第4章 16位微處理器

1、電子科學系電子科學系第第4章章16位微處理器位微處理器4.1 16位微處理器概述位微處理器概述4.2 8086/8088 CPU的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)4.3 8086/8088 CPU的引腳信號和工作模式的引腳信號和工作模式4.4 8086/8088的主要操作功能的主要操作功能電子科學系電子科學系 微處理器微處理器(microprocessor)是微型計算機是微型計算機的運算及控制部件，也稱中央處理單元的運算及控制部件，也稱中央處理單元(Central Processing Unit, CPU)。它本身不。它本身不構(gòu)成獨立的工作系統(tǒng)，因而它也不能獨立地執(zhí)構(gòu)成獨立的工作系統(tǒng)，因而它也不能獨立地執(zhí)行程序。通

2、常，微處理器由算術(shù)邏輯部件行程序。通常，微處理器由算術(shù)邏輯部件(ALU)、控制部件、寄存器組和片內(nèi)總線等幾、控制部件、寄存器組和片內(nèi)總線等幾部分組成，這些都已在前面講過了。部分組成，這些都已在前面講過了。4.1 16位微處理器概述位微處理器概述電子科學系電子科學系1. 第一代第一代4位或低檔位或低檔8位微處理器位微處理器 第一代微處理器的典型產(chǎn)品是Intel公司1971年研制成功的4004（4位CPU）及1972年推出的低檔8位CPU 8008。發(fā)展歷程發(fā)展歷程電子科學系電子科學系2.第二代第二代中高檔中高檔8位微處理器位微處理器 之后逐漸形成以Intel公司、Motorola公司、Zilog

3、公司產(chǎn)品為代表的三大系列微處理器。第二代微處理器的典型產(chǎn)品有1974年Intel公司生產(chǎn)的8080 CPU， Zilog 公司生產(chǎn)的Z80 CPU、Motorola公司生產(chǎn)的MC6800 CPU以及Intel 公司1976年推出的8085CPU。它們均為8位微處理器，具有16位地址總線。 可使用匯編語言及BASIC、FORTRAN等高級語言編寫程序。電子科學系電子科學系 3第三代第三代16位微處理器位微處理器 第三代微處理器的典型產(chǎn)品是1978年Intel公司生產(chǎn)的8086 CPU，286、Zilog公司的Z8000 CPU和Motorola公司的MC6800 CPU。它們均為16位微處理器，

4、具有20位地址總線。 為方便原8位機用戶，Intel公司在8086推出后不久便很快推出準16位的8088CPU，其指令系統(tǒng)與8086完全兼容，CPU內(nèi)部結(jié)構(gòu)仍為16位，但外部數(shù)據(jù)總線是8位的。并以8088為CPU組成了IBM PC、PC/XT等準16位微型計算機，由于其性能價格比高，很快占領(lǐng)了市場。 電子科學系電子科學系4第四代第四代32位高檔微處理器位高檔微處理器 1985年，Intel公司推出了32位微處理器芯片80386，其地址總線也為32位。80386SX內(nèi)部結(jié)構(gòu)位32位，外部數(shù)據(jù)總線為16位；80386DX內(nèi)部結(jié)構(gòu)、外部數(shù)據(jù)總線皆為32位，采用80387作為協(xié)處理器。 1990年，I

5、ntel公司在80386基礎上研制出新一代32位微處理器芯片80486，其地址總線仍然為32位。它相當于把80386、80387及8KB高速緩沖存儲器(Cache)集成在一塊芯片上，性能比80386有較大提高。 電子科學系電子科學系5. 第五代第五代64位高檔微處理器位高檔微處理器 第五代微處理器的典型產(chǎn)品是1993年Intel公司推出的Pentium(奔騰，Intel 586)以及IBM、Apple和Motorola三家公司聯(lián)合生產(chǎn)的Power PC。 Pentium微處理器數(shù)據(jù)總線為64位，地址總線為36位，有兩條超標量流水線，兩個并行執(zhí)行單元及雙高速緩沖存儲器，工作頻率有1.4 GHz

