微机原理与接口技术_第2章3_sy

20:52:191杭州电子科技大学生仪学院微机原理与接口技术20:52:192第二章8086系统结构8086CPU内部结构8086CPU引脚及功能8086CPU存储器组织8086CPU系统配置8086CPU时序20:52:193学习时序的目的:加深对指令执行过程及计算机工作原理的了解。设计接口时，需考虑各引脚信号在时序上的配合。有关概念介绍——时序图20:52:194§2-58086CPU时序概述系统的复位和启动最小模式下的总线操作最小模式下的总线保持主要内容第二章8086系统结构——8086CPU时序20:52:195——概述一．概述概念：计算机工作过程：在时钟脉冲CLK统一控制下的指令执行过程。8086的时钟频率为5MHz，时钟周期或T状态为200ns。①指令周期（InstructionCycle）：执行一条指令所需的时间称为指令周期。不同指令的指令周期的长短是不同的．一个指令周期由几个总线周期组成。②总线周期（BusCycle）：BIU完成一次访问存储器或I/O端口操作所需要的时间，称作一个总线周期。一个总线周期由几个T状态组成。③时钟周期(ClockCycle)：CPU的时钟频率的倒数，也称T状态。第二章8086系统结构——8086CPU时序20:52:196注意：在8086／8088CPU中，每个总线周期至少包含4个时钟周期(T1~T4)，一般情况下，在总线周期的T1状态传送地址，T2~T4状态传送数据。第二章8086系统结构——8086CPU时序——概述20:52:197二．系统的复位与启动①复位信号：通过RESET引脚上的触发信号来引起8086系统复位和启动，RESET至少维持4个时钟周期的高电平。②复位操作：当RESET信导变成高电平时，8086／8088CPU结束现行操作，各个内部寄存器复位成初值。标志寄存器清零指令寄存器0000HCS寄存器FFFFHDS寄存器0000HSS寄存器0000HES寄存器0000H指令队列变空其它寄存器0000H第二章8086系统结构——8086CPU时序——系统的复位与启动20:52:198③复位后程序执行：代码段寄存器CS=FFFFH，指令指针IP=0，从内存的FFFF0H处开始执行指令。在FFFF0处存放了一条无条件转移指令，转移到系统引导程序的入口处，这样系统启动后就自动进入系统程序。④可屏蔽中断被屏蔽：标志寄存器被清0，程序中要用指令STI来设置中断允许标志。第二章8086系统结构——8086CPU时序——系统的复位与启动20:52:199CLKRESET复位内部RESET三态门输出信号浮空不作用状态第二章8086系统结构——8086CPU时序——系统的复位与启动20:52:1910在RESET信号变成高电平后，经过一个时钟周期，所有的三态输出线被设置成高阻，并一直维持高阻状态(浮空)，直到RESET信号回到低电平为止。但在高阻状态的前半个时钟周期，三态输出线被置成不作用状态，当时钟信号又变成高电平时，才置成高阻状态。置成高阻状态的三态输出线包括：AD15~AD0、A19/S6~A16/S3、BHE/S7、M/IO、DT/R、DEN、WR、RD和INTA。另外有几条控制线在复位之后处于无效状态，但不浮空，它们是：ALE、HLDA、RQ/GT0、RQ/GT1、QS0、QS1。第二章8086系统结构——8086CPU时序——系统的复位与启动20:52:1911系统的复位与启动(动画演示)第二章8086系统结构——8086CPU时序20:52:1912三．最小模式下的总线操作(1)读总线周期（动画）第二章8086系统结构——8086CPU时序——最小模式下的总线操作20:52:1913读总线周期一个最基本的读总线周期包含4个T状态，即T1、T2、T3、T4，在存储器和外设速度较慢时，在T3后可插入1个或几个等待状态Tw。第二章8086系统结构——8086CPU时序——最小模式下的总线操作20:52:1914T1状态：①M/IO信号在T1状态有效，指出CPU是从内存还是从I/O端口读取数据。M/IO信号的有效电平一直保持到总线周期结束的T4状态。②T1状态开始，20位地址信号通过多路复用总线输出，指出要读取的存储器或I/O瑞口的地址。高4位地址从A19/S6~A16/S3地址／状态线送出，低16位从AD15~AD0地址／数据线送出。③ALE引脚上输出一个正脉冲作地址锁存信号。在T1状态结束时，M/IO信号，地址信号均已有效，ALE的下降沿用作锁存器8282的选通信号，使地址锁存。④BHE信号有效，作为奇地址存储体的选体信号，配合地址信号可实现存储单元的寻址，它表示高8位数据线上的数据有效。