微機原理講義-第1章04-10-1

1微機原理與接口技術(shù)2普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材

微型計算機原理及應用

（第二版）候曉霞王建宇編著化學工業(yè)出版社教材：3微型計算機原理及應用學習指導趙邦信林嶸編著化學工業(yè)出版社教輔：4課程內(nèi)容第一章微型計算機概述第二章8086/8088指令系統(tǒng)

第三章匯編語言程序設(shè)計

第四章存儲器系統(tǒng)

第五章定時與計數(shù)

第六章輸入輸出控制

第七章串并行通信及其接口技術(shù)

第八章總線技術(shù)第九章D/A、A/D轉(zhuǎn)換與接口技術(shù)5學習并掌握先修課的有關(guān)內(nèi)容課堂： 聽講與理解、適當筆記課后： 認真看書、消化記憶、完成作業(yè)實驗： 充分準備、細心實驗成績： 期末考試成績80% +平時成績20%學習

要求學習方法建議6第一章微型計算機概述71.1微機發(fā)展概述一、微機的發(fā)展微處理器近40年的發(fā)展歷程，頭20年是Intel時代。每隔7、8年，處理器位數(shù)就會有一個較大的飛躍。如1971年第一片4位微處理器4004，1978年16位處理器8086，1985年32位處理器80386。計算機的發(fā)展核心部件為CPU，因此本小節(jié)主要以CPU的發(fā)展情況來分析微機的發(fā)展過程，以Intel公司的CPU為主線。8時間系列DB(內(nèi)/外)AB內(nèi)存?zhèn)渥?978808616/16201MBIBM用其制造PC機1979808816/8201MBIBM用其制造PC機19828028616/162416MB增加保護模式,處理超過1MB的內(nèi)存19858038632/32324GB內(nèi)存分頁,模擬多個8086同時工作198980486倍頻,使外部設(shè)備的發(fā)展跟上CPU主頻1993Pentium超標量結(jié)構(gòu),具有超頻性能9時間系列特點1996Pentiumpro(高能奔騰)片內(nèi)封裝了與原CPU同頻運行的256KB或512KB二級緩存,支持動態(tài)預測執(zhí)行1997PentiumMMx(多能奔騰)

一級緩存32KB,增加MMX(多媒體擴展指令)1997PIIPentiumpro的改進,鎖定CPU的倍頻數(shù)1998賽揚較好的超頻性能1999PIIICPU序列號,支持SSE(單一指令多數(shù)據(jù)流擴展),大大加強在三維圖像和浮點運算方面的能力2000賽揚II二級緩存與CPU之間的通道擴展到256位

10二、微型計算機的特點體積小，重量輕價格低可靠性高，結(jié)構(gòu)靈活應用面廣功能強，性能高1112CPU實物圖13習題與思考：試述微型計算機系統(tǒng)與一般計算機系統(tǒng)的聯(lián)系和差別。微型計算機系統(tǒng)有哪些特點？具有這些特點的根本原因是什么？141.2微機工作過程一、微機的基本結(jié)構(gòu)運算器控制器存儲器輸入輸出中央處理器俗稱:CPU主機計算機硬件I/O設(shè)備馮·諾依曼計算機的5個組成部分15存儲器輸入設(shè)備運算器控制器輸出設(shè)備鍵盤、掃描儀等存放程序、數(shù)據(jù)、結(jié)果運行程序,輸出結(jié)果顯示器、打印機等CPU16微機系統(tǒng)的組成

微型計算機再加上外設(shè)、電源、軟件等構(gòu)成微機系統(tǒng)。微機系統(tǒng)常用的外圍設(shè)備有顯示器、打印機、鍵盤等；系統(tǒng)軟件一般包括操作系統(tǒng)、編譯、編輯、匯編軟件等。微處理器、微型計算機與微型計算機系統(tǒng)三者之間的關(guān)系如下

17微型計算機采用總線結(jié)構(gòu)總線：連接多個功能部件或多個裝置的一組公共信號線。內(nèi)部總線：CPU內(nèi)部各功能部件和各寄存器的連線。外部總線：又稱系統(tǒng)總線，即連接CPU、存儲器和I/O接口的總線。一個部件只要符合總線標準，就可以連接到采用這種總線標準的系統(tǒng)中。微型機中目前主要采用的總線有：PCI總線、ISA總線、VESA總線等。雖然總線的標準不同，但都包括三類總線：地址總線（AB）、數(shù)據(jù)總線（DB）、控制總線（CB）。18CPU插座內(nèi)存條插座軟驅(qū)、硬盤IDE連接器電源連接器PCI總線插槽華碩P4T主板實物照片芯片組