6、、1.6GHz 、2.0GHz 和2.3GHz等。 Power PC是一種精簡指令集計算機，也是一種性能優(yōu)異的64位微處理器，其中也采用了先進的超標量流水線技術(shù)及雙高速緩沖存儲器。電子科學系電子科學系圖圖4.14.2 80868088 CPU的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)8086 CPU從功能上可分為兩部分，即總線接口部件(bus interface unit，縮寫為BIU)和執(zhí)行部件EU(execution unit)。8086的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖4.1所示。電子科學系電子科學系電子科學系電子科學系4.2.1 執(zhí)行部件執(zhí)行部件 執(zhí)行部件執(zhí)行部件(EU)的功能就是負責指令的執(zhí)行。將指的功能就是負責指令的執(zhí)行。將指令譯

7、碼并利用內(nèi)部的寄存器和令譯碼并利用內(nèi)部的寄存器和ALU對數(shù)據(jù)進行所需的對數(shù)據(jù)進行所需的處理。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個通用寄存器，即AX，BX，CX，DX；(2) 4個專用寄存器，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) 標志寄存器(FR)；(4) 算術(shù)邏輯部件(ALU)。電子科學系電子科學系80868088的的EU有如下特點：有如下特點：(1) 4個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。例如當BX寄存器作為8位寄存器時，分為BH和BL，BH為高8位，BL為低8位。(2) A

8、X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作來執(zhí)行的。當累加器作為16位來使用時，可以進行按字乘操作、按字除操作、按字輸入輸出和其他字傳送等；當累加器作為8位來使用時，可以實現(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，以及十進制運算等。電子科學系電子科學系AHAHALALBHBHBLBLCHCHCLCLDHDHDLDLAXAXBXBXCXCXDXDX累加器累加器基址基址計數(shù)計數(shù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)寄存器數(shù)據(jù)寄存器0 07 78 81515lAX、BX、CX、DX，用于存放16的數(shù)據(jù)和地址。l可以拆分成AH、AL、BH、BL、CH、CL、DH、DL，用來存放8

9、位數(shù)據(jù)，可以獨立尋址，獨立使用。l隱含使用：AX作為累加器； BX作為基址寄存器； CX作為計數(shù)寄存器； DX在乘除運算中做輔助累加器。電子科學系電子科學系SPSPBPBPSISIDIDI0 0堆棧指針堆棧指針基址指針基址指針 源變址源變址目的變址目的變址地址指針寄存器地址指針寄存器變址寄存器變址寄存器 SP、BP、SI、DI，都是16位寄存器，可以存放數(shù)據(jù)，通常用來存放邏輯地址的偏移量，是形成20位物理地址的其中一部分。lSP堆棧指針，是棧頂?shù)钠屏俊BP基址指針，用于存放位于堆棧段中的一個數(shù)據(jù)區(qū)基址的偏移地址。lSI源變址寄存器，存放源操作數(shù)地址的偏移量；lDI目的變址寄存器，存放目的操

10、作數(shù)地址的偏移量； SP、BP的段基址由寄存器SS提供，SI、DI其段基址由寄存器DS提供。1515電子科學系電子科學系80868088的的EU有如下特點有如下特點：（續(xù)）：（續(xù)）(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) 標志寄存器FR共有16位，是一個16寄存器，其中9位作標志位,另外7位未用，所用的各位含義如下：電子科學系電子科學系狀態(tài)標志狀態(tài)標志它是操作在執(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)會影響后面的操作。控制標志控制標志它是人為設置的，指令系統(tǒng)中有專門的指令用于控制標志的設置和清除，每個控制標志都對每一種特定的功能起控制作用。OF

11、1511DF10IF9TF8SF7ZF6AF4PF2CF0控制標志位：TF、IF、DF狀態(tài)標志位：CF、PF、AF、ZF、SF、OF電子科學系電子科學系lCF進位標志，加法時的最高位（D7或D15）產(chǎn)生進位或減法時最高位出現(xiàn)借位，則CF=1，否則CF=0；lAF輔助進位標志，供BCD碼使用。當D3位出現(xiàn)進位或借位時AF=1，否則AF=0；lOF溢出標志，帶符號數(shù)進行算術(shù)運算時，其結(jié)果超出了8位或16位的表示范圍，產(chǎn)生溢出，則OF=1，否則OF=0；電子科學系電子科學系ZF零標志，運算結(jié)果各位都為零，則ZF=1，否則ZF=0；SF符號標志，運算結(jié)果為負數(shù)時，即運算結(jié)果的最高位為1，則SF=1，否

