微機(jī)原理講稿 (2)

第二章8086/8088微處理器1圖2.12.18086／8088CPU的結(jié)構(gòu)8086CPU從功能上可分為兩部分，即總線接口部件(businterfaceunit，縮寫為BIU)和執(zhí)行部件EU(executionunit)。8086的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2.1所示。2.1.1總線接口部件BIU總線接口部件的功能是負(fù)責(zé)與存儲(chǔ)器、I／O端口傳送數(shù)據(jù)，即BIU管理在存儲(chǔ)器中存取程序和數(shù)據(jù)的實(shí)際處理過程。總線接口部件由下列各部分組成：(1)4個(gè)段地址寄存器，即CS——16位代碼段寄存器；DS——16位數(shù)據(jù)段寄存器；ES——16位附加段寄存器；SS——16位堆棧段寄存器。(2)16位指令指針寄存器IP。(3)20位的地址加法器。(4)6字節(jié)的指令隊(duì)列。8086／8088的BIU有如下特點(diǎn)：(1)8086的指令隊(duì)列為6個(gè)字節(jié)，8088的指令隊(duì)列為4個(gè)字節(jié)。不管是8086還是8088，都會(huì)在執(zhí)行指令的同時(shí)，從內(nèi)存中取下一條指令或下幾條指令，取來的指令就放在指令隊(duì)列中。這樣，一般情況下，CPU執(zhí)行完一條指令就可以立即執(zhí)行下一條指令，而不需要像以往的計(jì)算機(jī)那樣，讓CPU輪番進(jìn)行取指令和執(zhí)行指令的操作，從而提高了CPU的效率。(2)地址加法器用來產(chǎn)生20位地址。上面已經(jīng)提到，8086可用20位地址尋址1M字節(jié)的內(nèi)存空間，但8086內(nèi)部所有的寄存器都是16位的，所以需要由一個(gè)附加的機(jī)構(gòu)來根據(jù)16位寄存器提供的信息計(jì)算出20位的物理地址，這個(gè)機(jī)構(gòu)就是20位的地址加法器?？偩€接口部件和執(zhí)行部件并不是同步工作的，它們是按以下流水線技術(shù)原則管理：(1)每當(dāng)8086的指令隊(duì)列中有兩個(gè)空字節(jié)，或者8088的指令隊(duì)列中有一個(gè)空字節(jié)時(shí)，總線接口部件就會(huì)自動(dòng)把指令取到指令隊(duì)列中。(2)每當(dāng)執(zhí)行部件準(zhǔn)備執(zhí)行一條指令時(shí)，它會(huì)從總線接口部件的指令隊(duì)列前部取出指令的代碼，然后用幾個(gè)時(shí)鐘周期去執(zhí)行指令。在執(zhí)行指令的過程中，如果必須訪問存儲(chǔ)器或者輸入／輸出設(shè)備，那么，執(zhí)行部件就會(huì)請(qǐng)求總線接口部件，進(jìn)入總線周期，完成訪問內(nèi)存或者輸入／輸出端口的操作；如果此時(shí)總線接口部件正好處于空閑狀態(tài)，那么，會(huì)立即響應(yīng)執(zhí)行部件的總線請(qǐng)求。但有時(shí)會(huì)遇到這樣的情況，執(zhí)行部件請(qǐng)求總線接口部件訪問總線時(shí)，總線接口部件正在將某個(gè)指令字節(jié)取到指令隊(duì)列中，此時(shí)總線接口部件將首先完成這個(gè)取指令的總線周期，然后再去響應(yīng)執(zhí)行部件發(fā)出的訪問總線的請(qǐng)求。(3)當(dāng)指令隊(duì)列已滿，而且執(zhí)行部件又沒有總線訪問時(shí)，總線接口部件便進(jìn)入空閑狀態(tài)。(4)在執(zhí)行轉(zhuǎn)移指令、調(diào)用指令和返回指令時(shí)，下面要執(zhí)行的指令就不是在程序中緊接著的那條指令了，而總線接口部件往指令隊(duì)列裝入指令時(shí)，總是按順序進(jìn)行的，這樣，指令隊(duì)列中已經(jīng)裝入的字節(jié)就沒有用了。遇到這種情況，指令隊(duì)列中的原有內(nèi)容被自動(dòng)消除，總線接口部件會(huì)接著往指令隊(duì)列中裝入另一個(gè)程序段中的指令。2.1.2執(zhí)行部件執(zhí)行部件(EU)的功能就是負(fù)責(zé)指令的執(zhí)行。將指令譯碼并利用內(nèi)部的寄存器和ALU對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行所需的處理。