是指一条指令经取指 译码 读写操作数到执行完成的过程 若干总线周期组成一个指令周期 总线周期是指CPU通过总线操作与外部 存储器或I O端口 进行一次数据交换的过程 8088的基本总线周期需要4个时钟周期4个时钟周期编号为T1 T2 T3和T4总线周期中的时钟周期也被称作 T状态 时钟周期的时间长度就是时钟频率的倒数 2020 2 7 微型计算机原理及应用 宋廷强 53 基本总线周期由4个T状态组成 T1 T2 T3 T4 等待时钟周期Tw 在总线周期的T3和T4之间插入 空闲时钟周期Ti 在两个总线周期之间插入 动态演示 2020 2 7 微型计算机原理及应用 宋廷强 54 2020 2 7 微型计算机原理及应用 宋廷强 55 任何指令的取指阶段都需要存储器读总线周期 读取的内容是指令代码 何时有总线周期 任何一条以存储单元为源操作数的指令都将引起存储器读总线周期 任何一条以存储单元为目的操作数的指令都将引起存储器写总线周期 只有执行IN指令才出现I O读总线周期 执行OUT指令才出现I O写总线周期 CPU响应可屏蔽中断时生成中断响应总线周期 2020 2 7 微型计算机原理及应用 宋廷强 56 多路总线的高4位继续提供状态信息 而多路总线的低16位 8088则为低8位 上出现由CPU写出的数据或者CPU从存储器或端口读入的数据 总线操作的简要过程 CPU往总线上发出地址信息 指出要寻址的存储单元或I O端口地址 CPU撤消地址 使总线的低16位浮置成高阻状态 为传输数据做准备 总线的最高四位 A16 A19 用来输出本总线周期状态信息 2020 2 7 微型计算机原理及应用 宋廷强 57 等待状态 动态 2020 2 7 微型计算机原理及应用 宋廷强 58 等待状态Tw的插入 2020 2 7 微型计算机原理及应用 宋廷强 59 CPU总线周期采用同步时序 总线操作的同步 总线操作中如何实现时序同步是关键 各部件都以系统时钟信号为基准当相互不能配合时 快速部件 CPU 插入等待状态等待慢速部件 I O和存储器 CPU与外设接口常采用异步时序 它们通过应答联络信号实现同步操作 2020 2 7 微型计算机原理及应用 宋廷强 60 4 38086 8088CPU的引脚信号和工作模式 构成较大规模的应用系统 例如可以接入数值协处理器80878086和总线控制器8288共同形成系统总线信号 两种组态构成两种不同规模的应用系统 最小组态模式 构成小规模的应用系统8086本身提供所有的系统总线信号 最大组态模式 2020 2 7 微型计算机原理及应用 宋廷强 61 两种组态下的内部操作并没有区别IBMPC XT采用最大组态本书以最小组态展开基本原理 两种组态利用MN MX 引脚区别MN MX 接高电平为最小组态模式MN MX 接低电平为最大组态模式 2020 2 7 微型计算机原理及应用 宋廷强 62 4 3 18086的引脚信号和功能 2020 2 7 微型计算机原理及应用 宋廷强 63 4 1 2最小组态的引脚信号 数据和地址引脚读写控制引脚中断请求和响应引脚总线请求和响应引脚其它引脚 2020 2 7 微型计算机原理及应用 宋廷强 64 1 数据和地址引脚 在访问存储器或外设的总线操作周期中 这些引脚在T1状态输出存储器或I O端口的地址A15 A0 AD15 AD0 Address Data 地址 数据分时复用引脚 双向 三态 其他时间用于传送数据D15 D0 2020 2 7 微型计算机原理及应用 宋廷强 65 1 数据和地址引脚 续1 这些引脚在访问存储器的T1状态输出高4位地址A19 A16 A19 S6 A16 S3 Address Status 地址 状态分时复用引脚 输出 三态 在访问外设的第一个时钟周期全部输出低电平无效 其他时间输出状态信号S6 S3 2020 2 7 微型计算机原理及应用 宋廷强 66 1 数据和地址引脚 续2 高8位数据总线允许 状态复用引脚 输出 BHE S7 在总线周期的T1状态 8086在BHE S7引脚输出BHE信号 表示高8位数据总线D15 D8上的数据有效 在T2 T3 