12、則SF=0；PF奇偶標志，反映操作結(jié)果中“1”的個數(shù)的情況，若有偶數(shù)個“1”，則PF=1，否則PF=0。電子科學系電子科學系3個是控制標志位個是控制標志位DF方向標志，用來控制數(shù)據(jù)串操作指令的步進方向；當設置DF=1時，將以遞減順序?qū)?shù)據(jù)串中的數(shù)據(jù)進行處理。當設置DF=0時，遞增。IF中斷允許標志，當設置IF=1，開中斷，CPU可響應可屏蔽中斷請求；當設置IF=0時，關(guān)中斷，CPU不響應可屏蔽中斷請求。TF陷阱標志，為程序調(diào)試而設的。當設置TF=1，CPU處于單步執(zhí)行指令的方式；當設置TF=0時，CPU正常執(zhí)行程序。返回電子科學系電子科學系4.2.2 總線接口部件總線接口部件BIU總線接口部件

13、的功能是負責與存儲器、IO端口傳送數(shù)據(jù)，即BIU管理在存儲器中存取程序和數(shù)據(jù)的實際處理過程。總線接口部件由下列各部分組成：(1) 4個段地址寄存器，即 CS16位代碼段寄存器； DS16位數(shù)據(jù)段寄存器； ES16位附加段寄存器； SS16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)的指令隊列。電子科學系電子科學系80868088的BIU有如下特點：(1) 8086的指令隊列為6個字節(jié)，8088的指令隊列為4個字節(jié)。不管是8086還是8088，都會在執(zhí)行指令的同時，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列中。這樣，一般情況下，CP

14、U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算機那樣，讓CPU輪番進行取指令和執(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，所以需要由一個附加的機構(gòu)來根據(jù)16位寄存器提供的信息計算出20位的物理地址，這個機構(gòu)就是20位的地址加法器。電子科學系電子科學系BIU和EU的工作協(xié)調(diào)：(1) 每當8086的指令隊列中有兩個空字節(jié)，或者8088的指令隊列中有一個空字節(jié)時，總線接口部件就會自動把指令取到指令隊列中。(2) 每當執(zhí)行部件準備執(zhí)行一條指令時，它會從總

15、線接口部件的指令隊列前部取出指令的代碼，然后用幾個時鐘周期去執(zhí)行指令。電子科學系電子科學系 在執(zhí)行指令的過程中，如果必須訪問存儲器或者輸入輸出設備，那么，執(zhí)行部件就會請求總線接口部件，進入總線周期，完成訪問內(nèi)存或者輸入輸出端口的操作；如果此時總線接口部件正好處于空閑狀態(tài)，那么，會立即響應執(zhí)行部件的總線請求。但有時會遇到這樣的情況，執(zhí)行部件請求總線接口部件訪問總線時，總線接口部件正在將某個指令字節(jié)取到指令隊列中，此時總線接口部件將首先完成這個取指令的總線周期，然后再去響應執(zhí)行部件發(fā)出的訪問總線的請求。電子科學系電子科學系(3) 當指令隊列已滿，而且執(zhí)行部件又沒有總線訪問時，總線接口部件便進入空閑

16、狀態(tài)。(4) 在執(zhí)行轉(zhuǎn)移指令、調(diào)用指令和返回指令時，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列裝入指令時，總是按順序進行的，這樣，指令隊列中已經(jīng)裝入的字節(jié)就沒有用了。遇到這種情況，指令隊列中的原有內(nèi)容被自動消除，總線接口部件會接著往指令隊列中裝入另一個程序段中的指令。電子科學系電子科學系4.2.3 存儲器組織存儲器組織 8086/8088系統(tǒng)中的存儲器按字節(jié)編址，CPU有20條地址線，可尋址的最大存儲空間是220=1M，每個字節(jié)對應唯一一個20位的物理地址。表示為：（00000H）=23H（00001H）=11H（FFFFFH）=64h23H00000H11HA

17、9H09H00001HFFFFDHFFFFEH64HFFFFFH物理地址存放的數(shù)據(jù)電子科學系電子科學系當存放的數(shù)據(jù)是一個字時，其低位字節(jié)放在低地址，高位字節(jié)放在高地址，字的地址用低位字節(jié)的地址表示。表示為：（00000H）=1123H（0000DH）=09A9H（FFFFEH）=6409H23H00000H11HA9H09H00001HFFFFDHFFFFEH64HFFFFFH物理地址存放的數(shù)據(jù)字字字電子科學系電子科學系當字的地址是偶數(shù)地址時，即從偶數(shù)地址開始存放，稱這樣存放的字為規(guī)則字；當字的地址是奇數(shù)地址時，即從奇數(shù)地址開始存放，稱這樣的字為非規(guī)則字。23H00000H11HA9H09H0

