ch04 16位微處理器的外部特性

第4章16位微處理器的外部特性

4.18086/8088的外部特性4.1.18086/8088的工作模式最小模式：指在系統(tǒng)中只有8086/8088一個微處理器，系統(tǒng)中的所有總線控制信號都直接由8086/8088產(chǎn)生，因此整個系統(tǒng)中的控制線路最簡單。這種工作模式稱為最小模式。最大模式：是相對于最小模式而言的，指系統(tǒng)中含有兩個或兩個以上微處理器，其中一個就是8086/8088為主處理器，其它都是協(xié)處理器。系統(tǒng)總線中的控制信號由外部器件對微處理器的某些引腳信號經(jīng)過譯碼后得到。注意：如何控制最小/最大模式？不同模式下，部分引腳的名稱與作用不同。4.1.28086的引腳注：部分引腳在最小、最大模式下不相同。為標(biāo)準(zhǔn)16位微處理器，Intel公司1970年代的產(chǎn)品關(guān)于學(xué)習(xí)cpu引腳的說明8086和8088基本上是同一時代的產(chǎn)品，在外部特性方面存在很多相似之處。因此先學(xué)習(xí)8086，后面再學(xué)習(xí)8088并體會與8086的差異。引腳的分類：地址引腳、數(shù)據(jù)引腳、狀態(tài)引腳、控制引腳、電源引腳、時鐘引腳等。從4個方面掌握微處理器的引腳：引腳名稱、引腳作用、有無三態(tài)功能、信號的有效狀態(tài)。8086引腳歸類介紹工作模式選擇引腳MN/MX（Minimum/Maximum），為輸入方向。當(dāng)該引腳輸入高電平時，8088工作在最小模式，當(dāng)輸入低電平時工作在最大模式。地址/數(shù)據(jù)復(fù)用引腳分時復(fù)用：同一個引腳在不同時段傳送功能不同的信號地址/數(shù)據(jù)引腳的表示形式為“ADi”，其中“A”表示地址，“D”表示數(shù)據(jù),“i”表示所傳送的某位地址或者數(shù)據(jù)信號的位序共有16根地址/數(shù)據(jù)復(fù)用引腳：AD15~AD0傳送地址時為輸出方向，傳送數(shù)據(jù)時為雙向具有三態(tài)功能地址/狀態(tài)復(fù)用引腳表示形式：Aj/Sk“A”表示地址，“S”表示狀態(tài),“j”表示地址信號的位序，,“k”表示狀態(tài)信號的位序共有4根：A19/S6~A16/S3均為輸出方向，具有三態(tài)功能4位狀態(tài)信號的含義：公共模式控制類引腳指在最小模式或者最大模式下作用都相同的控制類引腳引腳信號名稱方向作用備注RD讀控制三態(tài)輸出低電平有效，表示處理器從外部讀取信息讀取對象為存儲器或外設(shè)BHE/S7高字節(jié)數(shù)據(jù)允許/狀態(tài)復(fù)用輸出當(dāng)用作前者時，低電平表示高8位數(shù)據(jù)線有效，否則無效。分時復(fù)用當(dāng)用作后者時，作用未定義READY就緒輸入高電平有效，表示讀取對象就緒，否則未就緒未就緒時需要延長讀取時間INTR可屏蔽中斷請求輸入高電平有效，表示外部設(shè)備有中斷請求公共模式控制類引腳（續(xù)）引腳信號名稱方向作用備注NMI不可屏蔽中斷請求輸入上升沿有效，表示外部產(chǎn)生不可屏蔽中斷請求，cpu必須響應(yīng)RESET復(fù)位輸入高電平有效，并至少持續(xù)4個時鐘周期。有效時cpu進(jìn)行復(fù)位操作復(fù)位操作內(nèi)容后面再介紹TEST測試輸入低電平有效。當(dāng)cpu執(zhí)行wait指令時處于等待狀態(tài)，知道該信號有效后才繼續(xù)執(zhí)行后續(xù)指令該信號一般用于硬件測試BHE和AD0信號組合的含義Cpu要訪問的信息在存儲器或外設(shè)中地址的奇偶性由AD0上的地址信號決定AD15~AD0的高8位是否傳送數(shù)據(jù)由BHE決定字?jǐn)?shù)據(jù)：將連續(xù)存放的兩個字節(jié)數(shù)據(jù)構(gòu)成一個16位的字?jǐn)?shù)據(jù)。高8位存放在高地址單元，低8位存放在低地址單元。將低位字節(jié)的地址作為這個字的地址。規(guī)則字：偶地址對應(yīng)低位字節(jié)，奇地址對應(yīng)高位字節(jié)。非規(guī)則字：以奇地址開始的字。雙字?jǐn)?shù)據(jù)：4個字節(jié)，存放連續(xù)的兩個字。高對高，低對低，以最低位字節(jié)地址作為它的地址。字節(jié)、字、雙字在程序訪問中都使用首地址。補(bǔ)充1、8086CPU存儲體結(jié)構(gòu)A0D15—D8