I/O端口1920內(nèi)存讀寫時地址、數(shù)據(jù)、控制總線如何配合？b0為1或01.地址線控制數(shù)據(jù)線導通2.寫入數(shù)據(jù)時，寫入控制有效，數(shù)據(jù)線上的位信息（0或1）進入存儲器。3.讀出數(shù)據(jù)時，讀出控制有效，存儲器上的位信息（0或1）流向數(shù)據(jù)線。readwrite21對內(nèi)存一個字節(jié)的操作：數(shù)據(jù)總線和控制總線是公用的，每個字節(jié)的地址信號應不同，即同一時刻只有一根地址線有效。22地址線1為0電平，地址線2為1電平，第一個存儲器的存儲單元中的數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)線相連，在控制信號的作用下進行操作。地址線1為1電平，地址線2為0電平，第二個存儲器的存儲單元中的數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)線相連，在控制信號的作用下進行操作。23地址線1為1電平，地址線2為1電平，兩個存儲器的存儲單元中的數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)線都不相連。地址線1為0電平，地址線2為0電平，兩個存儲器的存儲單元中的數(shù)據(jù)都與數(shù)據(jù)線相連，造成數(shù)據(jù)總線混亂，不能進行正確操作。由此可見，在任何時候，最多只能有一個地址線信號為024內(nèi)存的容量為1M字節(jié)，即1024×1024個字節(jié)，CPU芯片不可能引出這么多的地址線，如何解決地址線單一控制的問題？地址線A0為0電平，存儲單元1有效；地址線A0為1電平，存儲單元2有效。一根地址線可以控制兩個存儲單元。25A0A1存儲單元000110111有效2有效3有效4有效2-4譯碼器兩根地址線最多可控制4個存儲單元.263根地址線用3-8譯碼器進行尋址，共尋址8個單元4根地址線用4-16譯碼器進行尋址，共尋址16個單元n根地址線最多可尋址2n個單元如果一個微機的CPU有16根地址引出線，那么這個微機最多能有多大容量的存儲器？64KB問：1MB容量的內(nèi)存需要多少根地址線？27地址總線（AddressBus）用來傳送地址的信號線地址總線的根數(shù)(位數(shù))決定了CPU可以直接尋址的內(nèi)存范圍。比如，有兩根地址線，每一根地址線都可以有0,1兩種狀態(tài)，兩根地址線共有11011000這四種狀態(tài)，即可尋址4個空間，4個字節(jié)。28同樣，3根地址線共有8種狀態(tài)，為：0000010100111001011101114根地址線共有16種狀態(tài)，為：0000000100100011010001010110011110001001101010111100110111101111地址線的根數(shù)(位數(shù))n與CPU可直接尋址范圍的大小之間的關(guān)系為：內(nèi)存范圍＝2n298位地址線直接尋址范圍為256個字節(jié)。16位地址線直接尋址范圍為216＝64KB8086的地址總線為20位，故8086的尋址范圍為220字節(jié)，即1MB。地址總線的信號總是從CPU送出，所以地址總線是單向的。地址總線上的信號除了高低電平外，還可以處于高阻（浮空）狀態(tài)，稱為單向、三態(tài)總線。30數(shù)據(jù)總線（DataBus）用來傳送指令代碼和數(shù)據(jù)的信號線，即傳送的是內(nèi)存中存儲的內(nèi)容，數(shù)據(jù)總線的位數(shù)決定CPU一次可以傳輸或處理多少字節(jié)的數(shù)據(jù)，這個指標也稱數(shù)據(jù)總線的寬度。8086為16位微處理器，即數(shù)據(jù)總線可允許16位二進制數(shù)據(jù)一次通過，進行運算存儲處理。8088的內(nèi)部為16位數(shù)據(jù)總線，外部為8位數(shù)據(jù)總線目前的主流微機為64/32位數(shù)據(jù)總線。31準16位機16位機32數(shù)據(jù)總線是雙向的，既可以由CPU向存儲器和外設(shè)送出，又可以接收存儲器和外設(shè)的數(shù)據(jù)。同時，數(shù)據(jù)總線也存在高阻（浮空）的狀態(tài)，為雙向、三態(tài)總線。33控制總線（ControlBus）用來傳送控制信號。根據(jù)微處理器的不同或連接的芯片、設(shè)備的不同，要求的具體控制信號的時序、狀態(tài)也不同，要根據(jù)實際的需要進行連接、設(shè)置?？刂菩盘柧€，根據(jù)使用條件不同，有單向、雙向、三態(tài)或非三態(tài)信號線。34微機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與基本功能典型8位微處理器結(jié)構(gòu)用來完成算術(shù)和邏輯運算特殊的寄存器,有很多指令與其有關(guān)指示運算結(jié)果的狀態(tài)存放下一條指令的地址CPU中的存儲單元,8位35二、微機工作過程程序存儲：將編寫好的程序放入計算機的內(nèi)存，程序中的每條指令是按順序存放的。程序控制：控制器從存儲器中一條一條地取出指令、分析指令、根據(jù)不同的指令向各部件發(fā)出完成該指令的控制信號。程序在計算機是以指令的形式存儲的，指令是計算機可以識別的命令，是一系列的二進制代碼。以8位微機為例進行說明36欲完成的任務(wù)：將整數(shù)10和20相加，將結(jié)果放入內(nèi)存地址為30H的單元中。分析：在計算機中，兩個數(shù)不能直接相加，首先應將一個整數(shù)10放入累加器AL中，再使AL與另一個整數(shù)20相加，結(jié)果就在AL中，然后將AL中的內(nèi)容放到指定的內(nèi)存單元中。37內(nèi)存中相應的機器碼如下：將一個數(shù)10放入AL中地址內(nèi)容20H0111010021H0000101022H0011010023H0001010024H0101001125H0011000026H01000011…………30HAL中的數(shù)加上20將AL中的數(shù)放入30H單元停止操作操作碼：將一個數(shù)放入AL中操作數(shù)：即將放入AL中數(shù)值有一字節(jié)、兩字節(jié)和多字節(jié)指令38將一個數(shù)10放入AL中地址內(nèi)容20H0111010021H0000101022H0011010023H0001010024H0101001125H0011000026H01000011…………30HAL中的數(shù)加上20將AL中的數(shù)放入30H單元停止操作匯編語言MOVAL,10ADDAL,20MOV[30H],ALHLT00011110運行后的結(jié)果匯編語言與機器一一語言對應。39程序計數(shù)器,自動加11234地址總線5678數(shù)據(jù)總線取指階段示意40程序計數(shù)器,自動加11234地址總線567數(shù)據(jù)總線執(zhí)指階段示意完成一個指令周期41習題與思考：1．微型計算機由哪些部件組成？各部件的主要功能是什么？2．試說明程序存儲及程序控制的概念。3．請說明微型計算機系統(tǒng)的工作過程。4．試說明微處理器字長的意義。5．什么是微處理器？什么是微型計算機？什么是微機系統(tǒng)？它們之間的關(guān)系如何？42431.38086/8088微處理器8086/8088是Intel公司的第三代CPU芯片，是使用最為廣泛的微處理器。均為40腳雙列直插芯片。20根地址線，尋址范圍為220＝1MB。這兩種CPU根據(jù)系統(tǒng)規(guī)模的大小，均有兩種工作模式，最大模式和最小模式，在這兩種模式的工作下，個別引腳信號的定義不同。一般工作在最大模式，最小模式引腳信號的定義在括號中。448088808645468086CPU8088CPU對外是16位數(shù)據(jù)總線對外是8位數(shù)據(jù)總線每次讀寫一個字每次讀寫一個字節(jié)指令隊列為6個字節(jié)指令隊列為4個字節(jié)AD0～AD15為數(shù)據(jù)/地址復用線AD0～AD7為數(shù)據(jù)/地址復用線有BHE（高字節(jié)允許）信號無BHE信號，而為狀態(tài)信號SS0存儲器與I/O接口選通線為M/IO存儲器與I/O接口選通線為M/IO47一、編程結(jié)構(gòu)8086/8088CPU從功能上可分為兩個部分總線接口部件BIU:BusInterfaceUnit執(zhí)行部件EU:ExecutionUnit總線接口部件功能：負責與存儲器、I/O傳送數(shù)據(jù)執(zhí)行部件的功能：完成指令的譯碼與執(zhí)行工作。4849段寄存器8086用20位地址尋址，但內(nèi)部的寄存器均為16位，所以要由段寄存器和其他寄存器相加形成20位地址進行尋址。指令隊列8086在執(zhí)行指令的同時，從內(nèi)存中取出下一條或下幾條指令放在指令隊列中,這樣,取指和執(zhí)值分開操作,可以節(jié)省時間,連續(xù)執(zhí)行指令50取指執(zhí)值取指執(zhí)值…………取指取指取指取指……執(zhí)值執(zhí)值執(zhí)值執(zhí)值BIU和EU同時進行，加快程序的執(zhí)行速度。BIU使用指令隊列電路來實現(xiàn)流水線操作，該隊列為先進先出隊列（FIFO），有兩個指針，允許預取6個字節(jié)的指令代碼。BIU的操作原則是：511)