TW和T4状态 BHE S7引脚输出状态信号S7 但S7并未被赋予任何实际意义 2020 2 7 微型计算机原理及应用 宋廷强 67 2 读写控制引脚 ALE AddressLatchEnable 地址锁存允许 输出 三态 高电平有效 ALE引脚高有效时 表示复用引脚 AD15 AD0和A19 S6 A16 S3正在传送地址信息 由于地址信息在这些复用引脚上出现的时间很短暂 所以系统可以利用ALE引脚将地址锁存起来 2020 2 7 微型计算机原理及应用 宋廷强 68 2 读写控制引脚 续1 IO M InputandOutput Memory I O或存储器访问 输出 三态 I O或存储器访问 输出 三态 该引脚输出高电平时 表示CPU将访问I O端口 这时地址总线A15 A0提供16位I O口地址 该引脚输出低电平时 表示CPU将访问存储器 这时地址总线A19 A0提供20位存储器地址 2020 2 7 微型计算机原理及应用 宋廷强 69 2 读写控制引脚 续2 写控制 输出 三态 低电平有效 WR Write 有效时 表示CPU正在写出数据给存储器或I O端口 有效时 表示CPU正在从存储器或I O端口读入数据 RD Read 读控制 输出 三态 低电平有效 2020 2 7 微型计算机原理及应用 宋廷强 70 2 读写控制引脚 续3 IO M WR 和RD 是最基本的控制信号 组合后 控制4种基本的总线周期 2020 2 7 微型计算机原理及应用 宋廷强 71 2 读写控制引脚 续4 在总线操作周期中 8086CPU会在第3个时钟周期的前沿测试该引脚如果测到高有效 CPU直接进入第4个时钟周期如果测到无效 CPU将插入等待周期Tw READY 存储器或I O口就绪 输入 高电平有效 CPU在等待周期中仍然要监测READY信号 有效则进入第4个时钟周期 否则继续插入等待周期Tw 2020 2 7 微型计算机原理及应用 宋廷强 72 2 读写控制引脚 续5 DEN DataEnable 数据允许 输出 三态 低电平有效 有效时 表示当前数据总线上正在传送数据 可利用他来控制对数据总线的驱动 DT R DataTransmit Receive 数据发送 接收 输出 三态该信号表明当前总线上数据的流向高电平时数据自CPU输出 发送 低电平时数据输入CPU 接收 2020 2 7 微型计算机原理及应用 宋廷强 73 3 中断请求和响应引脚 有效时 表示请求设备向CPU申请可屏蔽中断 INTR InterruptRequest 可屏蔽中断请求 输入 高电平有效 该请求的优先级别较低 并可通过关中断指令CLI清除标志寄存器中的IF标志 从而对中断请求进行屏蔽 2020 2 7 微型计算机原理及应用 宋廷强 74 3 中断请求和响应引脚 续1 有效时 表示来自INTR引脚的中断请求已被CPU响应 CPU进入中断响应周期 INTA InterruptAcknowledge 可屏蔽中断响应 输出 低电平有效 中断响应周期是连续的两个 每个都发出有效响应信号 以便通知外设他们的中断请求已被响应 并令有关设备将中断向量号送到数据总线 2020 2 7 微型计算机原理及应用 宋廷强 75 3 中断请求和响应引脚 续2 不可屏蔽中断请求 输入 上升沿有效 主机与外设进行数据交换通常采用可屏蔽中断不可屏蔽中断通常用于处理掉电等系统故障 NMI Non MaskableInterrupt 有效时 表示外界向CPU申请不可屏蔽中断 该请求的优先级别高于INTR 并且不能在CPU内被屏蔽 当系统发生紧急情况时 可通过他向CPU申请不可屏蔽中断服务 2020 2 7 微型计算机原理及应用 宋廷强 76 4 总线请求和响应引脚 总线保持 即总线请求 输入 高电平有效 DMA控制器等主控设备通过HOLD申请占用系统总线 通常由CPU控制 HOLD 有效时 表示总线请求设备向CPU申请占有总线 该信号从有效回到无效时 表示总线请求设备对总线的使用已经结束 通知CPU收回对总线的控制权 2020 2 7 微型计算机原理及应用 宋廷强 77 4 总线请求和响应引脚 续1 