微處理器總線與時序優(yōu)質(zhì)課件

1、第五章 微處理器總線操作與時序第五章 微處理器總線操作與時序總線概述Intel 8086/8088總線操作與時序 微機系統(tǒng)總線技術(shù)第一節(jié) 總線概述總線的分類 總線的主要性能 總線的發(fā)展 一、總線的分類（1）片內(nèi)總線：為CPU內(nèi)部總線.（2）芯片總線：一般直接印刷在電路板上，用于連接各種芯片.（3）局部總線：是CPU及其外圍芯片與局部資源之間的信息通道。這些資源可以是主板上的資源，也可以是插在擴展槽上的功能擴展板的資源，如顯卡。PC機的局部總線包括EISA、VESA、PCI，AGP，PCI-E總線等。（4）系統(tǒng)總線：也稱為板級總線，是用來與擴展槽上的各擴展板相連接的總線。通常所說的總線就是這種總

2、線。系統(tǒng)總線包括了局部總線。（5）通信總線：又稱為外總線，用于微機系統(tǒng)與系統(tǒng)之間，微機系統(tǒng)與外部設(shè)備如打印機、磁盤設(shè)備或微機系統(tǒng)和儀器儀表之間的通信通道。 二、總線的主要性能總線寬度 指一次能同時傳輸?shù)臄?shù)據(jù)位數(shù)，如16位總線、32位總線 總線頻率指總線每秒能傳輸數(shù)據(jù)的次數(shù) 傳輸速率 指在單位時間內(nèi)總線可傳輸?shù)臄?shù)據(jù)總量，用每秒能傳輸?shù)淖止?jié)數(shù)來衡量，單位MB/s。三、總線的發(fā)展ISAEISAVESAAPCIAGPPCI-XPCI ExpressPC/XT1980s1990sMCA2000s第二節(jié)Intel 8086/8088總線操作與時序8086/8088的時鐘和總線周期 8086/8088工作模

3、式與處理器總線 8086/8088的總線時序 一、8086/8088的時鐘和總線周期時鐘周期 CPU的基本時間計量單位，由主頻決定 8086的主頻為5MHz，1個時鐘周期就是200ns 指令周期（Instruction Cycle） 執(zhí)行一條指令所需要的時間 總線周期 (Bus Cycle) 指令周期劃分為一個個總線周期。當CPU要從存儲器或輸入輸出端口存取一個字節(jié)就是一個總線周期 一個最基本的總線周期由4個時鐘周期組成如果想延長總路線周期，則在T3和T4之間可插入1N個等待周期TW來延長總線周期。 一、8086/8088的時鐘和總線周期（cont.）典型的BIU總線周期波形圖 二、 8086

4、/8088工作模式與處理器總線 兩種工作模式公共引腳定義最小模式和處理器總線結(jié)構(gòu) 最大模式和處理器總線結(jié)構(gòu) （一）、兩種工作模式公共引腳定義8086/8088的引腳圖（一）、兩種工作模式公共引腳定義（cont.）1 地址/數(shù)據(jù)總線 AD15AD0 ：分時復(fù)用地址/數(shù)據(jù)總線 A19/S6A16/S3 ：分時復(fù)用的地址/狀態(tài)信號線 存儲讀寫操作總線周期的T1狀態(tài)輸出高4位地址A19A16 對I/O接口輸入輸出操作時，這4條線不用，全為低電平 在總線周期的其他T狀態(tài)，這4條線用來輸出狀態(tài)信息 S6始終為低電平 S5是標志寄存器（PSW）的中斷允許標志位IF的當前狀態(tài) S3和S4用來指示當前正在使用的

5、段寄存器 S4和S3的功能 S4 S3 段寄存器 0 0 當前正在使用ES0 1 當前正在使用SS1 0 當前正在使用CS，或未用任何段寄存器1 1 當前正在使用DS（一）、兩種工作模式公共引腳定義（cont.）2控制總線兩種模式下公用的8條控制引腳 ： （輸入）：工作模式控制線。接+5V時，CPU處于最小工作模式；接地時，CPU處于最大工作模式。 （輸出，三態(tài)）：讀信號，低電平有效。NMI（輸入）：非可屏蔽中斷請求輸入信號，上升沿有效。 INTR（輸入）：可屏蔽中斷請求輸入信號，高電平有效 。RESET（輸入）：系統(tǒng)復(fù)位信號，高電平有效（至少保持四個時鐘周期）。 READY（輸入）：準備好信

