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文檔簡(jiǎn)介
一.微計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次
<?微處理器(Microprocessor)
3
個(gè)
層?微型計(jì)算機(jī)(Microcomputer)
次
微計(jì)算機(jī)系統(tǒng)(Microcomputersystem)
「算術(shù)邏輯單元
r微處理器寄存器陣列
〔控制器電路
「數(shù)據(jù)總線
系統(tǒng)總線〈地址總線
「控制總線
「微型計(jì)算機(jī)j
[只讀存儲(chǔ)器
內(nèi)存儲(chǔ)器
I隨機(jī)訪問(wèn)存儲(chǔ)器
r串行輸入輸出接口
并行輸入輸出接口
<外圍接口電外存儲(chǔ)器摟■
路〔顯示器接口等
▼
微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)「系統(tǒng)軟件
軟件中間件
〔應(yīng)用軟件
電源、機(jī)箱、控制面板
「鍵盤、鼠標(biāo)
顯示示器、打印機(jī)
I外圍設(shè)備W軟磁盤驅(qū)動(dòng)器微處理器,微計(jì)算機(jī).
硬磁盤驅(qū)動(dòng)器微計(jì)算機(jī)系統(tǒng)三者關(guān)系
〔光盤驅(qū)動(dòng)器等等
微處理器結(jié)構(gòu)框圖
內(nèi)部總線
控制邏輯
(2)微型計(jì)算機(jī)
微處理器:執(zhí)行指令的核心。
存儲(chǔ)器:指令碼、操作數(shù)、結(jié)果的存儲(chǔ)。
外圍接口電路:并口、串口、外存接口、
顯示器接口、網(wǎng)絡(luò)接口、聲音接口等。
系統(tǒng)總線:不同層次的總線將上述模塊
連接起來(lái),作為各種信息的通路,按信
息類別分為數(shù)據(jù)、地址、控制三類總線。
微處理器(up)
總線控制邏輯
微計(jì)算機(jī)基本結(jié)構(gòu)
(3)微計(jì)算機(jī)系統(tǒng)
?微計(jì)算機(jī):微處理器、存儲(chǔ)器、外圍接
口電路、系統(tǒng)總線。
軟件:系統(tǒng)軟件、中間軟件、應(yīng)用軟件。
外部設(shè)備:軟驅(qū)、硬驅(qū)、光驅(qū)、鍵盤、
鼠標(biāo)、顯示器。
電源、機(jī)箱、控制面板。
二.8086微處理器結(jié)構(gòu)
1.80X86微處理器系列概況
*808616位微處理器,內(nèi)部及對(duì)外16位數(shù)據(jù)通路,
20位地址,尋址空間1MB;
*地址/數(shù)據(jù)分時(shí)復(fù)用;
*8086具有初級(jí)流水線結(jié)構(gòu),內(nèi)部操作與對(duì)外操作具
有并行性。
?80286:16位結(jié)構(gòu),24位地址,16MB尋址空間;支
持保護(hù)方式,可執(zhí)行多任務(wù),速度比8086快。
?80386:32位結(jié)構(gòu),32位地址,4GB尋址空間;支
持保護(hù)方式,可執(zhí)行多任務(wù),性能優(yōu)于16位結(jié)構(gòu)。
*80486:32位結(jié)構(gòu),片內(nèi)FPU,片內(nèi)Cache,速度
比80386塊很多。
2.8086微處理器邏輯框圖
分EU與BIU兩部分:
1)執(zhí)行部件(EU):由、1、狀^態(tài)志寄存
器及操作控制電路組成。
2)總線接口部件(BIU):由(段寄存器
CS、DS、ES、SS,指令指針寄存器IP)、
沖器、地址加法器、輸入輸出控制電路等功組4
成。形成對(duì)外總線,與存儲(chǔ)器、I/O接口電路進(jìn)行數(shù)
據(jù)傳輸。
3)EU與BIU的流水線操作:EU與BIU既可協(xié)同又可
獨(dú)立工作,BIU在保證EU與片外傳送操作數(shù)前提下,
可進(jìn)行指令預(yù)取,與EU可重疊操作。
AHALAX
通BHBLBX
用CHCLCX
ZX
寄DHDLDX
存SP(Stackpointer)
CS(CodeSegment)
器BP(Basepointer)
DS(DataSegment)8
0