從結(jié)構(gòu)圖4.1中，可見到執(zhí)行部件由下列部分組成：(1)4個(gè)通用寄存器，即AX，BX，CX，DX；(2)4個(gè)專用寄存器，即基數(shù)指針寄存器BP，堆棧指針寄存器SP，源變址寄存器SI，目的變址寄存器DI；(3)標(biāo)志寄存器(FR)；(4)算術(shù)邏輯部件(ALU)。8086／8088的EU有如下特點(diǎn)：(1)4個(gè)通用寄存器既可以作為16位寄存器使用，也可以作為8位寄存器使用。當(dāng)BX寄存器作為8位寄存器時(shí)，分為BH和BL，BH為高8位，BL為低8位。(2)AX寄存器也常稱為累加器，8086指令系統(tǒng)中有許多指令都是通過累加器的動(dòng)作來執(zhí)行的。當(dāng)累加器作為16位來使用時(shí)，可以進(jìn)行按字乘操作、按字除操作、按字輸入／輸出和其他字傳送等；當(dāng)累加器作為8位來使用時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)按字節(jié)乘操作、按字節(jié)除操作、按字節(jié)輸入／輸出和其他字節(jié)傳送，以及十進(jìn)制運(yùn)算等。(3)加法器是算術(shù)邏輯的主要部件，絕大部分指令的執(zhí)行都由加法器來完成。(4)標(biāo)志寄存器FR共有16位，其中7位未用，所用的各位含義如下：根據(jù)功能，8086的標(biāo)志可分為兩類：狀態(tài)標(biāo)志—它是操作在執(zhí)行后，決定算術(shù)邏輯部件ALU處在何種狀態(tài)，這種狀態(tài)會(huì)影響后面的操作?？刂茦?biāo)志—它是人為設(shè)置的，指令系統(tǒng)中有專門的指令用于控制標(biāo)志的設(shè)置和清除，每個(gè)控制標(biāo)志都對(duì)每一種特定的功能起控制作用。狀態(tài)標(biāo)志有6個(gè)，即SF，ZF，PF，CF，AF和OF。2.2存儲(chǔ)器組織結(jié)構(gòu)8086／8088系統(tǒng)中存儲(chǔ)器按字節(jié)編址，可尋址的存儲(chǔ)器空間為1MB，由于1MB為220，因此每個(gè)字節(jié)所對(duì)應(yīng)的地址應(yīng)是20位(二進(jìn)制數(shù))，這20位的地址稱為物理地址。2.2.1存儲(chǔ)器的分段20位的物理地址在CPU內(nèi)部就應(yīng)有20位的地址寄存器，而機(jī)內(nèi)的寄存器是16位的(16位機(jī))，16位寄存器只能尋址64KB。8086／8088系統(tǒng)中把1M存儲(chǔ)空間分成若干個(gè)邏輯段，每個(gè)邏輯段容量≤64KB，因此1M的存儲(chǔ)空間可分成16個(gè)邏輯段(0～15)。允許它們?cè)谡麄€(gè)存儲(chǔ)空間浮動(dòng)，即段與段之間可以部分重疊、完全重疊、連續(xù)排列、斷續(xù)排列，非常靈活。在整個(gè)存儲(chǔ)空間中可設(shè)置若干個(gè)邏輯段，如圖2.2所示。圖2.2對(duì)于任何一個(gè)物理地址，可以惟一地被包含在一個(gè)邏輯段中，也可包含在多個(gè)相互重疊的邏輯段中，只要有段地址和段內(nèi)偏移地址就可以訪問到這個(gè)物理地址所對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)空間，如圖2.3所示。11圖2.312在8086／8088存儲(chǔ)空間中，把16字節(jié)的存儲(chǔ)空間稱作一節(jié)(paragraph)。為了簡(jiǎn)化操作，要求各個(gè)邏輯段從節(jié)的整數(shù)邊界開始，也就是說段首地址低4位應(yīng)該是“0”，因此就把段首地址的高16位稱為“段基址”，存放在段寄存器DS或CS或SS或ES中，段內(nèi)的偏移地址存放在IP或SP中。若已知當(dāng)前有效的代碼段、數(shù)據(jù)段、附加段和堆棧段的段基址分別為1055H,250AH,8FFBH和EFF0H，那么它們?cè)诖鎯?chǔ)器中的分布情況如圖2.4所示。13圖2.4142.2.2存儲(chǔ)器中的邏輯地址和物理地址任何一個(gè)20位物理地址，也稱為絕對(duì)地址，都是由兩部分組成。采用分段結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器中，任何一個(gè)邏輯地址由段基址和偏移地址兩個(gè)部分構(gòu)成，它們都是無符號(hào)的16位二進(jìn)制數(shù)。