每當隊列中有兩個字節(jié)的空間時，BIU就自動地順序預取后續(xù)指令代碼，并填入指令隊列中。2)

如果指令隊列已滿，且EU又無請求時，BIU不執(zhí)行任何總線周期，進入空閑狀態(tài)。3)

當EU在執(zhí)行中須向BIU申請從內(nèi)存或I/O口讀寫操作數(shù)時，若此時BIU空閑，則會立即完成EU請求；否則BIU先完成取指令操作，然后再進行操作數(shù)的讀寫總線周期(執(zhí)行EU)。4)

如果EU執(zhí)行轉(zhuǎn)移指令，則BIU清除隊列機構(gòu)，從新地址取得指令，并立即送給EU去執(zhí)行。然后從后續(xù)指令序列中取指令填滿隊列。52指令指針寄存器IP：控制CPU指令的執(zhí)行順序，存放指令代碼在內(nèi)存中的相對地址，順序執(zhí)行時，CPU每取一個指令字節(jié)，IP自動加1。53數(shù)據(jù)寄存器4個16位數(shù)據(jù)寄存器,每個都可以分為2個8位寄存器單獨使用。一般用于以下用途：AX：累加器ADDBX:基址寄存器BASECX:計數(shù)寄存器COUNTERDX：數(shù)據(jù)寄存器DATA54SP:堆棧指針寄存器，指示堆棧在內(nèi)存中的相對位置。BP:基數(shù)指針寄存器，存放數(shù)據(jù)在內(nèi)存中的基地址，使尋址方式更為靈活。SI:源操作數(shù)變址寄存器，存放源數(shù)據(jù)的地址。DI:目的操作數(shù)變址寄存器，存放目的數(shù)據(jù)的地址。SIDIsourcedestination55標志寄存器標志寄存器PSW：存放CPU當前的狀態(tài)。16位寄存器，8088/8086用了其中的9位，標志寄存器這9位的含義在程序的編寫和調(diào)試中起決定性的作用。56OFDFIFTFSFZFAFPFCF1514131211109876543210for(i=0;i<10;i++)s=s+i;MOVCX,10A1:……;開始計算……

DECCX;CX減1JNZA1;不為0,執(zhí)行A1

……語句標號指令中程序的分支，轉(zhuǎn)向均是通過判斷標志寄存器的標志位實現(xiàn)的。CPU在這時去判斷零標志ZF57CF:進位標志，運算器在加減法中出現(xiàn)進位或借位時該標志位置1。CarryFlagPF:奇偶標志，運算結(jié)果的低8位中1的個數(shù)為偶數(shù)時該標志位置1。ParityFlagAF:半進位標志，加法或減法時，位3向位4進位或借位時該標志位置1。用于BCD(十進制)運算。AuxiliaryZF:零標志，運算結(jié)果為零時該標志位置1。ZeroSF:符號標志位，當運算結(jié)果的最高位為1(負數(shù))時該標志位置1。SignOFDFIFTFSFZFAFPFCF151413121110987654321058OFDFIFTFSFZFAFPFCF1514131211109876543210TF:單步標志，該位置1時，8088/8086進入單步運行方式，即每條指令執(zhí)行完后都產(chǎn)生中斷，供用戶檢查各個寄存器及內(nèi)存的當前狀況，通常用于調(diào)試。TrapFlsgIF:中斷標志，該位置1時，8088/8086的CPU可以響應外部可屏蔽中斷，否則，將外部可屏蔽中斷屏蔽，即使有中斷申請信號也不予理會。