HLDA HOLDAcknowledge 总线保持响应 即总线响应 输出 高电平有效 有效时 表示CPU已响应总线请求并已将总线释放 此时CPU的地址总线 数据总线及具有三态输出能力的控制总线将全面呈现高阻 使总线请求设备可以顺利接管总线 待到总线请求信号HOLD无效 总线响应信号HLDA也转为无效 CPU重新获得总线控制权 2020 2 7 微型计算机原理及应用 宋廷强 78 5 其它引脚 RESET 复位请求 输入 高电平有效 该信号有效 将使CPU回到其初始状态 当他再度返回无效时 CPU将重新开始工作 8088复位后CS 0FFFFH IP 0000H 所以程序入口在物理地址0FFFF0H 2020 2 7 微型计算机原理及应用 宋廷强 79 5 其它引脚 续1 系统通过该引脚给CPU提供内部定时信号 CLK Clock 时钟输入 8086的时钟频率为 5MHz 8086 10MHz 8086 1 8MHz 8086 2 2020 2 7 微型计算机原理及应用 宋廷强 80 5 其它引脚 续2 Vcc 电源输入 向CPU提供 5V电源 接地 向CPU提供参考地电平 GND MN MX Minimum Maximum 接高电平时 8086引脚工作在最小模式 反之 8086工作在最大模式 工作模式选择 输入 2020 2 7 微型计算机原理及应用 宋廷强 81 5 其它引脚 续3 当CPU执行WAIT指令时 他将在每个时钟周期对该引脚进行测试 如果无效 则程序踏步并继续测试 如果有效 则程序恢复运行 TEST 测试 输入 低电平有效 该引脚与WAIT指令配合使用 2020 2 7 微型计算机原理及应用 宋廷强 82 引脚 小结 CPU引脚是系统总线的基本信号可以分成三类信号 16位数据线 D0 D1520位地址线 A0 A19控制线 ALE IO M WR RD READYINTR INTA NMI HOLD HLDARESET CLK Vcc GND 有问题 2020 2 7 微型计算机原理及应用 宋廷强 83 引脚 提问 提问之一 CPU引脚是如何与外部连接的呢 提问之二 CPU引脚是如何相互配合 实现总线操作 控制系统工作的呢 解答 总线形成 解答 总线时序 2020 2 7 微型计算机原理及应用 宋廷强 84 4 1 3最小模式的总线形成 1 20位地址总线 采用3个三态透明锁存器8282进行锁存和驱动 2 8位数据总线 采用数据收发器8286进行驱动 3 系统控制信号 由8086引脚直接提供 2020 2 7 微型计算机原理及应用 宋廷强 85 最小模式下的系统配置 3片8282或74LS373 用来作为地址锁存器 1片8284A 作为时钟发生器 当系统中所连的存储器和外设较多时 需要增加数据总线的驱动能力 这时 要用两片8286 8287作为总线收发器 2020 2 7 微型计算机原理及应用 宋廷强 86 8282锁存器芯片 CPU与外部交换数据需要锁存一些复用信号 需要锁存地址信号 需要锁存BHE信号 2020 2 7 微型计算机原理及应用 宋廷强 87 总线收发器8286 当一个系统中所含的外设接口较多时 数据总线上需要有发送器和接收器来增加驱动能力 发送器和接收器简称为收发器 也常常称为总线驱动器 8286收发器芯片是Intel系统的典型收发器芯片 8位 在数据总线为8位的8088系统中 只用1片8286就可以构成数据总线收发器 而在数据总线为16位的8086系统中 则要用两片8286 2020 2 7 微型计算机原理及应用 宋廷强 88 2020 2 7 微型计算机原理及应用 宋廷强 89 时钟发生器8284A 8284A的功能 产生恒定的时钟信号 对准备信号 READY 及复位信号 RESET 进行同步 外界控制信号RDY及RES信号可以在任何时候到来 8284A能把它们同步在时钟后沿 下降沿 时输出READY及RESET信号到8086CPU 8284A的振荡源一般采用晶体振荡器 也可以用外接脉冲发生器作为振荡源 此时 8284A的F C端应接高电平 8284A输出的时钟频率为振荡源频率的1 3 