任何一個(gè)存儲(chǔ)單元對(duì)應(yīng)一個(gè)20位的物理地址，也可稱為絕對(duì)地址，它是由邏輯地址變換得來的。當(dāng)CPU需要訪問存儲(chǔ)器時(shí)，必須完成如下的地址運(yùn)算：物理地址=段基址×16+偏移地址物理地址的形成如圖2.5所示，它是通過CPU的總線接口部件BIU的地址加法器來實(shí)現(xiàn)的。15圖2.516例如，代碼段寄存器CS=2000H，指令指針寄存器存放的是偏移地址IP=2200H，存儲(chǔ)器的物理地址為20000H+2200H=22200H。每一個(gè)存儲(chǔ)單元看成是具有兩種類型的地址：物理地址和邏輯地址。物理地址就是實(shí)際地址，它具有20位的地址值，并是唯一標(biāo)識(shí)1MB存儲(chǔ)空間的某一個(gè)字節(jié)的地址。邏輯地址由段基址和偏移地址組成。程序以邏輯地址編址，而不是用物理地址。4個(gè)段寄存器分別指向4個(gè)現(xiàn)行可尋址的分段的起始字節(jié)單元。一般指令程序存放在代碼段中，段地址來源于代碼段寄存器，偏移地址來源于指令指針I(yè)P。當(dāng)涉及到一個(gè)堆棧操作時(shí)，段地址寄存器為SS，17偏移地址來源于棧指針寄存器SP。當(dāng)涉及到一個(gè)操作數(shù)時(shí)，則由數(shù)據(jù)段寄存器DS或附加段寄存器ES作為段寄存器，而偏地址是由16位偏移量得到。16位偏移量可以是指令中的偏移量加上16位地址寄存器的值組成，取決于指令的尋址方式。182.3.18086／8088的引腳信號(hào)和功能8086和8088的引腳信號(hào)圖如圖2.8所示。1.AD15～AD0(addressdatabus)地址／數(shù)據(jù)復(fù)用引腳(雙向工作)在8088中，A8～A15并不作復(fù)用，它們只用來輸出地址，稱為A8～A15。作為復(fù)用引腳，在總線周期的T1狀態(tài)用來輸出要訪問的存儲(chǔ)器或I／O端口地址。T2～T3狀態(tài)，對(duì)讀周期來說，處于浮空狀態(tài)；對(duì)寫周期來說，則是傳輸數(shù)據(jù)。圖2.820在8086系統(tǒng)中，特別要注意，一般常將AD0信號(hào)作為低8位數(shù)據(jù)的選通信號(hào)，因?yàn)?，每?dāng)CPU和偶地址單元或偶地址端口交換數(shù)據(jù)時(shí)，在T1狀態(tài)，AD0引腳傳送的地址信號(hào)必定為低電平；在其他狀態(tài)，則用來傳送數(shù)據(jù)。而CPU的傳輸特性決定了只要是偶地址單元或偶地址端口交換數(shù)據(jù)，那么，CPU必定通過總線低8位，即AD7～AD0傳輸數(shù)據(jù)。可見，如果在總線周期的T1狀態(tài)，AD0為低電平，實(shí)際上就指示了在這一總線周期的其余狀態(tài)中，CPU將用總線低8位和偶地址單元或偶地址端口交換數(shù)據(jù)。因此，AD0和下面講到的BHE類似，可以用來作為接于數(shù)據(jù)總線低8位上的8位外設(shè)接口芯片的選通信號(hào)。AD15～AD0在CPU響應(yīng)中斷，以及系統(tǒng)總線“保持響應(yīng)”時(shí)，都被浮置為高阻狀態(tài)。212.A19／S6～A16/S3(address/status)地址/狀態(tài)復(fù)用引腳(輸出)A19/S6～A16/S3在總線周期的T1狀態(tài)，用來輸出地址的最高4位。在總線周期的T2，T3，TW和T4狀態(tài)時(shí)，用來輸出狀態(tài)信息。其中，S6為0，用來指示8086／8088當(dāng)前與總線相連，所以在T2，T3，TW和T4狀態(tài)時(shí)，8086／8088總是使S6等于0，以表示8086／8088當(dāng)前連在總線上。S5表明中斷允許標(biāo)志的當(dāng)前設(shè)置，若為1，表示當(dāng)前允許可屏蔽中斷請(qǐng)求；若為0，則禁止一切可屏蔽中斷。S4，S3合起來指出當(dāng)前正在使用哪段寄存器。223.BHE／S7(bushighenable/status)高8位數(shù)據(jù)總線允許／狀態(tài)復(fù)用引腳(輸出)在總線周期的T1狀態(tài)，8086在BHE／S7引腳輸出BHE信號(hào)，表示高8位數(shù)據(jù)總線D15～D8上的數(shù)據(jù)有效。