InterruptFlagDF:方向標志，該位置1時，串操作指令為自動減量指令，即從高地址向低地址處理字符串。串操作指令是對內(nèi)存中連續(xù)的數(shù)據(jù)進行自動成批操作。DirectionFlag59OFDFIFTFSFZFAFPFCF1514131211109876543210OF:溢出標志，在算術(shù)運算中，帶符號數(shù)的運算結(jié)果超出8位或16位帶符號數(shù)所能表達的范圍時，該標志位置1例如：8位數(shù)運算，當100+34時，結(jié)果為134，超過8位正數(shù)的最大值127，此時，該標志位置1。Overflow100：0110010034：00100010011001000010001010000110

+兩個正數(shù)相加，結(jié)果為負數(shù)，這是由正數(shù)表示范圍溢出造成的正數(shù)和正數(shù)相加，負數(shù)和負數(shù)相加有可能造成溢出60OF溢出的判斷方法如下：加法運算：

若兩個加數(shù)的最高位為0，而和的最高位為1，則產(chǎn)生上溢出；若兩個加數(shù)的最高位為1，而和的最高位為0，則產(chǎn)生下溢出；兩個加數(shù)的最高位不相同時，不可能產(chǎn)生溢出。減法運算：若被減數(shù)的最高位為0，減數(shù)的最高位為1，而差的最高位為1，則產(chǎn)生上溢出；若被減數(shù)的最高位為1，減數(shù)的最高位為0，而差的最高位為0，則產(chǎn)生下溢出；被減數(shù)及減數(shù)的最高位相同時，不可能產(chǎn)生溢出。

61舉例：0101010000111001＋01000101011010101001100110100011CF＝0、AF＝1、PF＝1、ZF＝0、SF＝1、OF＝1（兩正數(shù)相加結(jié)果為負）62OFDFIFTFSFZFAFPFCF1514131211109876543210是控制位，不是反映目前CPU的狀態(tài)，而是由程序進行設(shè)置，使CPU根據(jù)設(shè)置的狀態(tài)運行。其他標志位則是反映CPU的當前運行狀態(tài)，程序可以通過判斷這些標志進行轉(zhuǎn)向、循環(huán)等。63二、存儲器組織結(jié)構(gòu)8086/8088有20根地址線，可尋址1MB空間的內(nèi)存，當程序運行時，程序代碼，數(shù)據(jù)等被編譯程序按照一定的規(guī)則放在內(nèi)存中。CPU也依據(jù)同樣的規(guī)則取指、執(zhí)值、存取數(shù)據(jù)、控制程序?！绦駽PU內(nèi)存64程序在內(nèi)存中是分段存放的，即指令代碼、數(shù)據(jù)、堆棧分開存放，每段有明確的首地址，段和段之間的地址可以連續(xù)、斷開、重疊。代碼段(CODE)：存放CPU可以運行的指令，程序代碼；數(shù)據(jù)段(DATA)：存放程序中定義的變量等數(shù)據(jù)；堆棧段(STACK)：在程序調(diào)用時存放調(diào)用處的地址、寄存器的內(nèi)容、調(diào)用的參數(shù)等，在調(diào)用完后對寄存器進行恢復；存放一些臨時保存的數(shù)據(jù)；附加數(shù)據(jù)段(EXTRA)：與數(shù)據(jù)段配合使用,使編程更加靈活每類段又可以由多個邏輯段組成，每個邏輯段的長度不大于64KB。65…………碼段堆棧段數(shù)據(jù)段…………碼段1堆棧段數(shù)據(jù)段碼段2每段的長度均小于等于64KB，即16位寄存器能表示的最大范圍。668086/8088有20根地址線，但每個寄存器只有16位，如何能正確地給出指令或數(shù)據(jù)的唯一的地址？內(nèi)存空間的唯一地址(20位)稱為物理地址是由兩部分組成的：

基地址(絕對地址)×16+偏移地址(相對地址)基地址16位偏移地址0000XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX+20位物理地址67例如：基地址：21ABH偏移地址：1678H物理地址：21AB01678+2312823128H每一個邏輯段中，基地址是由計算機編譯系統(tǒng)分配的，在這個邏輯段中不能改變，而偏移地址從0000H開始，最長到FFFFH，所以一個邏輯段的長度不能超過64KB。68…………碼段堆棧段數(shù)據(jù)段物理地址:XXXX0H其中：XXXX為基地址…………000200010000……偏移地址從0000H起基地址與偏移地址用兩個寄存器分別存放，在同一邏輯段尋址時只對偏移地址進行變動即可。69段地址寄存器段地址寄存器：分別存放正在處理的相應段的基地址。CS:CODE代碼段DS:DATA數(shù)據(jù)段SS:STACK堆棧段ES:EXTRA附加段段地址寄存器的內(nèi)容左移4位，與相應段的偏移地址相加，形成20位的物理地址。70其中：代碼段的偏移地址是由指令指針寄存器IP給出的。這個寄存器不能由指令直接賦值。指令指針寄存器當微處理器復位時，CS中的內(nèi)容為FFFFH，IP的內(nèi)容為0000H，所以計算機復位后的第一條指令是從FFFF0H處開始運行的71習題與思考1．8086/8088CPU由哪兩部分組成？它們的主要功能各是什么？它們之間是如何協(xié)調(diào)工作的？