6、號，來自存儲器或I/O接口的應(yīng)答信號，高電平有效。 （輸入）：測試信號，低電平有效。 （輸出，三態(tài)）：它也是一個分時復(fù)用引腳。在總線周期的T1狀態(tài)輸出，在總線周期的其他T狀態(tài)輸出S7，S7指示狀態(tài) （一）、兩種工作模式公共引腳定義（cont.）8086最小模式下的基本配置（二）、最小模式和處理器總線結(jié)構(gòu)8088最小模式下的基本配置（二）、最小模式和處理器總線結(jié)構(gòu)（cont.）（二）、最小模式和處理器總線結(jié)構(gòu)（cont.）8086/8088 CPU工作于最小模式時，有關(guān)引腳功能如下 ： （ 對8086，輸出，三態(tài)）存貯器I/O控制 ：區(qū)別CPU需要訪問存儲器（為高電平）還是訪問I/O端口（為低電

7、平） 。 （輸出，三態(tài)）寫控制 ：寫控制信號輸出為低電平有效 。 （輸出）中斷響應(yīng) ALE（輸入）地址鎖存允許：ALE信號是在總線周期內(nèi)的第一個時鐘周期內(nèi)的正脈沖 （輸出，三態(tài)）數(shù)據(jù)發(fā)送/接收 ：信號被用來控制8286/8287的數(shù)據(jù)傳送方向。 （輸出。三態(tài)）數(shù)據(jù)允許：數(shù)據(jù)允許輸出信號低電平有效。HOLD、HLDA（Hold Request輸入，Hold Acknowledge輸出）：HOLD信號是另一個總線主控制者向CPU請求使用總線的輸入請求信號（高電平有效），通常CPU在完成當前的總線操作周期之后，CPU使HLDA輸出高電平，作為回答（響應(yīng)）信號?？偩€操作指令舉例0 010讀I/O接口I

8、N AL,DX1010讀存儲器MOV AX,1000H0101寫I/O接口OUT DX,AL1101寫存儲器MOV 2000H,ALX011非法操作無X100非法操作無X11X無讀寫操作無（二）、最小模式和處理器總線結(jié)構(gòu)（cont.）8086 讀/寫控制信號對應(yīng)的總線操作類型總線操作010中斷響應(yīng)011讀I/O接口110寫I/O接口111暫停 000取指令001讀存儲器100寫存儲器101無操作8088 讀/寫控制信號對應(yīng)的總線操作類型（二）、最小模式和處理器總線結(jié)構(gòu)（cont.）18282地址鎖存器（二）、最小模式和處理器總線結(jié)構(gòu)（cont.）8282用來作為地址鎖存器，用ALE信號作為82

9、82的選通脈沖STB輸入，這樣就能在總線周期的第一個時鐘周期從地址/數(shù)據(jù)、地址/狀態(tài)總線將地址信息鎖存于8282中，從而保證了整個總線周期內(nèi)存儲器和I/O接口芯片能獲得穩(wěn)定的地址信息。 8286用作數(shù)據(jù)總線驅(qū)動器，其T端同 連接，用于控制數(shù)據(jù)傳送方向，而 端同 要連接，以保證只在CPU需要訪問存儲器I/O端口時才允許數(shù)據(jù)通過8286。28286總線收發(fā)器T 操作 01數(shù)據(jù)從A0A7到B0B700數(shù)據(jù)從B0B7到A0A71XA0A7，B0B7均三態(tài)（二）、最小模式和處理器總線結(jié)構(gòu)（cont.）（三）、最大模式和處理器總線結(jié)構(gòu)8086最大模式下的基本配置（二）、最小模式和處理器總線結(jié)構(gòu)（cont.