18、0001HFFFFDHFFFFEH64HFFFFFH物理地址存放的數(shù)據(jù)規(guī)則字非規(guī)則字規(guī)則字電子科學系電子科學系存儲器與8086CPU連接時，1M的空間，實際被分成兩個512K的存儲空間。A19A1高位（奇數(shù)）庫高位（奇數(shù)）庫D15D8SELA19A1低位（偶數(shù)）庫低位（偶數(shù)）庫D7D0SELA19A1A0BHE=1D15D8D7D0A0 =0BHEBHE=0A0 =1（A0 =0 且BHE=0，兩庫同時被選中）電子科學系電子科學系存儲器與8086CPU連接時，對規(guī)則字的存取，需要一個總線周期；對非規(guī)則的存取，則需要兩個總線周期。電子科學系電子科學系存儲器與8088CPU連接時，因8088外部的

19、數(shù)據(jù)總線是8位，因此對應的1M的存儲空間是單一的。A19A01M存儲空間存儲空間D7D0A19A0D7D0 對8088來說，每一個總線周期只能完成一個字節(jié)的存取操作電子科學系電子科學系存儲器的分段和物理地址的形成存儲器的分段和物理地址的形成CPU內(nèi)部所有寄存器和ALU都是16位的，不能直接尋址1M內(nèi)存空間。8086/8088把1M存儲空間分成若干邏輯段，每段最多為64KB，各邏輯段的起始地址叫基址；段內(nèi)任意一個存儲單元的地址，可用相對于基址的偏移量來表示，稱為段內(nèi)偏移地址，通常存放于IP、SP、SI和DI中。邏輯地址的表示格式： 段基址：偏移地址電子科學系電子科學系對于任何一個物理地址，可以惟

20、一地被包含在一個邏輯對于任何一個物理地址，可以惟一地被包含在一個邏輯段中，也可包含在多個相互重疊的邏輯段中，只要有段段中，也可包含在多個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物理地址所對應地址和段內(nèi)偏移地址就可以訪問到這個物理地址所對應的存儲空間，如下圖所示。的存儲空間，如下圖所示。電子科學系電子科學系在80868088存儲空間中，把16字節(jié)的存儲空間稱作一節(jié)(paragraph)。為了簡化操作，要求各個邏輯段從節(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

21、或SP中。若已知當前有效的代碼段、數(shù)據(jù)段、附加段和堆棧段的段基址分別為1055H,250AH,8FFBH和EFF0H，那么它們在存儲器中的分布情況如圖4.4所示。電子科學系電子科學系圖圖4.4電子科學系電子科學系邏輯地址的表示格式： 段基址：偏移地址物理地址= 段基址10H偏移地址如：已知某存儲單元的邏輯地址為2000H：3300H，求該存儲單元的物理地址？解：物理地址= 段基址10H偏移地址 =2000H 10H3300H =23300H電子科學系電子科學系電子科學系電子科學系4個段寄存器分別指向4個現(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

22、址來源于指令指針I(yè)P。當涉及到一個堆棧操作時，段地址寄存器為SS，偏移地址來源于棧指針寄存器SP。當涉及到一個操作數(shù)時，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。電子科學系電子科學系圖圖4.64.2.4 8086總線的工作周期總線的工作周期為了取得指令和傳送數(shù)據(jù)的協(xié)調(diào)工作，就需要為了取得指令和傳送數(shù)據(jù)的協(xié)調(diào)工作，就需要CPU的總線接口部件的總線接口部件執(zhí)行一個總線周期。在執(zhí)行一個總線周期。在80868088中，一個最基本的總線周期由中，一個最基本的總線周期由4個時鐘周期組

23、成，時鐘周期是個時鐘周期組成，時鐘周期是CPU的基本時間計量單位，它由的基本時間計量單位，它由計算機主頻決定。例如，計算機主頻決定。例如，8086的主頻為的主頻為10MHz，一個時鐘周期就，一個時鐘周期就是是100ns。在一個最基本的總線周期中，常將。在一個最基本的總線周期中，常將4個時鐘周期分別稱個時鐘周期分別稱為為4個狀態(tài)，即個狀態(tài)，即T1狀態(tài)、狀態(tài)、T2狀態(tài)、狀態(tài)、T3狀態(tài)、狀態(tài)、T4狀態(tài)。典型的狀態(tài)。典型的8086總線周期序列見圖總線周期序列見圖4.6。電子科學系電子科學系CPU往多路復用總線上發(fā)出地址信息，以指出要尋址的存儲單元或外設端口的地址。CPU從總線上撤消地址，而使總線的低1