2．8086/8088CPU中有哪些寄存器？各有什么用途？標志寄存器F有哪些標志位？各在什么情況下置位？

3．8086/8088系統(tǒng)中儲存器的邏輯地址和物理地址之間有什么關(guān)系？表示的范圍各為多少？4.已知當前數(shù)據(jù)段位于儲存器的A1000H到B0FFFH范圍內(nèi)，問DS=？5．某程序數(shù)據(jù)段中存有兩個數(shù)據(jù)字1234H和5A6BH，若已知DS=5AA0H，它們的偏移地址分別為245AH和3245H，試畫出它們在儲存器中的存放情況。72三、8088/8086CPU引線及其功能具有40根管腳的集成芯片。引腳分成三組，分別為地址引線、數(shù)據(jù)引線、控制引線。1.數(shù)據(jù)地址線分時復用地址引線有20條，數(shù)據(jù)引線有16條，為了減少外接引線的數(shù)目，數(shù)據(jù)引線和地址引線的低16位是分時復用的。73CPU在總線上每完成一次數(shù)據(jù)的傳送稱為一個總線周期。一個總線周期由4個時鐘周期T1～T4組成。在8086的數(shù)據(jù)、地址復用引腳上，T1時刻出現(xiàn)的是地址信號，T2～T4時刻出現(xiàn)的是數(shù)據(jù)信號。16根信號線，有低有高，圖為簡化形式7475地址信號連接地址總線，數(shù)據(jù)信號連接數(shù)據(jù)總線，如何能將同一根信號線上的不同時段的信號送至不同的目的地？在8086中，隨地址信號一起發(fā)出的還有第25腳的ALE信號(地址使能):AddressEnable，該信號打開地址鎖存器鎖存地址信號。ALE信號76T1時刻，鎖存器開啟，鎖存地址信號至地址總線端。77地址線的高4位也是復用線：地址/狀態(tài)復用線。T1時刻，發(fā)送地址信號；T2～T4時刻，輸出CPU當前的狀態(tài)信息,即使用狀況。A16/S3～A19/S6S6:為0指示8086當前與總線相連(S6一直為0)S5:表明中斷運行標志IF的當前狀況。為1，當前允許可屏蔽中斷請求；為0，禁止。S4,S3合起來表示當前正在使用哪一個段寄存器S3S4說明00正在使用ES01SS10CS或未使用11DS78792.最大最小工作模式最小工作模式:微機系統(tǒng)中只有一個CPU，所有總線控制信號都直接由8086產(chǎn)生，系統(tǒng)中總線控制邏輯電路被減少到最小。最大工作模式:微機系統(tǒng)中允許有兩個或兩個以上微處理器存在，其中一個主處理器是8086，其他的稱為協(xié)處理器。與8088/8086CPU配合工作的協(xié)處理器有兩類，一類是數(shù)值協(xié)處理器8087.另一類是輸入/輸出協(xié)處理器8089。80最大最小模式控制腳33腳是最大最小工作模式控制腳，接高電平為工作在最小模式；接低電平為工作在最大模式。81輸入輸出S1S2S3D1D2D3D4D5D6D7D80000111111100110111111010110111110111110111110011110111101111110111101111110111111111110一組輸入對應著唯一的一根輸出線有效。8212345輸出地址地址選通讀信號有效數(shù)據(jù)從內(nèi)存輸出數(shù)據(jù)上數(shù)據(jù)總線8312345輸出地址地址選通寫信號有效數(shù)據(jù)進入內(nèi)存數(shù)據(jù)從CPU上數(shù)據(jù)總線843.CPU引腳信號詳細分析8086的控制信號共有17條，一個VCC，兩個GND，17+20+3=40。其中17根控制信號中，9根控制信號與最大最小模式無關(guān)(共用)，8根控制線在最大模式與最小模式中分別有不同的定義。85共用控制信號19管腳時鐘信號CLK，輸入時鐘信號時鐘信號:為CPU和總線控制邏輯電路提供時序，頻率4.77MHz,占空比為33%,即1/3周期高電平，2/3周期低電平。8086微機的時鐘信號是由8284時鐘發(fā)生器提供的。868284與8086連接電路8284可接外時鐘或本地晶振。在微機系統(tǒng)中，接本地晶振14.31818MHz,經(jīng)3分頻后提供給CPU。OSC:晶振頻率，提供給顯示器用。PCLK:晶振6分頻，供外設(shè)用。將控制總線的復位信號和"準備好"信號送入8284與時序同步后再送入CPU。87NMI(Non-MaskableInterrupt)17引腳，非屏蔽中斷請求信號，輸入。上升沿觸發(fā)(邊沿觸發(fā))。非屏蔽中斷請求不受中斷標志IF的影響，不能用軟件控制(屏蔽),每當該端輸入一個正沿觸發(fā)信號時，CPU就會在當前指令周期結(jié)束后，進入中斷類型號為2的中斷處理程序，在8086微機中，該中斷用于I/O與內(nèi)存的奇偶校驗。88CPU在執(zhí)行每條指令的最后一個時鐘周期會對INTR信號進行采樣，若CPU的IF為1且INTR信號為高電平，CPU會在現(xiàn)行指令結(jié)束后響應中斷請求，進入中斷處理程序。可屏蔽中斷請求18引腳，可屏蔽中斷請求信號，輸入。高電平有效(電平觸發(fā))。INTR(InterruptRequest)8932引腳，讀信號，輸出。低電平有效。CPU根據(jù)指令發(fā)出的讀內(nèi)存或I/O口的命令信號，具體是讀內(nèi)存或是讀I/O口要由另外的信號決定。被讀的內(nèi)存或I/O端口，利用這個信號打開數(shù)據(jù)門，使數(shù)據(jù)進入數(shù)據(jù)總線供CPU讀取。讀信號輸出9012345輸出地址地址選通讀信號有效數(shù)據(jù)從內(nèi)存輸出數(shù)據(jù)上數(shù)據(jù)總線91最大最小模式控制腳33腳是最大最小工作模式控制腳，接高電平為工作在最小模式；接低電平為工作在最大模式。33引腳，最大最小模式控制信號，輸入。(Min/Max)9222引腳，準備好信號，輸入。高電平有效。REDAY由所訪問的內(nèi)存或I/O設(shè)備發(fā)回的響應信號，高電平有效，當信號有效時，表示內(nèi)存或I/O設(shè)備準備就緒，馬上就可進行一次數(shù)據(jù)傳輸。準備好信號93CPU在每個總線周期的T3狀態(tài)開始對READY信號采樣，如果檢測到該信號為低電平(未準備好),就插入一個等待周期Tw，在Tw狀態(tài)中繼續(xù)對該信號采樣,如仍為低電平，則繼續(xù)插入Tw，Tw狀態(tài)可以插入多個,直到REDAY信號為高電平時,才進入T4狀態(tài),完成總線周期檢測3次READY信號，插入2個等待周期。9423引腳，測試信號，輸入。低電平有效。