上課第二章微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)

1、上課第二章微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)第一節(jié) 16位微處理器8086一、8086的編程構(gòu)造*微處理器的性能指標(biāo) 字長:CPU能同時(shí)處理的數(shù)據(jù)位數(shù)數(shù)據(jù)總線寬度。字長16位，即為16位機(jī)主頻：CPU的時(shí)鐘頻率8086：16位機(jī)；8088：準(zhǔn)16位機(jī)8086/8088：20根地址總線，尋址空間1MB編程構(gòu)造：就是指從程序員和使用者的角度看到的構(gòu)造。這種構(gòu)造與CPU內(nèi)部物理構(gòu)造和實(shí)際布局是有區(qū)別的。 一CPU物理構(gòu)造*1、算邏部件ALU2、存放器組* 包括：通用存放器組；指示變址存放器；段存放器組；程序計(jì)數(shù)器IP；標(biāo)志存放器3、預(yù)取指令隊(duì)列緩沖器4、地址形成部件5、控制部件* 包括：指令存放器、指令譯碼及

2、總線周期編碼器、定時(shí)和控制部件、總線周期8086內(nèi)部構(gòu)造內(nèi)部暫存器 IP ES SS DS CS輸入/輸出控制電路外部總線執(zhí)行部分控制電路1 2 3 4 5 6ALU標(biāo)志寄存器 AH AL BH BLCH CL DH DL SP BP SI DI通用寄存器地址加法器指令隊(duì)列緩沖器執(zhí)行部件 （EU)總線接口部件 （BIU)16位20位16位8位二8086的編程構(gòu)造 從功能上看，8086分為：總線接口部件BIU，執(zhí)行部件EU1、總線接口部件BIU 功能：與存儲(chǔ)器、I/O端口傳送數(shù)據(jù) 取指：內(nèi)存指令隊(duì)列 執(zhí)行指令：內(nèi)存或外設(shè)端口EU EU的操作結(jié)果內(nèi)存 單元或外設(shè)端口 取數(shù)組成：1、4個(gè)16位段地址

3、存放器，即CS、DS、ES、SS2、16位的指令指針存放器 IP(Instruction Pointer)；3、20位的地址加法器； 4、6字節(jié)的指令隊(duì)列緩沖器 8088為4個(gè)字節(jié)注：1、8086/8088在執(zhí)行指令的同時(shí)，從內(nèi)存中取下面1條指令或幾條指令，取來的指令就放在指令隊(duì)列緩沖器中 。通常，8086/8088執(zhí)行完一條指令就可以立即執(zhí)行下一條指令，從而提高了CPU的效率。 2、地址加法器用來根據(jù)16位存放器提供的信息計(jì)算出20位的物理地址 *8086/8088存儲(chǔ)器如何分段？*程序以邏輯地址編址，而不是用物理地址2、執(zhí)行部件EU：負(fù)責(zé)指令的執(zhí)行*14個(gè)通用存放器，即AX，BX，CX，

4、DX；2 4個(gè)專用存放器，即基數(shù)指針存放器BP，堆棧指針存放器SP，源變址存放器SI，目的變址存放器DI；3 標(biāo)志存放器；4算術(shù)邏輯部件ALU 標(biāo)志存放器*：OF DF IF TF SF ZF AF PF CF狀態(tài)標(biāo)志6個(gè)：SF 、ZF、PF、CF、AF和OF控制標(biāo)志3個(gè)：DF、IF、TF 3、BIU和EU的動(dòng)作管理* 并非同步工作1每當(dāng)8086的指令隊(duì)列中有2個(gè)空字節(jié)，或8088指令隊(duì)列中有1個(gè)空字節(jié)時(shí)，BIU就會(huì)自動(dòng)把指令取到指令隊(duì)列中。2取指和訪存的沖突3指令隊(duì)列滿4執(zhí)行轉(zhuǎn)移、調(diào)用和返回指令時(shí)，指令隊(duì)列的操作8086/8088系統(tǒng)與傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)工作方式的區(qū)別*傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)的工作步驟取指和執(zhí)行

5、是串行的*8086/8088的工作步驟取指和執(zhí)行是并行的*3、8086總線周期的概念* 取指令或傳送數(shù)據(jù)，就需要CPU的總線接口部件執(zhí)行一個(gè)總線周期 在8086/8088中，一個(gè)根本的總線周期由4個(gè)時(shí)鐘周期組成，時(shí)鐘周期是CPU的根本時(shí)間計(jì)算單位，它由計(jì)算機(jī)主頻決定。 4個(gè)時(shí)鐘周期分別稱為4個(gè)狀態(tài)，即T1狀態(tài)，T2狀態(tài)，T3狀態(tài)，T4狀態(tài) s二、8086的引腳信號(hào)和工作模式一最大模式和最小模式的概念最小模式：就是在系統(tǒng)中只有8086或者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或8088產(chǎn)生，因此，系統(tǒng)中的總線控制電路可減到最少。最大模式：用在中等規(guī)?；蛘叽笮偷?0