在T2，T3，TW和T4狀態(tài)，BHE／S7引腳輸出狀態(tài)信號(hào)S7。不過，在當(dāng)前的芯片(8086，8086-1，8086-2)設(shè)計(jì)中，S7并未被賦予任何實(shí)際意義。在8088系統(tǒng)中，第34腳不是BHE7／S7，而是被賦予另外的信號(hào)。在最大模式時(shí)，此引腳恒為高電平；在最小模式中，則為SS0，它和DT／R，M／IO一起決定了8088芯片當(dāng)前總線周期的讀／寫動(dòng)作。234.NMI(non-maskableinterrupt)非屏蔽中斷引腳(輸入)非屏蔽中斷信號(hào)是一個(gè)由低到高的上升沿。這類中斷不受中斷標(biāo)志IF的影響，也不能用軟件進(jìn)行屏蔽。每當(dāng)NMI端進(jìn)入一個(gè)正沿觸發(fā)信號(hào)時(shí)，CPU就會(huì)在結(jié)束當(dāng)前指令后，進(jìn)入對(duì)應(yīng)于中斷類型號(hào)為2的非屏蔽中斷處理程序。5.INTR(interruptrequest)可屏蔽中斷請(qǐng)求信號(hào)引腳(輸入)可屏蔽中斷請(qǐng)求信號(hào)為高電平有效，CPU在執(zhí)行每條指令的最后一個(gè)時(shí)鐘周期會(huì)對(duì)INTR信號(hào)進(jìn)行采樣，如果CPU中的中斷允許標(biāo)志為1，并且又接收到INTR信號(hào)，那么，CPU就會(huì)在結(jié)束當(dāng)前指令后，響應(yīng)中斷請(qǐng)求，進(jìn)入一個(gè)中斷處理子程序。246.RD(read)讀信號(hào)引腳(輸出)此信號(hào)指出將要執(zhí)行一個(gè)對(duì)內(nèi)存或I／O端口的讀操作。到底是讀取內(nèi)存單元中的數(shù)據(jù)還是I／O端口中的數(shù)據(jù)，這決定于M／IO信號(hào)。在一個(gè)執(zhí)行讀操作的總線周期中，RD信號(hào)在T2，T3和TW狀態(tài)均為低電平。在系統(tǒng)總線進(jìn)入“保持響應(yīng)”期間，RD引腳被浮置為高阻狀態(tài)。7.CLK(clock)時(shí)鐘引腳(輸入)8086／8088要求時(shí)鐘信號(hào)的占空比為33%，即1／3周期為高電平，2／3周期為低電平。8086／8088的時(shí)鐘頻率要求為5MHz，8086-1的時(shí)鐘頻率為10MHz，8086-2的時(shí)鐘頻率則為8MHz，時(shí)鐘信號(hào)為CPU和總線控制邏輯電路提供定時(shí)手段。258.RESET(reset)復(fù)位信號(hào)引腳(輸入)復(fù)位信號(hào)為高電平有效。8086／8088要求復(fù)位信號(hào)至少維持4個(gè)時(shí)鐘周期的高電平才有效。復(fù)位信號(hào)來到后，CPU便結(jié)束當(dāng)前操作，并對(duì)處理器標(biāo)志寄存器、IP，DS，SS，ES及指令隊(duì)列清零，而將CS設(shè)置為FFFFH。當(dāng)復(fù)位信號(hào)變?yōu)榈碗娖綍r(shí)，CPU從FFFF0H開始執(zhí)行程序。9.READY(ready)“準(zhǔn)備好”信號(hào)引腳(輸入)“準(zhǔn)備好”信號(hào)實(shí)際上是由所訪問的存儲(chǔ)器或I／O設(shè)備發(fā)來的響應(yīng)信號(hào)，高電平有效?！皽?zhǔn)備好”信號(hào)有效時(shí)，表示內(nèi)存或I／O設(shè)備準(zhǔn)備就緒，馬上就可進(jìn)行一次數(shù)據(jù)傳輸。CPU在每個(gè)總線周期的T3狀態(tài)開始對(duì)READY信號(hào)進(jìn)行采樣。如果檢測(cè)到READY為26低電平，則在T3狀態(tài)之后插入等待狀態(tài)TW，在TW狀態(tài)，CPU也對(duì)READY進(jìn)行采樣，若READY仍為低電平，則會(huì)繼續(xù)插入TW，所以TW可以插入一個(gè)或多個(gè)。直到READY變?yōu)楦唠娖胶螅胚M(jìn)入T4狀態(tài)，完成數(shù)據(jù)傳送過程，從而結(jié)束當(dāng)前總線周期。10.TEST(test)測(cè)試信號(hào)引腳(輸入)測(cè)試信號(hào)為低電平有效。