10、）8088最大模式下的基本配置（二）、最小模式和處理器總線結(jié)構(gòu)（cont.）總線操作類型8288命令信號000中斷響應(yīng)001讀I/O端口010寫I/O端口 、011暫停無101取指令101讀存儲器110寫存儲器 、111無效狀態(tài)無 ， ， 總線周期狀態(tài)信號用來指示當前總線周期所進行的操作類型 8288總線控制器 （二）、最小模式和處理器總線結(jié)構(gòu)（cont.）三、8086/8088的總線時序系統(tǒng)的復(fù)位和啟動操作 總線操作 暫停操作 中斷操作 總線保持或總線請求/允許操作 （一）、系統(tǒng)的復(fù)位和啟動操作 復(fù)位時各寄存器值CPU復(fù)位時各寄存器值內(nèi)容標志位清除指令指針（IP）0000HCS寄存器FFFF

11、HDS寄存器0000HSS寄存器標志位ES寄存器0000H指令隊列空在復(fù)位狀態(tài)下，CPU內(nèi)部的各寄存器被置為初態(tài)。代碼段寄存器CS和指令指針寄存器IP分別被初始化為FFFFH和0000H 8086復(fù)位后重新啟動時，便從內(nèi)存的FFFF0H處開始執(zhí)行指令。 （二）、總線操作1最小模式下的總線讀操作2最小模式下的總線寫操作 3最大模式下的總線讀操作4最大模式下的總線寫操作5總線空操作1.最小模式下的總線讀操作各狀態(tài)下的操作 T1狀態(tài)：CPU根據(jù)執(zhí)行的是訪問存儲器還是訪問I/O端口的指令，首先在 線上發(fā)有效電平。從地址/數(shù)據(jù)復(fù)用線AD15AD0和地址/狀態(tài)復(fù)用線A19/S6A16/S3發(fā)存儲器單元地址

12、(20位)或發(fā)I/O端口地址(16位)。 鎖存地址信號，CPU在T1狀態(tài)從ALE引腳上輸出一個正脈沖作8282地址鎖存器的地址鎖存信號。 為實現(xiàn)對存儲體的高位字節(jié)庫（即奇地址庫）的尋址，CPU在T1狀態(tài)通過 7引腳發(fā)面有效信號（低電平）。 為了控制數(shù)據(jù)總線傳輸方向，使 變?yōu)榈碗娖剑钥刂茢?shù)據(jù)總線收發(fā)器8286為接收數(shù)據(jù)。T2狀態(tài)：（1）地址信號消失，此時AD15AD0進入高阻緩沖期，以便為讀入數(shù)據(jù)作準備。（2）A19/S6A16/S3及 7線開始輸出狀態(tài)信息S7S3，持續(xù)到T4。前面已指出，在8086系統(tǒng)中，S7是未賦實際意義的。（3） 信號開始變?yōu)榈碗娖?有效)，此信號是用來開放8286總線

13、收發(fā)器的。這樣，就可以使8286提前在T3狀態(tài)，即數(shù)據(jù)總線上出現(xiàn)輸入數(shù)據(jù)前獲得開放。 維持到T4的中期結(jié)束有效。（4） 信號開始變?yōu)榈碗娖剑ㄓ行В?。此信號被接到系統(tǒng)中所有存儲器和I/O端口。用來打開數(shù)據(jù)輸出緩沖器，以便將數(shù)據(jù)送上數(shù)據(jù)總線。（5） 繼續(xù)保持低電平有效的接收狀態(tài)。T3狀態(tài)：經(jīng)過T1、T2后，存儲器單元或I/O端口把數(shù)據(jù)送上數(shù)據(jù)總線AD15AD0，以供CPU讀取。TW狀態(tài)：當系統(tǒng)中所用的存儲器或外設(shè)的工作速度較慢，不能在基本總線周期規(guī)定的四個狀態(tài)完成讀操作時，它們將通過8284A時鐘產(chǎn)生器給CPU送一個READY信號。 CPU在T3的前沿(下降沿)采樣READY。 當采到的READY