和WAIT指令結(jié)合使用，在CPU執(zhí)行WAIT指令時，CPU處于空轉(zhuǎn)狀態(tài)進行等待，并每隔5個時鐘周期重復檢測該信號，當檢測到該信號為低電平時，等待狀態(tài)結(jié)束，CPU繼續(xù)執(zhí)行WAIT后的指令。WAIT指令和該信號是使處理器與外設(shè)同步用的測試信號95WAITMOVBX,2000HMOVAL,3XLATOUT40H,ALMOVAL,5XLATOUT40H,ALCPU空轉(zhuǎn),每5個時鐘周期檢測一次TEST管腳信號當TEST管腳信號為低電平,CPU繼續(xù)運行下面程序9621引腳，復位信號，輸入。高電平有效。RESET復位信號高電平寬度至少大于4個時鐘周期。當信號有效時，CPU結(jié)束當前操作，并對CPU內(nèi)的標志寄存器,IP,DS,SS,ES及指令隊列清零，而將CS設(shè)置為FFFFH,當復位信號變?yōu)榈碗娖綍r，CPU從FFFF0H處開始執(zhí)行程序。復位信號97通常在FFFF0H處存放一條段間轉(zhuǎn)移JMP指令，將指令轉(zhuǎn)移到系統(tǒng)程序的實際開始處.9834引腳，高8位數(shù)據(jù)總線允許/狀態(tài)復用引腳，輸出。(BusHighEnable/Sattus)8086CPU特有信號，在8088中，該引腳或為高電平(最大模式)，或與當前總線周期的讀寫動作有關(guān)(最小模式)。高位數(shù)據(jù)總線允許8086是16位數(shù)據(jù)總線，而8088是8位數(shù)據(jù)總線。998086存儲器結(jié)構(gòu)圖由兩片512KB的存儲體構(gòu)成，每片的地址總線為19位，分別接CPU地址總線的A19～A1端，數(shù)據(jù)總線為8位，奇地址存儲體接CPU數(shù)據(jù)總線的高8位，偶地址存儲體接CPU數(shù)據(jù)總線的低8位。100奇地址存儲體的片選端接CPU的端，當為低電平時奇地址存儲體輸出/輸入數(shù)據(jù)，即CPU高8位數(shù)據(jù)總線上有數(shù)據(jù)；偶地址存儲體的片選端接CPU的A0端，當A0為低電平時偶地址存儲體輸出/輸入數(shù)據(jù)，即CPU低8位數(shù)據(jù)總線上有數(shù)據(jù)。101是控制CPU高8位數(shù)據(jù)總線的允許信號，A0端是控制CPU低8位數(shù)據(jù)總線上的允許信號。102MOVAX,[00000010B]將內(nèi)存首地址為00000010開始的一個字（兩個字節(jié)）的內(nèi)容送入AX中103高8位：20H低8位：A1H此時：A0為0，BHE為0MOVAX,[00000010B]即奇偶存儲體同時有效，對應相同的單元001H的內(nèi)容同時送上數(shù)據(jù)總線，進入AX，AX的內(nèi)容20A1H。對CPU而言,地址為00000010和00000011。0010H0011HA0A1A2A3104MOVAL,[00000010B]將內(nèi)存首地址為00000010開始的一個字節(jié)的內(nèi)容送入AL中。105低8位：A1H此時：A0為0，BHE為1MOVAL,[00000010B]即偶存儲體有效，對應的單元001H的內(nèi)容送上數(shù)據(jù)總線低8位，進入AL，AL的內(nèi)容A1H。對CPU而言,地址為00000010。0010H106MOVAL,[00000011B]將內(nèi)存首地址為00000011開始的一個字節(jié)的內(nèi)容送入AL中。107低8位：20H此時：A0為1，BHE為0MOVAL,[00000011B]即奇存儲體有效，對應的單元001H的內(nèi)容送上數(shù)據(jù)總線高8位，在CPU內(nèi)部總線的調(diào)節(jié)下，進入AL，AL的內(nèi)容20H對CPU而言,地址為00000011。0010H108MOVAX,[00000011B]將內(nèi)存首地址為00000011開始的一個字（兩個字節(jié)）的內(nèi)容送入AX中。0000001100000100109低8位：20H首先：A0為1，BHE為0MOVAX,[00000011B]即奇存儲體有效，對應的單元001H的內(nèi)容送上數(shù)據(jù)總線高8位，在CPU內(nèi)部總線的調(diào)節(jié)下，進入AL，AL的內(nèi)容20H對CPU而言,地址為00000011。第1步高8位：A2H110低8位：20H其次：A0為0，BHE為1MOVAX,[00000011B]即偶存儲體有效，對應的單元010H的內(nèi)容送上數(shù)據(jù)總線低8位，在CPU內(nèi)部總線的調(diào)節(jié)下，進入AH，AH的內(nèi)容A2H對CPU而言,地址為00000100。AX:A220H第2步高8位：A2H111A0操作數(shù)據(jù)引腳00從偶地址開始讀寫一個字(16位)AD15～AD010從偶地址單元或端口讀寫一個字節(jié)(8位)AD7～AD001從奇地址單元或端口讀寫一個字節(jié)(8位)AD15～AD801從奇地址單元開始讀寫一個字(16位)(在第一個總線周期，將低8位數(shù)據(jù)送至AD15～AD8，在第二個總線周期，將高8位字節(jié)送至AD7～AD0。在CPU內(nèi)部進行調(diào)整AD15～AD810AD7～AD0112如果要讀寫從奇地址單元開始的一個字，需要2個總線周期。一般讀寫從偶地址開始的字，地址線A0不參加存儲器片內(nèi)單元的選取。113在8086中，參與了地址的選取。在T2～T4及Tw狀態(tài)，該引腳輸出信號S7，但S7并未賦予實際的意義，S7為1。1148086/8088有8根信號線與系統(tǒng)工作模式有關(guān)。最小工作模式(括號內(nèi)管腳定義):微機系統(tǒng)中只有一個CPU，所有總線控制信號都直接由8086產(chǎn)生，系統(tǒng)中總線控制邏輯電路被減少到最小。11524引腳，中斷響應信號，輸出，為連續(xù)兩個總線周期的負脈沖。(InterruptAcknowledge)當外設(shè)向CPU申請可屏蔽中斷INTR，CPU如果允許中斷，則連續(xù)發(fā)出兩個負脈沖給外設(shè)。第一個負脈沖通知外設(shè)已受理中斷；外設(shè)在第二個負脈沖時向數(shù)據(jù)總線上發(fā)送中斷類型碼。中斷響應信號116第1個負脈沖第2個負脈沖外設(shè)發(fā)送中斷類型號進入數(shù)據(jù)總線11725引腳，地址鎖存允許信號，輸出。高電平有效。ALE(AddressLatchEnable)T1時刻有效，用來鎖存AD復用線上的地址信號。