TEST信號(hào)是和指令WAIT結(jié)合起來使用的，在CPU執(zhí)行WAIT指令時(shí)，CPU處于空轉(zhuǎn)狀態(tài)進(jìn)行等待；當(dāng)8086的TEST信號(hào)有效時(shí)，等待狀態(tài)結(jié)束，CPU繼續(xù)往下執(zhí)行被暫停的指令。2711.MN／MX(minimum／maximummodecontrol)最?。畲竽Ｊ娇刂菩盘?hào)引腳(輸入)它是最大模式及最小模式的選擇控制端。此引腳固定接為+5V時(shí)，CPU處于最小模式；如果接地，則CPU處于最大模式。12.GND地和Vcc電源引腳8086／8088均用單一+5V電源。8086／8088CPU的第24腳～第31腳在最大模式和最小模式下有不同的名稱和定義。282.3.28086／8088CPU的工作模式為了盡可能適應(yīng)各種使用場(chǎng)合，在設(shè)計(jì)8086／8088CPU芯片時(shí)，就使得它們可以在兩種模式下工作，即最小模式和最大模式。所謂最小模式，就是在系統(tǒng)中只有8086／8088一個(gè)微處理器。在這種系統(tǒng)中，所有的總線控制信號(hào)都直接由8086／8088產(chǎn)生，因此，系統(tǒng)中的總線控制邏輯電路被減到最少。最大模式是相對(duì)最小模式而言，它用在中等規(guī)模的或者大型的8086／8088系統(tǒng)中。在此系統(tǒng)中，包含兩個(gè)或多個(gè)微處理器，其中一個(gè)主處理器就是8086／8088，其他的處理器稱為協(xié)處理器，它們是協(xié)助主處理器工作的。和8086／8088配合的協(xié)處理器有兩個(gè)，一個(gè)是數(shù)值運(yùn)算協(xié)處理器8087，一個(gè)是輸入／輸出協(xié)處理器8089。8087是一種專用于數(shù)值運(yùn)算的處理器，它能實(shí)現(xiàn)多種類型的數(shù)值操作。例如，高精度的整數(shù)和浮點(diǎn)運(yùn)算，也可以進(jìn)行超越函數(shù)(如：三角函數(shù)、對(duì)數(shù)函數(shù))的計(jì)算。由于在通常情況下，這些運(yùn)算往往通過軟件方法來實(shí)現(xiàn)，而8087是用硬件方法來完成這些運(yùn)算的，所以在系統(tǒng)中加入?yún)f(xié)處理器8087之后，會(huì)提高系統(tǒng)的數(shù)值運(yùn)算速度。8089在原理上有點(diǎn)兒像帶有兩個(gè)DMA通道的處理器。它有一套專門用于輸入／輸出操作的指令系統(tǒng)，但8089又和DMA的控制器不同，它可以直接為輸入／輸出設(shè)備服務(wù)，使8086／8088不再承擔(dān)這類工作。所以在系統(tǒng)中增加協(xié)處理器8089后，會(huì)提高主處理器的效率，尤其是在輸入輸出頻繁的場(chǎng)合。8086／8088的工作模式完全是由硬件決定的。302.3.3最小工作模式當(dāng)8086／8088的第33腳MN／MX固定接到+5V時(shí)，就處于最小工作模式，最小模式下第24腳～第31腳的信號(hào)含義如下：1.INTA(interruptacknowledge)中斷響應(yīng)信號(hào)(輸出)在最小模式下，第24腳作為中斷響應(yīng)信號(hào)的輸出端，用來對(duì)外設(shè)的中斷請(qǐng)求作出響應(yīng)。對(duì)于8086／8088來講，INTA信號(hào)實(shí)際上是位于連續(xù)周期中的兩個(gè)負(fù)脈沖，在每個(gè)總線周期的T2，T3和TW狀態(tài)，INTA端為低電平。第1個(gè)負(fù)脈沖通知外部設(shè)備的接口，它發(fā)出的中斷請(qǐng)求已經(jīng)得到允許；外設(shè)接口收到第2個(gè)負(fù)脈沖后，往數(shù)據(jù)總線上放中斷類型碼，從而CPU便得到了有關(guān)此中斷請(qǐng)求的詳盡信息。2.ALE(addresslatchenable)地址鎖存允許信號(hào)(輸出)第25腳在最小模式下為地址鎖存允許信號(hào)輸出端，這是8086／8088提供給地址鎖存器8282／8283的控制信號(hào)，高電平有效。在任何一個(gè)總線周期的T1狀態(tài)，ALE輸出有效電平，以表示當(dāng)前在地址／數(shù)據(jù)復(fù)用總線上輸出的是地址信息，地址鎖存器將ALE作為鎖存信號(hào)，對(duì)地址進(jìn)行鎖存。要注意ALE端不能被浮空。3.DEN(dataenable)數(shù)據(jù)允許信號(hào)第26腳在最小模式下作為數(shù)據(jù)允許信號(hào)輸出端。