2020 2 7 微型计算机原理及应用 宋廷强 90 2020 2 7 微型计算机原理及应用 宋廷强 91 4 48086 8088的主要操作功能 一个微型机系统要完成各种任务 其中有一些操作是最基本的 8086的主要的基本操作有 系统的复位和启动操作 总线操作 中断操作 最小工作模式下的总线请求 最大工作模式下的读 写操作 2020 2 7 微型计算机原理及应用 宋廷强 92 4 4 1系统的复位和启动操作 8086 8088的复位和启动操作是在RESET引脚上加上触发信号来执行的 2020 2 7 微型计算机原理及应用 宋廷强 93 8086 8088要求复位信号 RESET 至少有4个时钟周期的高电平 如果是初次加电的启动 则要求有大于50 s的高电平 复位时内部各寄存器的值 在复位的时候 代码段寄存器CS和指令指针寄存器IP分别初始化为FFFFH和0000H 所以 8086 8088在复位之后再重新启动时 便从内存的FFFF0H处开始执行指令 使系统在启动时 能自动进入系统程序 复位信号RESET从高电平到低电平的跳变会触发CPU内部的一个复位逻辑电路 经过7个时钟周期之后 CPU就被启动而恢复正常工作 即从FFFF0H处开始执行程序 2020 2 7 微型计算机原理及应用 宋廷强 94 4 4 2总线操作 8086 8088CPU中各单元之间以及与外设的数据交换 都是通过总线来进行的 总线操作有两种情况 即总线读操作及总线写操作 总线读操作指CPU从存储器或外设端口读取数据 总线写操作指CPU把数据写入存储器或外设端口 2020 2 7 微型计算机原理及应用 宋廷强 95 读操作 2020 2 7 微型计算机原理及应用 宋廷强 96 4 4 3中断操作 微机系统为适应各种需要 都有一个中断系统 8086 8088是16位微处理器 它的中断系统可以处理256种不同类型的中断 8086 8088的中断分类 硬件中断 软件中断 非屏蔽中断 可屏蔽中断 2020 2 7 微型计算机原理及应用 宋廷强 97 2020 2 7 微型计算机原理及应用 宋廷强 98 中断向量是中断处理子程序的入口地址 每个中断类型对应一个中断向量 8086 8088对256种中断都对应有一个类型码 所以 256种中断所对应的类型码为0 255 2 中断向量 2 中断向量表 在8086 8088微机系统的内存中 把0段的0000 03FFH区域设置为一个中断向量表 每一个中断向量占4个存储单元 中断向量的存放 2020 2 7 微型计算机原理及应用 宋廷强 99 8086 8088的中断向量表如下图所示 2020 2 7 微型计算机原理及应用 宋廷强 100 已知类型号为17H的中断处理子程序存放在1234 3456H开始的内存区域中 而17H中断对应的中断向量存放在0000 005CH处 所以 0段005CH 005DH 005EH和005FH的内容应该是什么 例如 56 34H 34H及12H 2020 2 7 微型计算机原理及应用 宋廷强 101 8086 8088为外部设备提供两条引线即NMI和INTR来送入中断请求信号 硬件中断 从NMI引脚进入 非屏蔽中断 不受中断允许标志IF影响 非屏蔽中断的类型号为2 非屏蔽中断处理子程序的入口地址放在0段的0008H 0009H 000AH和000BH这4个单元中 2020 2 7 微型计算机原理及应用 宋廷强 102 1 把现场的数据立即转移到非易失性的存储器中 当NMI引脚上出现中断请求时 一般采用以下措施 2 启动备用电源 非屏蔽中断 INTR端引入 受IF标志位影响 2020 2 7 微型计算机原理及应用 宋廷强 103 可屏蔽中断的响应过程 INTR有请求 中断允许标志为1 开始响应外部的中断请求 2020 2 7 微型计算机原理及应用 宋廷强 104 5 根据前面得到的中断类型码 到内存0000段的中断向量表中找到中断向量 再根据中断向量转入相应的中断处理子程序 CPU在响应外部中断 并进入中断子程序的过程 1 从数据总线上读取中断类型码 将其存入内部暂存器 2 将标志寄存器的值推入堆栈