地址鎖存118T1時刻，鎖存器開啟，鎖存地址信號至地址總線端。11926引腳，數(shù)據(jù)允許信號，輸出。低電平有效。(DataEnable)T2時刻有效，延至T4，將AD復用線連接到數(shù)據(jù)總線上。數(shù)據(jù)允許使能端120121連接雙向數(shù)據(jù)緩沖器的使能端，使CPU的AD復用總線與數(shù)據(jù)總線在T2～T4時刻連接，輸入輸出數(shù)據(jù)。12227引腳，數(shù)據(jù)收發(fā)輸出方向控制信號，輸出。(DataTransmit/Receive)用來控制雙向數(shù)據(jù)緩沖器數(shù)據(jù)的傳輸方向，高電平為輸出數(shù)據(jù)，低電平為輸入數(shù)據(jù)，具體的高低電平由指令(軟件)控制。數(shù)據(jù)方向123高電平：數(shù)據(jù)由A->B；低電平：數(shù)據(jù)由B->A12428引腳，存儲器、I/O控制信號，輸出。(Memory/InoutandOutput)用來控制CPU進行的是對存儲器的訪問還是對外部輸入輸出口的訪問。高電平為對存儲器的訪問,低電平為對I/O口的訪問,具體的高低電平由指令(軟件)控制。存儲器/IO選擇125在8086微機系統(tǒng)中，存儲器的地址與I/O口重合，即地址總線上的一個地址信號(300H)，即可以訪問到存儲器的300H單元，又可以訪問到I/O口的300H單元，讀寫信號也是公用的，所以讀寫信號必須要與信號配合使用，才能區(qū)分出所訪問的對象去I/O接口去內(nèi)存控制總線CPU產(chǎn)生126MOVAL,[30H]INAL,30H0010001127存儲器讀寫信號12829引腳，寫信號，輸出(Write)低電平有效，表示CPU正在進行寫存儲器或I/O口的操作。寫信號12931引腳，總線保持請求信號，輸入。HOLD(HoldRequest)高電平有效，除CPU外其他主模塊向CPU發(fā)出的請求占用總線的申請信號?？偩€請求13030引腳，總線保持響應信號，輸出。HLDA(HoldAcknowledge)高電平有效，CPU將總線(地址、數(shù)據(jù)、控制)浮空，發(fā)信號給請求端，同意出讓總線。在出讓總線期間，HOLD與HLDA均為高電平，HOLD變?yōu)榈碗娖剑硎痉艞墝偩€的占有。總線請求響應131最小工作模式最小工作模式下的系統(tǒng)典型配置132133MOV[80H],AX:高電平:低電平:高電平:高電平10111001011001111243356134MOVAX,[80H]:低電平:高電平:低電平:高電平001100110100111124356135INAX,80H:低電平:高電平:低電平:低電平136OUT80H,AX:高電平:低電平:高電平:低電平137：CPU(總線)操作的目的地。：CPU連接的數(shù)據(jù)緩沖器的方向控制。：操作目的地的數(shù)據(jù)方向控制。：操作目的地的數(shù)據(jù)方向控制。1388086/8088有8根信號線與系統(tǒng)工作模式有關(guān)。最大工作模式:微機系統(tǒng)中允許有兩個或兩個以上微處理器存在，其中一個主處理器是8086，其他的稱為協(xié)處理器。在最大模式中，大部分總線控制信號由總線控制器8288產(chǎn)生，可以構(gòu)成大規(guī)模的控制系統(tǒng)。139總線周期狀態(tài)信號26~28引腳，總線周期狀態(tài)信號，輸出。這三個信號組合起來可以指出當前總線周期中所進行的數(shù)據(jù)傳輸過程的類型。將其送入8288進行譯碼，產(chǎn)生對存儲器及I/O口訪問的控制信號。(BusCycleState)140說明000輸出中斷響應信號INTA001讀I/O端口010寫I/O端口011暫停100取指令101讀存儲器110寫存儲器111無源狀態(tài)1418288結(jié)構(gòu)框圖由總線仲裁信號控制142有源狀態(tài)：對來說，在前一個總線周期的T4狀態(tài)和本總線周期的T1,T2狀態(tài)中，至少有一個信號為低電平，每種情況下，都對應了某一個總線操作過程，通常稱為有源狀態(tài)。在總線周期T3和Tw狀態(tài)且READY信號為高電平時，為高電平，此時，一個總線操作過程就要結(jié)束，另一個新的總線周期還未開始，通常稱為無源狀態(tài)。而在總線周期的T4狀態(tài)，中任何一個或幾個信號的改變，都意味著下一個新的總線周期的開始。14331引腳，總線請求輸入、總線請求允許信號輸出，輸入輸出雙向。(Request/Grant)CPU外的總線主設(shè)備向CPU申請總線和CPU接受申請后的應答信號。信號是雙向的，方向相反?？偩€請求144要占有總線的主設(shè)備輸送一個寬度為一個時鐘周期的脈沖給CPU，表示請求使用總線。CPU在當前總線周期的T4或下一個總線周期的T1狀態(tài)輸出一個寬度為一個時鐘周期的脈沖給該總線主設(shè)備，作為出讓總線的應答信號，從下一個時鐘周期開始，CPU釋放總線。當外設(shè)使用完畢時，該總線主設(shè)備輸出一個時鐘周期的脈沖給CPU表示總線請求的結(jié)束，于是CPU在下一個時鐘周期又開始控制總線。每一次總線主設(shè)備的改變都需要這樣的3個脈沖，脈沖為低電平有效。在兩個總線請求之間，至少要有一個空時鐘周期。14530引腳，總線請求輸入、總線請求允許信號輸出，輸入輸出雙向。(Request/Grant)優(yōu)先級低于第31引腳總線請求14629引腳，總線封鎖信號，輸出。當該引腳上的信號為低電平時，總線上的其他主控設(shè)備不能占有總線。該信號由指令前綴LOCK產(chǎn)生，帶有LOCK前綴的指令執(zhí)行完后，便撤銷了引腳信號。總線封鎖147MOVBX,2000HMOVAL,3XLATOUT40H,ALMOVAL,5XLATOUT40H,ALLOCK指令前綴運行該指令時，LOCK管腳上的信號為低電平14824,25引腳，指令隊列狀態(tài)信號，輸出。QS1,QS0(InstructionQueueStatus)提供了前一個時鐘周期T中指令隊列的狀態(tài)，以便于外部對8086CPU內(nèi)部指令隊列的動作跟蹤。指令隊列狀態(tài)149指令隊列150QS1QS0含義00無操作01指令隊列中操作碼的第一個字節(jié)10隊列為011指令隊列中非第一個操作碼字節(jié)151最大工作模式最大工作模式下的系統(tǒng)典型配置152習題與思考：1．8086/8088系統(tǒng)中為什么一定要有地址鎖存器？需要鎖存哪些信息？2．什么是引腳的分時復用？為什么要分時復用？請說出8086/8088CPU有哪些引腳是分時復用引腳？