24、6位浮置成高阻狀態(tài)，為傳輸數(shù)據(jù)做準備。總線的最高四位(A16A19)用來輸出本總線周期狀態(tài)信息。這些狀態(tài)信息用來表示中斷允許狀態(tài)，當前正在使用的段寄存器名等。多路總線的高4位繼續(xù)提供狀態(tài)信息，而多路總線的低16位(8088則為低8位)上出現(xiàn)由CPU寫出的數(shù)據(jù)或者CPU從存儲器或端口讀入的數(shù)據(jù)。電子科學系電子科學系在有些情況下，被寫入數(shù)據(jù)或者被讀取數(shù)據(jù)的外設或存儲器不能及時地配合CPU傳送數(shù)據(jù)。這時，外設或存儲器會通過“READY”信號線在T3狀態(tài)啟動之前，向CPU發(fā)一個“數(shù)據(jù)未準備好”信號，于是CPU會在T3之后插入一個或多個附加的時鐘周期TW，TW也叫等待狀態(tài)。在TW狀態(tài)，總線上的信息情況和

25、T3狀態(tài)的信息情況一樣。當指定的存儲器或外設完成數(shù)據(jù)傳送時，便在“READY”線上發(fā)出“準備好”信號，CPU接收到這一信號后，會自動脫離TW狀態(tài)而進入T4狀態(tài)。電子科學系電子科學系只有在CPU和內(nèi)存或IO接口之間傳輸數(shù)據(jù)，以及填充指令隊列時，CPU才執(zhí)行總線周期?？梢?，如果在一個總線周期之后，不立即執(zhí)行下一個總線周期，那么系統(tǒng)總線就處在空閑狀態(tài)，此時，執(zhí)行空閑周期。在空閑周期中，可以包含一個或多個時鐘周期。在這期間，高4位上，CPU仍然驅(qū)動前一個總線周期的狀態(tài)信息，而且，如果前一個總線周期為寫周期，那么，CPU會在總線低16位上繼續(xù)驅(qū)動數(shù)據(jù)信息；如果前一個總線周期為讀周期，則在空閑周期中，總線

26、低16位處于高阻狀態(tài)。電子科學系電子科學系4.3 80868088 CPU的引腳信號的引腳信號和工作模式和工作模式為了盡可能適應各種使用場合，在設計80868088CPU芯片時，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80868088一個微處理器。在這種系統(tǒng)中，所有的總線控制信號都直接由80868088產(chǎn)生，因此，系統(tǒng)中的總線控制邏輯電路被減到最少。最大模式是相對最小模式而言，它用在中等規(guī)模的或者大型的80868088系統(tǒng)中。在此系統(tǒng)中，包含兩個或多個微處理器，其中一個主處理器就是80868088，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。

27、和80868088配合的協(xié)處理器有兩個，一個是數(shù)值運算協(xié)處理器8087，一個是輸入輸出協(xié)處理器8089。電子科學系電子科學系4.3.1 80868088的引腳信號和功能的引腳信號和功能8086和8088的引腳信號圖如圖4.7所示。1. AD15AD0(address data bus)地址數(shù)據(jù)復用引腳(雙向工作)在8088中，A8A15并不作復用，它們只用來輸出地址，稱為A8A15。作為復用引腳，在總線周期的T1狀態(tài)用來輸出要訪問的存儲器或IO端口地址。T2T3狀態(tài)，對讀周期來說，處于浮空狀態(tài)；對寫周期來說，則是傳輸數(shù)據(jù)。電子科學系電子科學系圖圖4.7電子科學系電子科學系在8086系統(tǒng)中，特別

28、要注意，一般常將AD0信號作為低8位數(shù)據(jù)的選通信號，因為，每當CPU和偶地址單元或偶地址端口交換數(shù)據(jù)時，在T1狀態(tài)，AD0引腳傳送的地址信號必定為低電平；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AD7AD0傳輸數(shù)據(jù)?？梢?，如果在總線周期的T1狀態(tài)，AD0為低電平，實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位外設接口芯片的選通信號。AD15AD0在CPU響應中斷，以及系統(tǒng)總線“保持響應”時