DI(DestinationIndex)SS(StackSegment總8
ES(ExtraSegment'線6
控
SI(SourceIndex)總
IP(Instruction制
線
Pointer)邏Q
■內(nèi)部通信寄存器-輯
ALU總線」L
16
暫存寄存器一
執(zhí)行單元總線接口單元
(EU)(BIU)
BIU與EU的重疊操作
*8080/8085受結(jié)構(gòu)限制,取指令和執(zhí)行指令
串行進(jìn)行,操作無(wú)重疊(無(wú)并行性)。
*8086由EU與BIU兩個(gè)獨(dú)立的功能部件組成,
它們的操作有并行性。
*EU與BIU的流水線操作:EU與BIU可獨(dú)
立工作,BIU在保證EU與片外傳送操作數(shù)前提
下,可進(jìn)行指令預(yù)取,與EU可重疊操作。
*若8086指令隊(duì)列出現(xiàn)2個(gè)空字節(jié),且EU未占
總線情況下,BIU自動(dòng)取指令填充隊(duì)列。
非流水線操作取指令1執(zhí)行指令L取指令2執(zhí)行指令2
8085
流水線操作
取指令1執(zhí)行指令i
8086
取指令2執(zhí)行指令2
取指令3執(zhí)行指令3
LtOtlt2t3t4
在t0~t4時(shí)間間隔中,8085執(zhí)行了2條指令。
在t0?t4時(shí)間間隔中,理想情況下,8086可執(zhí)行3條指令。
086/8088微處理器的存儲(chǔ)器管理
8086/8088微處理器20位地址,尋址空間1MB;
寄存器16位,最大尋址216=64KB。
如何用16位寄存器形成20位地址碼?
存儲(chǔ)空間分段;每段64KB,段內(nèi)16位地址;
段起始地址:XXXXXXXXXXXXX
段地址16位
段地址:偏移地址
段內(nèi)地址16位
物理地址=段地址X16+偏移地址
?物理地址的形成
150150
段基地址|偏移地址
偏移地址
3.8086微處理器引腳(線)說(shuō)明
*微處理器引線,邏輯上分為3類:
地址總線信號(hào);
數(shù)據(jù)總線信號(hào);
控制總線信號(hào);
其它專用信號(hào):電源、地、時(shí)鐘。
*采用引線分時(shí)復(fù)用技術(shù),一條引線不同*間
代表不同信號(hào),解決引線不夠問(wèn)題。
(1)基本引腳信號(hào)
*AD15-AD0(I/O,三態(tài)):地址/數(shù)據(jù)復(fù)用。
*A19/S6-A16/S3(0,三態(tài)):地址/狀態(tài)復(fù)用。
^BHE/S,(0,三態(tài)):高字節(jié)允許/狀態(tài)復(fù)用。
*NMI(In):非屏蔽中斷請(qǐng)求輸入,上升沿觸發(fā)。
*INTR(In):可屏蔽中斷請(qǐng)求輸入,高電平有效。
*而(0,三態(tài)):讀選通信號(hào),低電平有效。
*CLK(In):時(shí)鐘信號(hào),處理器基本定時(shí)脈沖。
*RESET(In):復(fù)位信號(hào),高電平有效。
*WR(0,三態(tài)):寫選通信號(hào),低電平有效。
*READY(In):準(zhǔn)備好信號(hào),高電平有效。處理器與
存儲(chǔ)器及I/0接口速度同步的控制信號(hào)。
*TEST(In):測(cè)試信號(hào),低電平有效。處理器執(zhí)行
WAIT指令的控制信號(hào)。
*MN/而(In):最大/最小工作模式選擇信號(hào)。硬件設(shè)
計(jì)者用來(lái)決定8086工作模式,MN/W=1,8086為最
小模式,MN/旗=0,8086為最大模式。
*Vcc(In):處理器的電源引腳,接+5V電源。
*GND:處理器的地線引腳,接系統(tǒng)地線。
(2)最小模式下的有關(guān)控制信號(hào)
*INTA(O):最小模式下的中斷響應(yīng)信號(hào)。
*ALE(O):地址鎖存允許信號(hào)。
**(O,三態(tài)):數(shù)據(jù)總線緩沖器允許信號(hào)。
*DT市(O,三態(tài)):數(shù)據(jù)總線緩沖器方向控制信號(hào)。
*M/而(O,三態(tài)):存儲(chǔ)器或I/O接口選擇信號(hào)。
*WR(O,三態(tài)):寫命令信號(hào)。