3．試從內(nèi)部組成、外部結(jié)構(gòu)兩個方面說明8086和8088之間的差別。153154155四、典型時序分析了解微處理器時序可以進一步理解微處理器指令執(zhí)行的過程，掌握各部件與系統(tǒng)總線的連接。指令周期：執(zhí)行一條指令的時間。不同的指令執(zhí)行的時間是不同的，不同的指令長短也是不同的?？偩€周期：CPU從存儲器或I/O端口存取一個字節(jié)所用的時間。總線周期包括：存儲器讀/寫；I/O口讀/寫；中斷響應。一般由四個時鐘周期組成。時鐘周期：相鄰兩個時鐘脈沖上升沿之間的時間間隔。CPU所有的操作都以它為基準。156學習CPU時序的目的：可以進一步了解在微機系統(tǒng)的工作過程中，CPU各引腳上信號之間的相對時間關(guān)系?？梢陨钊肓私庵噶畹膱?zhí)行過程；

可以使我們在程序設(shè)計時，選擇合適的指令或指令序列，以盡量縮短程序代碼的長度及程序的運行時間。因為對于實現(xiàn)相同的功能，可以采用不同的指令或指令序列，而這些指令或指令序列的字節(jié)數(shù)及執(zhí)行時間有可能是不相同的。3.對于學習各功能部件與系統(tǒng)總線的連接及硬件系統(tǒng)的調(diào)試，都十分有意義。157最小模式下的典型時序（讀數(shù)據(jù)）158T1:

地址A0~A19上線ALE:下降沿鎖存地址:進入低電平,持續(xù)到T4T2:A19~A16變?yōu)镾3~S7:有效，打開數(shù)據(jù)總線