在用8286／8287作為數(shù)據(jù)總線收發(fā)器時(shí)，DEN為收發(fā)器提供了一個(gè)控制信號(hào)，表示CPU當(dāng)前準(zhǔn)備發(fā)送或接受一個(gè)數(shù)據(jù)?？偩€收發(fā)器將DEN作為輸出允許信號(hào)。32DEN信號(hào)的電平輸出情況如下：在每個(gè)存儲(chǔ)器訪問周期和I／O訪問周期為低電平，即有效電平；在中斷響應(yīng)周期，也為有效電平。不過，如果是讀周期或者是中斷響應(yīng)周期，DEN在T2狀態(tài)的中間開始有效，并且一直保持到T4狀態(tài)的中間。在DMA方式時(shí)，DEN被浮置為高阻狀態(tài)。4.DT／R(datatransmit／receive)數(shù)據(jù)收發(fā)(輸出)在使用8286／8287作為數(shù)據(jù)總線收發(fā)器時(shí)，DT／R信號(hào)用來控制8286／8287的數(shù)據(jù)傳送方向。如果DT／R為高電平，則進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送；如果DT／R為低電平，則進(jìn)行數(shù)據(jù)接收。在DMA方式時(shí)，DT／R被浮置為高阻狀態(tài)。335.M／IO(memory/inputandoutput)存儲(chǔ)器／輸入／輸出控制信號(hào)(輸出)此信號(hào)若為高電平，表示CPU和存儲(chǔ)器之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸；若為低電平，表示CPU和輸入／輸出設(shè)備之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。一般在前一個(gè)總線周期的T4狀態(tài)，M／IO就成為有效電平，然后開始一個(gè)新的總線周期。在此周期中，M／IO一直保持有效電平，直到本周期的T4狀態(tài)為止。在DMA方式時(shí)，M／IO被浮置為高阻狀態(tài)。6.WR(write)寫信號(hào)(輸出)此信號(hào)為低電平有效。WR有效時(shí)，表示CPU當(dāng)前正在進(jìn)行存儲(chǔ)器或I／O寫操作，具體到底為哪種寫操作，則由M／IO信號(hào)決定。對(duì)任何寫周期，WR只在T2，T3，TW期間有效。在DMA方式時(shí)，WR被浮置為高阻狀態(tài)。347.HOLD(holdrequest)總線保持請(qǐng)求信號(hào)(輸入)當(dāng)系統(tǒng)中CPU之外的另一個(gè)主模塊要求占用總線時(shí)，就在當(dāng)前總線周期完成時(shí)，于T4狀態(tài)從HLDA引腳發(fā)出一個(gè)回答信號(hào)，對(duì)剛才的HOLD請(qǐng)求作出響應(yīng)。同時(shí)，CPU使地址／數(shù)據(jù)總線和控制狀態(tài)線處于浮空狀態(tài)?？偩€請(qǐng)求部件收到HLDA信號(hào)后，就獲得了總線控制權(quán)，在此后一段時(shí)間，HOLD和HLDA都保持高電平。在總線占有部件用完總線之后，會(huì)把HOLD信號(hào)變?yōu)榈碗娖剑@樣，CPU又獲得了地址／數(shù)據(jù)總線和控制狀態(tài)線的占有權(quán)。8.HLDA(holdacknowledge)總線保持響應(yīng)信號(hào)(輸出)此信號(hào)為高電平有效。當(dāng)HLDA有效時(shí)，表示CPU對(duì)其他主部件的總線請(qǐng)求作出響應(yīng)，與此同時(shí)，所有與三態(tài)門相接的CPU的引腳呈現(xiàn)高阻抗，從而讓出了總線。35在最小模式下，8088和8086的第34腳的信號(hào)定義不同。對(duì)8086來說，第34腳為BHE／S7，由于S7未被賦予實(shí)際意義，所以，此引腳就是用來提供高8位數(shù)據(jù)總線允許信號(hào)。對(duì)8088來說，對(duì)外只有8位數(shù)據(jù)總線，沒有高8位數(shù)據(jù)總線，因而也不需要BHE信號(hào)。所以，第34腳不再是BHE／S7，而叫SS0。SS0，M／IO(在8088中，第28腳上不是M／IO，而是／IO)和DT／R組合起來，決定了當(dāng)前總線周期的操作。