*HOLD(In):總線請(qǐng)求信號(hào)。
*HLDA(O):總線請(qǐng)求響應(yīng)信號(hào)。
(3)最大模式下的有關(guān)控制信號(hào)
*QSnQS°(O):指令隊(duì)列狀態(tài)信號(hào)。表明8086當(dāng)前指
令隊(duì)列的狀態(tài)。
*,,或,廉(O,三態(tài)):最大模式總線周期狀態(tài)信號(hào)???/p>
線控制器8288的輸入信號(hào),8288輸出各種控制信號(hào)。
*Id函(。,三態(tài)):總線封鎖信號(hào)。有效時(shí)不允許其他
主控部件占用總線。
*運(yùn)/加,RQ/GT\(I/O):最大模式總線請(qǐng)求/總線響
應(yīng)信號(hào),作為輸入時(shí)是總線請(qǐng)求RQ信號(hào),作為輸出時(shí)
是總線響應(yīng)GT信號(hào)。
4.8086最小方式微計(jì)算機(jī)組成
VcC
8086與系統(tǒng)總線接口(最小方式)
5.8086最大方式微計(jì)算機(jī)組成
三、8086總線操作、中斷系統(tǒng)及總線請(qǐng)求
1.8086總線操作:8086微處理器與片外存
儲(chǔ)器或I/O接口進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí),經(jīng)BIU
執(zhí)行8086規(guī)定的總線操作。
2.8086的中斷系統(tǒng):8086微處理器可處理
256種中斷。
3.8086總線請(qǐng)求:在一個(gè)系統(tǒng)中,若存在
多個(gè)可控制總線的主模塊時(shí),總線使用
權(quán)的轉(zhuǎn)移存在著一個(gè)請(qǐng)求與響應(yīng)的過(guò)程。
?T1狀態(tài):
BIU將RAM或I/O地址放在地址/數(shù)據(jù)復(fù)用
總線(A/D)±o
T2狀態(tài):(分讀/寫兩種情況)
?讀總線周期:
A/D總線為接收數(shù)據(jù)做準(zhǔn)備一緩沖。因?yàn)?/p>
A/D總線要改變線路的信息流動(dòng)方向。
A寫總線周期:
A/D總線上形成待寫的數(shù)據(jù),且保持到總
線周期的結(jié)束(T4)。
?T3,T4:
對(duì)于讀或?qū)懣偩€周期,AD總線上均為。
Tw:
當(dāng)RAM或I/O接口速度不夠時(shí),在T3與T4之
間可插入等待狀態(tài)Tw。
?Ti:
當(dāng)BIU無(wú)訪問(wèn)操作數(shù)和取指令的任務(wù)時(shí),
8086不執(zhí)行總線操作,總線周期處于
態(tài)Ti。
8086最小方式下讀寫總線周期時(shí)序
AALE信號(hào)在T1出現(xiàn),表明一個(gè)總線周期
開(kāi)始,選通外部地址鎖存器,鎖存AD總線
上的地址信息。
A在RD、WR等信號(hào)的配合下,T3、T4期
間完成數(shù)據(jù)訪問(wèn)。
AT3上升沿檢測(cè)READY信號(hào)是否有效,無(wú)
效時(shí)在T3與T4間插入等待狀態(tài)Tw。
讀操作
—T2一
-T]t~T3-T4
改變信號(hào)方向
M/
CPU地址信號(hào)—數(shù)據(jù)信號(hào)
10
AB/DB復(fù)用線
寫操作
Ti-?丁4-
信號(hào)方向不變
CPU地址信號(hào)—數(shù)據(jù)信號(hào)—
?8086最小方式下讀總線周期時(shí)序
8
0
8
6
讀
總
線
周
期
基
本
定
時(shí)
?8086最小方式下寫總線周期時(shí)序
---------一個(gè)總線周期---------
T1T2IT3T4
CLK____I8
A19/S6-A16/S30
<Addr,BHE乂Status輸出'一?8
BHE/S76
寫
AD15-AD0Addr輸出DATA皤曲)
---<TX總
:線
ALE_~?________________r
周
M/I0XLOW=I/O,HIGH二MEMORY期
基
WR本
定
DT/R時(shí)
DEN
2.8086中斷系統(tǒng)
?8086微處理器具有處理256種中斷的能力。
?每個(gè)中斷分配給一個(gè)中斷類型碼,在。?