6、86/8088系統(tǒng)中。在最大模式系統(tǒng)中，總是包括有兩個(gè)或多個(gè)微處理器，其中一個(gè)主處理器就是8086或者8088，其他的處理器稱為協(xié)處理器，協(xié)助主處理器工作。 協(xié)處理器*：數(shù)值運(yùn)算8087； I/O操作8089 8086/8088到底工作在最大模式還是最小模式由硬件決定 二8086/8088的引腳信號(hào)和功能二8086/8088的引腳信號(hào)和功能注*：1、8086/8088的數(shù)據(jù)線和地址線是復(fù)用的 。2、8086/8088的引腳差異*18086有16個(gè)地址/數(shù)據(jù)復(fù)用引腳 8088有8個(gè)地址/數(shù)據(jù)復(fù)用引腳228腳和34腳定義不同1、各引腳信號(hào)*：1GND，VCC2AD15AD0：地址/數(shù)據(jù)復(fù)用引腳,雙

7、向工作 * 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端口的地址 T2，T3狀態(tài),假設(shè)為讀周期，那么處于浮空狀態(tài)，假設(shè)為寫周期，那么用來傳輸數(shù)據(jù)。 注*：在8086系統(tǒng)中,常將AD0信號(hào)作為低8位數(shù)據(jù)的選通信號(hào) 3 A19/S6A16/S3地址/狀態(tài)復(fù)用引腳，輸出 * 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 4/BHE /S7 ：高8位數(shù)據(jù)總線允許/狀態(tài)復(fù)用引腳，輸出 * 如圖表2-2，書P185NMI6INTR7/RD8CLK9Reset：在復(fù)位的時(shí)候，代碼段存放器CS和指令指針存放器IP分別初始化為FFFFH和0000H

8、。所以，8086/8088在復(fù)位之后再重新啟動(dòng)時(shí)，便從內(nèi)存的FFFF0H處開場執(zhí)行指令。因此，一般在FFFF0H處存放一條無條件轉(zhuǎn)移指令，轉(zhuǎn)移到系統(tǒng)程序的入口處。這樣，系統(tǒng)一旦被啟動(dòng)，便自動(dòng)進(jìn)入系統(tǒng)程序。 10Ready11/TEST12MN/MX 上述信號(hào)是8086/8088工作在最小模式和最大模式時(shí)都要用的。此外，8086/8088第2431腳還有8個(gè)控制信號(hào)，它們?cè)谧钚∧Ｊ较掠胁煌拿Q和定義。三最小模式*1、INTA：中斷響應(yīng)信號(hào)輸出 s2、ALE：地址鎖存允許信號(hào)輸出 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 。ALE端不能浮

9、空 3、DEN4、DT/R5、M/IO6、WR7、HOLD8、HLDA最小模式下的系統(tǒng)配置S8282 鎖存器和8086 的連接 S8286收發(fā)器和8088的連接S s書P22表2-3注：1、當(dāng)系統(tǒng)中CPU以外的總線主部件對(duì)總線有請(qǐng)求時(shí)* 2、假設(shè)在設(shè)計(jì)總線時(shí)，想給各部件的數(shù)據(jù)信號(hào)的相位正好和CPU的數(shù)據(jù)信號(hào)相位相反或需要將外設(shè)數(shù)據(jù)信號(hào)反一個(gè)相位再提供給CPU，那么可采用8287*8284A 和8086 / 8088的連接 s四最大模式*2431引腳有新的定義1、QS1，QS0：指令隊(duì)列狀態(tài)信號(hào)輸出 * 見書P23表2-42、S2，S1，S0：總線周期狀態(tài)信號(hào)輸出 *3、LOCK：總線封鎖信號(hào)輸

10、出 4、RQ/GT1，RQ/GT0：總線請(qǐng)求信號(hào)輸入/ 總線授權(quán)信號(hào)輸出 8086在最大模式下的典型配置 S二、8086的操作和時(shí)序一系統(tǒng)的復(fù)位和啟動(dòng)操作注：1、復(fù)位后，從FFFF0H處開場執(zhí)行程序 。2、由于標(biāo)志存放器被清零，IF=0，從INTR引腳進(jìn)入的可屏蔽中斷都得不到允許 。8086的復(fù)位操作時(shí)序S 復(fù)位操作時(shí)8086的總線信號(hào) S二總線操作分為讀操作和寫操作1、最小方式下的總線讀操作s2、最小方式下的總線寫操作 s3、最大模式下的總線讀操作時(shí)序 s4、最大模式下總線寫操作時(shí)序 s5、總線空操作 只有在CPU和內(nèi)存及I/O接口之間傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，CPU才執(zhí)行總線周期。CPU在不執(zhí)行總線周期