D7—D0補(bǔ)充1、存儲單元的訪問A1-A19CSA0-A18D15-D8CSA0-A18BHE奇地址（高字節(jié)）存儲體

512K×8bit

偶地址（低字節(jié)）存儲體

512K×8bitD0-D7無效有效無效有效訪問一個字

8086CPU規(guī)則字和非規(guī)則字讀寫表

補(bǔ)充1、存儲單元讀寫表BHEAD0操作所用數(shù)據(jù)引腳匯編指令舉例00從偶地址讀寫一個字AD15~AD0MOVAX,[10]01從奇地址讀寫一個字節(jié)AD15~AD8MOVAL,[11]10從偶地址讀寫一個字節(jié)AD7~AD0IN

AL,60H11無效0①1①從奇地址讀寫一個字（分為兩次讀寫操作）AD15~AD8①AD7~AD0②OUT61H,AX1②0②最小模式下的控制類引腳只針對最小模式，最大模式下這些引腳的名稱和作用等都發(fā)生了變化8086最小模式下的總線操作類型與DT/R、M/IO、RD、WR引腳上的信號有關(guān)例如：MOVAX,[BX+20]的取源操作數(shù)階段，4個引腳的信號？ADD[SI],20H的保存結(jié)果階段，4個引腳的信號？最大模式下的控制類引腳最小模式下8個控制引腳在最大模式下的作用引腳信號名稱方向作用備注S2~S0狀態(tài)輸出8086根據(jù)3位信號的組合決定總線操作類型和總線控制信號需要使用外部器件產(chǎn)生總線控制信號QS1~QS0指令隊列狀態(tài)輸出信號組合決定8086內(nèi)指令隊列的狀態(tài)便于外部跟蹤指令隊列動作，表4-4RT/GT1、RT/GT0總線請求/允許雙向分時輸入外部設(shè)備的總線使用請求和輸出對應(yīng)的應(yīng)答信號，均為低有效相同功能的引腳與最小模式下不同。RT/GT0優(yōu)先級高LOCK總線封鎖輸出低有效，表示其它部件不能使用總線LOCK指令前綴或者中斷響應(yīng)期間有效8086最大模式下的總線操作類型由外部總線控制器8288根據(jù)3位狀態(tài)信號決定例如：MOVAX,[BX+20]的取源操作數(shù)階段，3個引腳的信號？ADD[SI],20H的保存結(jié)果階段，3個引腳的信號？電源和時鐘引腳8086采用單一5V電源+5V電源接Vcc引腳GND為接地引腳8086的標(biāo)準(zhǔn)工作頻率為5MHz，實際系統(tǒng)中的工作頻率為4.77MHz。時鐘信號的占空比為33%占空比含義時鐘信號從CLK引腳輸入時鐘信號由外部專門的器件根據(jù)晶振信號生成4.28086的總線操作相關(guān)定義總線操作：微處理器通過總線所實現(xiàn)的功能，如讀存儲器、寫存儲器、讀外設(shè)、寫外設(shè)等。T狀態(tài)：每一個工作時鐘周期對應(yīng)一個T狀態(tài)，不同T狀態(tài)下微處理器完成總線操作的各個子過程?？偩€周期：微處理器通過總線完成一次總線操作所需要的時間，包含多個T狀態(tài)?？偩€周期分類基本總線周期：完成總線操作所需的最小時間單位擴(kuò)展總線周期：總線操作需要延長后的時間單位此外，當(dāng)總線無操作時所持續(xù)的時間稱之為總線空閑。4.2.18086總線周期的構(gòu)成各類總線周期的組成基本總線周期由4個T狀態(tài)構(gòu)成：T1~T4擴(kuò)展總線周期有T1~T3、至少一個Tw（等待狀態(tài)）和T4構(gòu)成。至少包含幾個T狀態(tài)？空閑包含任意多個連續(xù)Ti（空閑狀態(tài)），至少1個在一段時間內(nèi)，根據(jù)8086所執(zhí)行程序代碼和外部設(shè)備的工作情況，總線使用情況不同，如：空閑-基本-空閑-基本-擴(kuò)展-基本-空閑-擴(kuò)展-擴(kuò)展-空閑基本總線周期與擴(kuò)展總線周期都以T1狀態(tài)開始、T4狀態(tài)結(jié)束擴(kuò)展總線周期中，1~多個連續(xù)的Tw位于T3、T4之間一個總線操作到底需要幾個T狀態(tài)？