14、=0時（表示“末就緒”），就會在T3和T4之間插入等待狀態(tài)TW，TW可以為1個或多個。 T4狀態(tài)：在T4狀態(tài)和前一狀態(tài)交界的下降沿處，CPU對數(shù)據(jù)總線上的數(shù)據(jù)進行采樣，完成讀取數(shù)據(jù)的操作。2最小模式下的總線寫操作8088的總線讀/寫操作 8088和8086的總線周期時序波形基本上是一致的，所不同的只有以下幾點：（1）由于8088只有8位數(shù)據(jù)總線，因此，地址線A15AD8不是分時復(fù)用線。這些線上的地址信號在整個讀/寫周期中均保持。（2）地址/數(shù)據(jù)的分時復(fù)用線只有AD7AD0，其操作時序同8086的A15AD0。（3）由于8088的34號引腳不是 7，而是 ，因此8088從T1開始就往 線上送出低

15、電平有效信號，一直維持到T4。3最大模式下的總線讀操作圖中帶*號的信號ALE， ， 或 和DEN都是由8288根據(jù)CPU的 ， ， 的組合產(chǎn)生的 4最大模式下的總線寫操作5總線空操作CPU只有在和存儲器或I/O端口之間交換數(shù)據(jù)，或裝填指令隊列時，才由總線接口部件BIU執(zhí)行總線周期，否則，BIU將進入總線的空閑周期T1。 （三）、暫停操作當CPU執(zhí)行一條暫停指令HLT（Halt）時，就停止一切操作，進入暫停狀態(tài)。暫停狀態(tài)一直保持到發(fā)生中斷或?qū)ο到y(tǒng)進行復(fù)位時為止。在暫停狀態(tài)下，CPU可接收HOLD線上（最小模式下）或 線上（最大模式下）的保持請求。當保持請求消失后，CPU回到暫停狀態(tài)。（四）、中斷

16、響應(yīng)總線周期操作第一個中斷響應(yīng)周期CPU從 引腳上向外設(shè)端口(一般是向8259A中斷控制器)先發(fā)一個負脈沖，表明其中斷申請已得到允許，插入3個或2個空閑狀態(tài)T1（對8088則不需插入空閑周期） 第二個中斷響應(yīng)周期從 發(fā)第二個負脈沖 ，接收外設(shè)的中斷類型碼（五）、總線保持或總線請求/允許操作當一個系統(tǒng)中具有多個總線主模塊時，除CPU之外的其它總線主模塊為了獲得對總線的控制，需向CPU發(fā)出總線保持請求情號，當CPU接到此請求信號，并在同意讓出總線時，就向發(fā)該請求的主模塊發(fā)響應(yīng)信號。1最小模式下的總線保持請求/保持響應(yīng)操作2最大模式下的總線請求/允許/釋放操作第三節(jié)、微機總線技術(shù)概述PC總線的發(fā)展I

17、SA總線PCI總線分類片內(nèi)總線連接ALU與各種寄存器等各個功能部件片總線（局部總線）連接各主板上的各芯片內(nèi)總線（系統(tǒng)總線）連接計算機系統(tǒng)各插件板外總線連接各計算機系統(tǒng)以及計算機系統(tǒng)與外設(shè)性能指標總線寬度一次可以同時傳輸?shù)臄?shù)據(jù)位數(shù)總線頻率總線工作時每秒鐘內(nèi)能傳輸數(shù)據(jù)的次數(shù)傳輸率每秒鐘能處能傳輸?shù)淖止?jié)數(shù)MB/s傳輸率總線寬度/8總線頻率例：PCI總線寬度32位，頻率33MHz 數(shù)據(jù)傳輸率32b/833MHz132MHz總線的操作過程申請尋址數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束PC總線的發(fā)展常見系統(tǒng)總線標準1PC/XT、ISA（PC/AT）總線2MCA、EISA總線 3VESA、PCI總線4AGP總線A1D7D0A19A31. . . . .A0B1B10B31IORIOWMEMRMEMWGNDGNDIO CHRDYAENA10IO CHCHK. . . . .IBM PC/XT總線引腳圖ISAA1A31B1B31C1C18D1D18. . . . . . . . .ISA總線引腳示意圖ISAISA總線引腳示意圖DRQ1DRQ3DRQ0，DRQ5DRQ7#DACK0、#DACK5#DACK7IRQ10IRQ12、IRQ14、IRQ15#DACK1#DACK3IRQ3IRQ7、IRQ9OSCCLK#RE