29、，都被浮置為高阻狀態(tài)。電子科學系電子科學系2. A19S6A16/S3(address/status)地址/狀態(tài)復用引腳(輸出)A19/S6A16/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，用來輸出狀態(tài)信息。其中，S6為0，用來指示80868088當前與總線相連，所以在T2，T3，TW和T4狀態(tài)時，80868088總是使S6等于0，以表示80868088當前連在總線上。S5表明中斷允許標志的當前設置，若為1，表示當前允許可屏蔽中斷請求；若為0，則禁止一切可屏蔽中斷。S4，S3合起來指出當前正在使用哪段寄存器。電子科學系電子科學系3. BHES7

30、(bus high enable/status)高8位數(shù)據(jù)總線允許狀態(tài)復用引腳(輸出)在總線周期的T1狀態(tài)，8086在BHES7引腳輸出BHE信號，表示高8位數(shù)據(jù)總線D15D8上的數(shù)據(jù)有效。在T2，T3，TW和T4狀態(tài)，BHES7引腳輸出狀態(tài)信號S7。不過，在當前的芯片(8086，8086-1，8086-2)設計中，S7并未被賦予任何實際意義。在8088系統(tǒng)中，第34腳不是BHE7S7，而是被賦予另外的信號。在最大模式時，此引腳恒為高電平；在最小模式中，則為SS0，它和DTR，MIO一起決定了8088芯片當前總線周期的讀寫動作。電子科學系電子科學系4. NMI(non-maskable int

31、errupt)非屏蔽中斷引腳(輸入)非屏蔽中斷信號是一個由低到高的上升沿。這類中斷不受中斷標志IF的影響，也不能用軟件進行屏蔽。每當NMI端進入一個正沿觸發(fā)信號時，CPU就會在結(jié)束當前指令后，進入對應于中斷類型號為2的非屏蔽中斷處理程序。5. INTR(interrupt request)可屏蔽中斷請求信號引腳(輸入)可屏蔽中斷請求信號為高電平有效，CPU在執(zhí)行每條指令的最后一個時鐘周期會對INTR信號進行采樣，如果CPU中的中斷允許標志為1，并且又接收到INTR信號，那么，CPU就會在結(jié)束當前指令后，響應中斷請求，進入一個中斷處理子程序。電子科學系電子科學系6. RD(read)讀信號引腳(

32、輸出)此信號指出將要執(zhí)行一個對內(nèi)存或IO端口的讀操作。到底是讀取內(nèi)存單元中的數(shù)據(jù)還是IO端口中的數(shù)據(jù)，這決定于MIO信號。在一個執(zhí)行讀操作的總線周期中，RD信號在T2，T3和TW狀態(tài)均為低電平。在系統(tǒng)總線進入“保持響應”期間，RD引腳被浮置為高阻狀態(tài)。7. CLK(clock)時鐘引腳(輸入)80868088要求時鐘信號的占空比為33%，即13周期為高電平，23周期為低電平。80868088的時鐘頻率要求為5MHz，8086-1的時鐘頻率為10MHz，8086-2的時鐘頻率則為8MHz，時鐘信號為CPU和總線控制邏輯電路提供定時手段。電子科學系電子科學系8. RESET(reset)復位信號引

33、腳(輸入)復位信號為高電平有效。80868088要求復位信號至少維持4個時鐘周期的高電平才有效。復位信號來到后，CPU便結(jié)束當前操作，并對處理器標志寄存器、IP，DS，SS，ES及指令隊列清零，而將CS設置為FFFFH。當復位信號變?yōu)榈碗娖綍r，CPU從FFFF0H開始執(zhí)行程序。9. READY(ready)“準備好”信號引腳(輸入)“準備好”信號實際上是由所訪問的存儲器或IO設備發(fā)來的響應信號，高電平有效?！皽蕚浜谩毙盘栍行r，表示內(nèi)存或IO設備準備就緒，馬上就可進行一次數(shù)據(jù)傳輸。CPU在每個總線周期的T3狀態(tài)開始對READY信號進行采樣。如果檢測到READY為電子科學系電子科學系低電平，則在