⑤系统中若接有数据总线收发器8286时，在T1状态，DT/R端输出低电平，表示本总线周期为读周期，用DT/R去控制8286接收数据。第二章8086系统结构——8086CPU时序——最小模式下的总线操作20:52:1915T2状态：①地址信号消失，A19/S6~A16/S3引脚上输出状态信息S6~S3，指出当前正在使用的段寄存器及中断允许情况。②低位地址线AD15~AD0进入高阻状态，为读取数据作准备。③BHE/S7变成高电平，输出状态信息S7，S7在设计中未赋于实际意义。④RD信号有效，送到所有的存储器和I/O端口，但只选通地址有效的存储单元和I/O端口，使之能读出数据。⑤若系统中接有8286，DEN信号在T2状态有效，作为8286的选通信号，使数据通过8286传送。第二章8086系统结构——8086CPU时序——最小模式下的总线操作20:52:1916T3状态：①T3状态一开始，CPU采样READY信号，若此信号为低电平表示系统中所连接的存储器或外设工作速度较慢，数据没有准备好，要求CPU在T3和T4状态之间再插入一个TW状态。READY是通过时钟发生器8284传递给CPU的。②当READY信号有效时，CPU读取数据。在DEN＝0、DT/R＝0的控制下，内存单元或I/O端门的数据通过数据收发器8286送到数据总线AD15~AD0上。CPU在T3周期结束时，读取数据。S3S4指出了当前访问哪个段寄存器，若S3S4＝10，表示访问CS段，读取的是指令，CPU将它送入指令队列中等待执行，否则读取的是数据，送入ALU进行运算。第二章8086系统结构——8086CPU时序——最小模式下的总线操作20:52:1917Tw状态：CPU在每个TW状态的前沿对READY信号采样，若为低电平继续插入TW状态。当在TW状态采样到READY信号为高电平时，在当前TW状态执行完，进入T4状态，在最后一个TW状态，数据肯定已出现在数据总线上，此时TW状态的动作与T3状态一样。CPU采样数据线AD15~AD0。T4状态：CPU在T3与T4状态的交界处采样数据。然后在T4状态的后半周期，数据从数据总线上撤除，各个控制信号和状态信号线进入无效状态，DEN无效，总线收发器不工作，一个读总线周期结束。第二章8086系统结构——8086CPU时序——最小模式下的总线操作20:52:1918(2)写总线周期第二章8086系统结构——8086CPU时序——最小模式下的总线操作20:52:1919T1状态：M/IO信号有效，指出CPU将数据写入内存还是I/O端口；CPU给出写入存储单元或I/O端口的20位物理地址；地址锁存信号ALE有效，选存储体信号BHE、A0有效，DT/R变高平，表示本总线周期为写周期。T2状态：地址撤消，S6~S3状态信号输出；数据从CPU送到数据总线AD15~AD0，WR写信号有效；DEN信号有效，作为数据总线收发器8286的选通信号。第二章8086系统结构——8086CPU时序——最小模式下的总线操作20:52:1920T3状态：CPU采样READY线，若READY信号无效，插入一个到几个TW状态，直到READY信号有效．存储器或I/O设备从数据总线上取走数据。T4状态：从数据总线上撤消数据，各控制信号和状态信号线变成无效；DEN信号变成高电平，总线收发器不工作。第二章8086系统结构——8086CPU时序——最小模式下的总线操作20:52:1921几点不同之处（写总线周期与读总线周期）：①在T1状态，DT/R信号为高电平，表示本总线周期为写周期，即CPU将数据写入存储单元或I/O端口。②在T2状态，地址信号发出后，CPU立即向地址/数据总线AD15~AD0发出数据，数据信号保持到T4状态的中间，使存储器或外设一旦准备好即可从数据总线取走数据。③写信号为WR(代替RD)，在T2状态有效，维持到T4状态，选通存储器或I/O端口的写入。第二章8086系统结构——8086CPU时序——最小模式下的总线操作20:52:19228088CPUI/O端口、存储器读周期时序图CLKT1T2T3T4A19~A16/S6~S3IO/MA15~A8AD7~AD0ALERDDT/RDENS6~S3A7~A0A19~A16D7~D0高IO低M20:52:1923A7~A0WRCLKA19~A16/S6~S3T1T2T3T4IO/MA15~A8DT/RDENA19~A16高IO低MS6~S3AD7~AD0ALED7~D08088CPUI/O端口、存储器写周期时序图20:52:1924课堂小结重点：掌握8086最小工作模式下读、写时序的区别P56：15，16，17，18，20作业：