關(guān)于無源狀態(tài)的含義要在“4.3.3最大工作模式”時(shí)再作說明。除了各引腳的信號(hào)名稱和含義以外，我們還要了解最小模式下系統(tǒng)是怎樣配置的。即除了CPU外，還需要哪些芯片來構(gòu)成一個(gè)按照最小模式工作的系統(tǒng)?這些芯片和CPU之間的主要連接關(guān)系是什么樣的?36圖2.15是8086在最小模式下的典型配置。由圖可看到，在8086的最小模式中，硬件包括：1片8284A，作為時(shí)鐘發(fā)生器；3片8282或74LS373，用來作為地址鎖存器；當(dāng)系統(tǒng)中所連的存儲(chǔ)器和外設(shè)較多時(shí)，需要增加數(shù)據(jù)總線的驅(qū)動(dòng)能力，這時(shí)，要用兩片8286／8287作為總線收發(fā)器。37圖2.1538在總線周期的前一部分時(shí)間，CPU總是送出地址信號(hào)，為了告訴地址已經(jīng)準(zhǔn)備好，可以被鎖存，CPU此時(shí)會(huì)送出高電平的ALE信號(hào)，所以，ALE就是允許鎖存的信號(hào)。除了地址信號(hào)外，BHE信號(hào)也需要鎖存。在后面的時(shí)序圖上，將看到地址／數(shù)據(jù)總線是復(fù)用的，而BHE和S7(在當(dāng)前芯片設(shè)計(jì)中，S7未被賦予意義)也是復(fù)用的，所以在總線周期前一部分時(shí)間中輸出的是地址信號(hào)和BHE信號(hào)。在總線周期的后一部分時(shí)間中改變了含義，因?yàn)橛辛随i存器對(duì)地址和BHE進(jìn)行鎖存，所以在總線周期的后半部分，地址和數(shù)據(jù)同時(shí)出現(xiàn)在系統(tǒng)的地址總線和數(shù)據(jù)總線上；同樣，此時(shí)BHE也在鎖存器輸出端呈現(xiàn)有效電平，于是，確保了CPU對(duì)鎖存器和I／O設(shè)備的正常讀／寫操作。398282是典型的鎖存器芯片，不過它是8位的，而8086／8088系統(tǒng)采用20位地址，加上BHE信號(hào)，所以，需要3片8282作為地址鎖存器。74LS373也可作為地址鎖存器，用法與8282相同。對(duì)于有些只配備64KB內(nèi)存的小系統(tǒng)，只用16位地址就夠了，如果CPU又采用8088，這樣，就不存在BHE信號(hào)。所以，此時(shí)只需兩片8282做鎖存器。下面以8282為例簡(jiǎn)要講述一下鎖存器的信號(hào)連接，具體連線圖如圖所示。40418282的選通信號(hào)輸入端STB和CPU的ALE端相連。以第1個(gè)鎖存器為例，8282的DI7～DI0接CPU的AD7～AD0，8282的輸出DO7～DO0就是系統(tǒng)地址總線的低8位。OE為輸出允許信號(hào)，當(dāng)OE為低電平時(shí)，8282的輸出信號(hào)DO7～DO0有效；而當(dāng)OE為高電平時(shí)，DO7～DO0變?yōu)楦咦杩埂Ｔ诓粠MA控制器的8086／8088單處理器系統(tǒng)中，將OE接地就行了。如果用74LS373作為鎖存器，使用方法和8282幾乎一樣。只是在74LS373中，芯片選通信號(hào)不用STB表示，而用LE表示，這實(shí)際上更符合鎖存功能的含義。當(dāng)一個(gè)系統(tǒng)中所含的外設(shè)接口較多時(shí)，數(shù)據(jù)總線上需要有發(fā)送器和接收器來增加驅(qū)動(dòng)能力。發(fā)送器和接收器簡(jiǎn)稱為收發(fā)器，也常常稱為總線驅(qū)動(dòng)器。42Intel系統(tǒng)芯片的典型收發(fā)器為8286，是8位的。所以，在數(shù)據(jù)總線為8位的8088系統(tǒng)中，只用1片8286就可以構(gòu)成數(shù)據(jù)總線收發(fā)器，而在數(shù)據(jù)總線為16位的8086系統(tǒng)中，則要用兩片8286。從圖4.10中，可以看到8286具有兩組對(duì)稱的數(shù)據(jù)引線：A7～A0為輸入數(shù)據(jù)線，B7～B0為輸出數(shù)據(jù)線。當(dāng)然，由于在收發(fā)器中數(shù)據(jù)是雙向傳輸?shù)模?，?shí)際上輸入線和輸出線也可以交換。用T表示的引腳信號(hào)就是用來控制數(shù)據(jù)傳輸方向的。當(dāng)T=1時(shí)，就使A7～A0為輸入線，B7～B0為輸出線；當(dāng)T=0時(shí)，則使B7～B0為輸入線。