原則：①在總線操作的過程中，8086在T3的前沿檢測就緒信號READY的狀態(tài)，執(zhí)行第二步。②若READY高電平有效直接進(jìn)入T4，然后總線操作結(jié)束；否則進(jìn)入Tw，并在Tw的前沿繼續(xù)檢測READY，執(zhí)行第三步。③重復(fù)執(zhí)行第二步，直到某次檢測到READY為高電平有效進(jìn)入T4后總線操作結(jié)束?？偨Y(jié)：與8086訪問對象的工作速度有關(guān)。足夠快時通過一個基本總線周期就可以完成一次總線操作，否則需要延長整數(shù)倍個Tw?？偩€周期中各個T狀態(tài)的作用在讀、寫兩類總線操作中，總線周期中所包含的各個T狀態(tài)的作用不盡形同，但一般可以概括為：T1：輸出地址信息并鎖存，是總線周期的開始T2：撤消地址，為傳送數(shù)據(jù)作準(zhǔn)備T3：如果外部準(zhǔn)備好，則數(shù)據(jù)穩(wěn)定在總線上Tw：與T3狀態(tài)相同T4：讀寫總線上的數(shù)據(jù)，總線周期結(jié)束每個T狀態(tài)的具體作用請分析后面的總線操作時序圖。4.2.28086的總線時序以最小模式為例，講解總線讀操作、總線寫操作和復(fù)位操作的時序。關(guān)于總線時序圖反映了總線操作的各個子階段，每個子階段對應(yīng)一個T狀態(tài)。不同的T狀態(tài)下，通過8086的不同引腳傳送信號，控制cpu或外部部件完成對應(yīng)的子功能。一個總線周期T1T3T2T4CLKA19/S6～A16/S3BHE/S7AD15～AD0ALEM/IORDDT/RDEN地址，BHE狀態(tài)輸出地址輸出數(shù)據(jù)輸入低電平讀IO，高電平讀存儲器1、最小模式下的總線讀操作關(guān)于讀操作時序的幾點(diǎn)說明和思考：說明：理解各個T狀態(tài)的功能。地址/數(shù)據(jù)、地址/狀態(tài)、BHE/S7的復(fù)用時間段分別為T1和T2~T4。地址/數(shù)據(jù)復(fù)用引腳在T2直至檢測到外部器件有效前持續(xù)為高阻狀態(tài)。思考：如果（DS)=2000H,（SS)=3000H,（BX）=1000H，存儲器速度足夠塊。則8086在指令“MOVAX,[BX+2]”的取源操作數(shù)階段需要幾個總線周期，在每個總線周期的各個T狀態(tài)下不同引腳的信號值或編碼組合分別是什么？在取目的操作數(shù)時有沒有總線操作？2、最小模式下的總線寫操作一個總線周期T1T3T2T4CLKA19/S6～A16/S3BHE/S7AD15～AD0ALEM/IOWRDT/RDEN地址，BHE狀態(tài)輸出地址輸出低電平寫IO，高電平寫存儲器數(shù)據(jù)輸出關(guān)于寫操作時序的幾點(diǎn)說明和思考：說明：理解各個T狀態(tài)的功能。地址/數(shù)據(jù)復(fù)用引腳在從T2開始輸出8086要寫出的數(shù)據(jù)思考：如果（DS)=2000H,（SS)=3000H,（BP）=1000H。則8086在指令“ADDAX,[BP+1]”的取源操作數(shù)階段需要幾個總線周期，在每個總線周期的各個T狀態(tài)下不同引腳的信號值或編碼組合分別是什么？復(fù)位時序時序圖：復(fù)位后內(nèi)部寄存器的值：復(fù)位后，8086執(zhí)行的第一條指令的內(nèi)存物理地址？4.38086微處理器子系統(tǒng)8086cpu與必要的外部器件構(gòu)成微處理器子系統(tǒng)微處理器子系統(tǒng)的主要功能：為微處理器提供工作時鐘信號為微處理器提供并同步就緒信號為微處理器提供并同步復(fù)位信號將微處理器引腳的信號轉(zhuǎn)換成系統(tǒng)總線信號