255之間,用一字節(jié)表示,也稱為256種類
型中斷。
?256種類型中斷分為和軌彳
>硬件中斷:外部硬件電路產(chǎn)生的中斷、
>軟件中斷:8086操作過(guò)程中發(fā)生異常事件
或執(zhí)行中斷指令I(lǐng)NTn。
指令/CPU軟件中斷(內(nèi)部)硬件中斷(外部)
啟動(dòng)的
非屏蔽中斷請(qǐng)求
INTn指令(2)
中
斷
可
控
屏
蔽
制
中
器
斷
請(qǐng)
求
8259A
8086中斷分類圖
?中斷向量與中斷向量類
A中斷向量:每種中斷處理程序的入口地
址稱為中斷向量。
段地址(16位)2個(gè)字節(jié)
20位物理地址4個(gè)存儲(chǔ)單元
偏移量(16位)2個(gè)字節(jié)
?中斷向量表:8086將內(nèi)存最低地址的1K
字節(jié)空間作為中斷向量表,存放256種中
斷處理程序的入口地址,每個(gè)地址占4字
節(jié)。中斷向量表的分配如下圖所示:
8086/8088中斷向量表
*
用占內(nèi)存0000H段
03FFH
戶cs
Type225
定------IP------
03FCH
義
?
0083H
------cs------
22個(gè)
Type32
------IP------
0080H
\______
007FH
/
------cs------
保Type31
------IP------
留007CH
?
*
27個(gè)
cs
Type5
IP
0014H_____
\______
0013H
J
cs
Type4
溢出中斷
IP
0010H
OOOFH--------
8
cs
08專6
Type3
斷點(diǎn)中斷
用IP
OOOCH_____
OOOFH
5
cs
Type8
個(gè)非屏蔽中斷
IP
0008H_____
0007H
cs
Type1
單步中斷
IP
0004H_____
0003H
cs
Type0
除數(shù)為0
IP
0000H--------
?8086對(duì)外部硬件中斷厚求INTR的響應(yīng):
當(dāng)INTR有一高電平,即有可屏蔽中斷請(qǐng)
求。若此時(shí)IF=1且當(dāng)前指令執(zhí)行完畢,
進(jìn)入中斷響應(yīng)周期,處理過(guò)程如下:
a.INTA在兩個(gè)總線周期中分別發(fā)出一個(gè)有
效信號(hào),8086在第二個(gè)INTI有效期間讀
取中斷類型碼。
b.保護(hù)現(xiàn)場(chǎng):標(biāo)志寄存器入棧,清除IF和
TF標(biāo)志位,保護(hù)斷點(diǎn)(下一條指令地址
入棧)。
C.8086將中斷類型碼乘4,得到中斷向量表
的入口地址,例如:
類型碼=0CH,中斷向量表入口R030H
d.8086從0030H開(kāi)始讀取4字節(jié)中斷處理程序
的入口地址,前兩字節(jié)(例如0030H、
0031H)裝入IP,后兩字節(jié)(例如0032H、
0033H)裝入CS;8086根據(jù)CS:IP執(zhí)行中斷
處理程序。
e.中斷響應(yīng)過(guò)程中8086不響應(yīng)總線請(qǐng)求。
3.8086總線請(qǐng)求
?在一個(gè)系統(tǒng)中,若存在多個(gè)可控制總線
的主模塊時(shí),總線使用權(quán)的轉(zhuǎn)移存在著
一個(gè)請(qǐng)求與響應(yīng)的過(guò)程。
?最小模式下總線請(qǐng)求:
>總線請(qǐng)求信號(hào)HOLD,總線響應(yīng)信號(hào)HLDA;
>8086在每個(gè)CLK上升沿檢測(cè)HOLD信號(hào);
>若有總線請(qǐng)求,當(dāng)前總線周期結(jié)束時(shí)
HLDA變高,響應(yīng)請(qǐng)求,8086讓出總線控
制權(quán)。
最大模式下總線請(qǐng)求:有兩個(gè)通道
?請(qǐng)求信號(hào)是:RQ()/GTo和RQ/GTi兩條引
線中的?。┖蚏Q1信號(hào),為輸△;
A響應(yīng)信號(hào)是:g/N和麗/1用倆條引
”中巧麗)西GT1信號(hào),
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