11、時(shí)，總線接口部件就不和總線打交道，此時(shí)，進(jìn)入總線空閑周期TI。 在空閑周期中，盡管CPU對(duì)總線進(jìn)展空操作，但在CPU內(nèi)部，仍然進(jìn)展著有效的操作。 三中斷操作和中斷系統(tǒng)*1、8086的中斷分類 8086/8088可以處理256種不同的中斷，每個(gè)中斷對(duì)應(yīng)一個(gè)類型碼，所以，256種中斷對(duì)應(yīng)的中斷類型碼為0255。 1硬件中斷 a、非屏蔽中斷 NMI b、可屏蔽中斷 INTR2軟件中斷2、中斷向量和中斷向量表 *中斷向量：就是中斷處理子程序的入口地址，每個(gè)中斷類型對(duì)應(yīng)一個(gè)中斷向量。一個(gè)中斷向量占4個(gè)存儲(chǔ)單元 。 其中，前2個(gè)單元存放中斷處理子程序入口地址的偏移量IP，低位在前，高位在后，后2個(gè)單元存放

12、中斷處理子程序入口地址的段地址CS，同樣也是低位在前高位在后。 256*4=1024，占用0段的000003FFH區(qū)域8086/8088的中斷向量表 注：1前5個(gè)是專用中斷，它們有著固定的定義和處理功能 。 2從類型5到類型311FH共27個(gè)中斷為保存的中斷，是提供給系統(tǒng)使用的，用戶一般不應(yīng)該對(duì)這些中斷自行定義。 3其余類型的中斷原那么上可以由用戶定義。但是，有些中斷類型目前已經(jīng)有了固定的用途，比方21H類型的中斷是操作系統(tǒng)MS-DOS的系統(tǒng)調(diào)用。 3、硬件中斷外部*NMI：引入非屏蔽中斷。類型號(hào)為2，非屏蔽中斷處理子程序的入口地址放在0段的0008H、0009H、000AH和000BH這4個(gè)

13、單元中。 其優(yōu)先級(jí)最高。 INTR：引入可屏蔽中斷。IF標(biāo)志決定是否響應(yīng)中斷。4、硬件中斷的響應(yīng)和時(shí)序* 可屏蔽中斷的響應(yīng)過程：INTR引腳用于接收可屏蔽中斷請(qǐng)求信號(hào)輸入高電平有效INTA引腳用于中斷響應(yīng)信號(hào)輸出低電平有效，連續(xù)兩個(gè)周期中的兩個(gè)負(fù)脈沖。*響應(yīng)過程*：1、從數(shù)據(jù)總線上讀取中斷類型碼，將其存入內(nèi)部存放器。 2、將標(biāo)志存放器的值推入堆棧。 3、IF，TF清零4、斷點(diǎn)入堆棧5、根據(jù)目前得到的中斷類型碼，到內(nèi)存0000段的中斷向量表中找到中斷向量，再根據(jù)中斷向量轉(zhuǎn)入相應(yīng)的中斷處理子程序。 注*：1、可屏蔽中斷請(qǐng)求信號(hào)是一個(gè)電平觸發(fā)信號(hào)，即高電平就觸發(fā)。且INTR信號(hào)的高電平必須維持到CP

14、U響應(yīng)中斷才完畢。 2、NMI請(qǐng)求信號(hào)是一個(gè)上升沿觸發(fā)信號(hào)。CPU不從外部設(shè)備讀取中斷類型碼 8086中斷響應(yīng)的總線周期 *5、中斷處理子程序保護(hù)現(xiàn)場開中斷處理任務(wù)關(guān)中斷恢復(fù)現(xiàn)場開中斷返回6、軟件中斷*：通過中斷指令來使CPU執(zhí)行中斷處理子程序的方法。中斷子程序和一般子程序只是返回指令不同特點(diǎn)*：1用一條指令進(jìn)入中斷處理子程序, 中斷類型碼由指令提供，無需從DB讀，無需執(zhí)行中斷響應(yīng)總線周期。 2不受中斷允許標(biāo)志IF的影響 3硬件中斷優(yōu)先級(jí)軟件中斷4無隨機(jī)性，可和主程序進(jìn)展參數(shù)的傳遞。而硬件中斷的中斷子程序和主程序互相獨(dú)立注：常把一些常用的較大型的子程序設(shè)計(jì)為中斷處理子程序，再在程序中用軟件中斷