在系統(tǒng)中，T端和CPU和DT／R端相連，DT／R為數(shù)據(jù)收發(fā)信號(hào)。當(dāng)CPU進(jìn)行數(shù)據(jù)輸出時(shí)，DT／R為高電平，于是數(shù)據(jù)流由A7～A0輸入，從B7～B0輸出。當(dāng)CPU進(jìn)行數(shù)據(jù)輸入時(shí)，DT／R為低電平，于是數(shù)據(jù)流由B7～B0輸入，而從A7～A0輸出。43OE是輸出允許信號(hào)，此信號(hào)決定了是否允許數(shù)據(jù)通過8286。當(dāng)OE=1時(shí)，數(shù)據(jù)在兩個(gè)方向上都不能傳輸。只有當(dāng)OE=0時(shí)，并且T也為1，才使數(shù)據(jù)從A7～A0流向B7～B0；同樣，只有當(dāng)OE=0時(shí)，并且T也為0，才使數(shù)據(jù)從B7～B0流向A7～A0。在8086／8088系統(tǒng)中，OE端和CPU的DEN端相連，在介紹引腳信號(hào)時(shí)，我們講過，在CPU的存儲(chǔ)器訪問周期和I／O訪問周期中，DEN為低電平，在中斷響應(yīng)周期，DEN也為低電平。正是在這些總線周期中，需要8286開啟，以允許數(shù)據(jù)通過，從而完成了CPU和其他部件之間的數(shù)據(jù)傳輸。4445最小模式系統(tǒng)中，信號(hào)M／IO，RD和WR組合起來決定了系統(tǒng)中數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞?。?086最小模式典型配置中，除上述8282及8286外，還有一個(gè)時(shí)鐘發(fā)生器8284A。它與CPU的連接如圖2.15所示。8284A的功能有3個(gè)：產(chǎn)生恒定的時(shí)鐘信號(hào)，對(duì)準(zhǔn)備信號(hào)(READY)及復(fù)位信號(hào)(RESET)進(jìn)行同步。由圖2.15可見，外界控制信號(hào)RDY及RES信號(hào)可以在任何時(shí)候到來，8284A能把它們同步在時(shí)鐘后沿(下降沿)時(shí)輸出READY及RESET信號(hào)到8086CPU。462.3.4最大工作模式8086／8088CPU為實(shí)現(xiàn)多處理器控制系統(tǒng)(多主控系統(tǒng))就要增設(shè)總線控制器8288和總線仲裁器8289。最大工作模式的典型配置如圖4.12所示。這時(shí)，8086／8088的MN／MX引腳接地。圖4.1248最大工作模式時(shí)，8086／8088的第24～31引腳的信號(hào)含義如下：1.QS1和QS0(instructionqueuestatus)指令隊(duì)列狀態(tài)信號(hào)(輸出)在最大工作模式時(shí)，第24引腳及第25引腳作為QS1及QS0信號(hào)輸出端，這兩個(gè)信號(hào)提供總線周期的前一個(gè)狀態(tài)中指令隊(duì)列的狀態(tài)。2.S2，S1及S0(buscyclestatus)總線周期狀態(tài)信號(hào)(輸出)在最大工作模式時(shí)，第26引腳，第27引腳及第28引腳為S0，S1及S2信號(hào)輸出端。它們提供當(dāng)前總線周期中所進(jìn)行的數(shù)據(jù)傳輸過程類型。由總線控制器8288根據(jù)這些信號(hào)對(duì)存儲(chǔ)器及I／O進(jìn)行控制。49總線周期狀態(tài)(S2，S1及S0)中至少應(yīng)有一個(gè)狀態(tài)為低電平，便可進(jìn)行一種總線操作。當(dāng)S2，S1及S0都為高電平時(shí)表明操作過程即將結(jié)束，而另一個(gè)新的總線周期尚未開始，這時(shí)稱為“無源狀態(tài)”。而在總線周期的最后一個(gè)狀態(tài)(即T4狀態(tài))，S2，S1及S0中只要有一個(gè)信號(hào)改變，就表明是下一個(gè)新的總線周期開始。3.LOCK(lock)總線封鎖信號(hào)(輸出)在最大工作模式時(shí)，第29引腳為總線封鎖信號(hào)輸出端。當(dāng)LOCK為低電平時(shí)，其它總線主控部件都不能占用總線。在DMA期間，LOCK端被浮空而處于高阻狀態(tài)。LOCK信號(hào)由指令前綴LOCK產(chǎn)生，在LOCK前綴后的一條指令執(zhí)行完后，便撤銷LOCK信號(hào)，為防止8086／8088中斷時(shí)總線被其他主控部件所占用，