8086在最小模式下的典型配置

時鐘發(fā)生器/

驅(qū)動器8位通用數(shù)據(jù)鎖存器，分流20位地址信息。8位雙向數(shù)據(jù)緩沖器，分流數(shù)據(jù)。4.3.1最小模式下的微處理器子系統(tǒng)8284A與CPU的連接

產(chǎn)生滿足8086CLK要求的占空比1/3的時鐘信號，還對復(fù)位信號RESET和準(zhǔn)備好信號READY進(jìn)行同步。1.時鐘發(fā)生器8284

8086有地址信號20位，AD19～AD0，一位高位數(shù)據(jù)線使能信號，它們都是與數(shù)據(jù)或狀態(tài)分時復(fù)用的信號，共21位。采用3片8282對地址信號進(jìn)行鎖存。

2.地址鎖存BHE8282芯片引腳圖由于8086數(shù)據(jù)是16位的，需要2片8286/8287。作用：增加數(shù)據(jù)總線的驅(qū)動能力，將數(shù)據(jù)信息分流到數(shù)據(jù)總線上，作總線收發(fā)器用。特點(diǎn)：三態(tài)輸出，8位雙向數(shù)據(jù)緩沖器區(qū)別：8286的8位輸入信號和輸出信號之間同相，8287反相3.數(shù)據(jù)收發(fā)當(dāng)其為低電平時，開啟緩沖器；高電平時，輸出高阻。T：數(shù)據(jù)傳送方向控制信號

T=1：正向三態(tài)門接通，數(shù)據(jù)從A流向BT=0：反向三態(tài)門接通，數(shù)據(jù)從B流向A連接方式：T不用數(shù)據(jù)收發(fā)器時：ADl5～AD0存儲器或I/O端口的數(shù)據(jù)線OE:4.3.2最大模式下的微處理器子系統(tǒng)注：針對4個功能展開講述，并注意與最小模式的根本區(qū)別。4.48088的外部特性也為40引腳的雙列直插封裝形式，準(zhǔn)16位處理器8088與8086在外特性方面的區(qū)別引腳方面的區(qū)別只有