34、T3狀態(tài)之后插入等待狀態(tài)TW，在TW狀態(tài)，CPU也對READY進行采樣，若READY仍為低電平，則會繼續(xù)插入TW，所以TW可以插入一個或多個。直到READY變?yōu)楦唠娖胶螅胚M入T4狀態(tài)，完成數(shù)據(jù)傳送過程，從而結(jié)束當前總線周期。10. TEST(test)測試信號引腳(輸入)測試信號為低電平有效。TEST信號是和指令WAIT結(jié)合起來使用的，在CPU執(zhí)行WAIT指令時，CPU處于空轉(zhuǎn)狀態(tài)進行等待；當8086的TEST信號有效時，等待狀態(tài)結(jié)束，CPU繼續(xù)往下執(zhí)行被暫停的指令。電子科學系電子科學系11. MNMX(minimummaximum mode control)最小最大模式控制信號引腳(輸入)

35、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，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80868088均用單一+5V電源。80868088CPU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。電子科學系電子科學系4.3.2 最小工作方式最小工作方式當MN/MX（33號引腳）接+5V時，8086/8088處于最小工作方式，整個系統(tǒng)只有一片CPU，所有的總線控制信號都由該CPU產(chǎn)生。INTA中斷響應信號（輸出），是CPU對外設的中斷請求的回答信號。ALE地址鎖存允許信號（輸出），是CPU在每個總線周期T1發(fā)出的，高電平表示當前地

36、址/數(shù)據(jù)復用線上輸出的是地址信息。接下頁電子科學系電子科學系DEN數(shù)據(jù)允許信號（輸出），表示CPU準備好接受和發(fā)送數(shù)據(jù)。DT/R數(shù)據(jù)收發(fā)信號，用其控制數(shù)據(jù)的傳送方向。此引腳為高電平，則CPU進行數(shù)據(jù)發(fā)送；反之，CPU進行數(shù)據(jù)接受；M/IO存儲器/IO控制信號，高電平表示訪問存儲器，低電平表示訪問I/O。WR寫信號（輸出）此引腳低電平時，表示CPU正在執(zhí)行存儲器或I/O的寫操作。電子科學系電子科學系HOLD總線保持請求信號（輸入），是系統(tǒng)中其他總線主控部件向CPU發(fā)出的請求占用總線的申請信號。HLDA總線保持響應信號（輸出），是CPU對請求占用總線使用權(quán)的響應信號。說明：對8088來說，第34引

37、腳為SSO，與DT/R、M/IO的組合，反映了當前總線周期的操作。電子科學系電子科學系圖4.8是8086在最小模式下的典型配置。由圖4.8可看到，在8086的最小模式中，硬件包括：1片8284A，作為時鐘發(fā)生器；3片8282或74LS373，用來作為地址鎖存器；當系統(tǒng)中所連的存儲器和外設較多時，需要增加數(shù)據(jù)總線的驅(qū)動能力，這時，要用兩片82868287作為總線收發(fā)器。電子科學系電子科學系圖圖4.8電子科學系電子科學系4.3.3 最大工作模式最大工作模式當MN/MX（33號引腳）接地時，8086/8088處于最大工作方式，系統(tǒng)的總線控制信號由專用的總線控制器8288提供。最大方式用于多處理器和協(xié)

38、處理器的結(jié)構(gòu)中。最大工作模式的典型配置如圖4.12所示。這時，80868088的MNMX引腳接地。電子科學系電子科學系圖圖4.12電子科學系電子科學系8086引腳信號定義引腳信號定義公 用 信 號 引 腳 名 稱 功 能 引 腳 號 類 型 A D15 A D0 地 址 /數(shù) 據(jù) 總 線 2 16， 39 雙 向 A19/S6 A16/S3 地 址 /狀 態(tài) 總 線 35 38 輸 出 BHE/S7 數(shù) 據(jù) 總 線 高 8 位 允 許 /狀 態(tài) 34 輸 出 M N /MX 最 小 /最 大 方 式 控 制 33 輸 入 RD 讀 控 制 32 輸 出 TEST 測 試 信 號 23 輸 出

39、R E A D Y 存 儲 器 或 I/O 準 備 好 信 號 22 輸 入 R E S E T 系 統(tǒng) 復 位 21 輸 入 N M I 不 可 屏 蔽 中 斷 請 求 17 輸 入 IN T R 可 屏 蔽 中 斷 請 求 18 輸 入 C LK 系 統(tǒng) 時 鐘 19 輸 入 V C C + 5V 電 源 40 輸 入 G N D 接 地 1， 20 輸 入 電子科學系電子科學系最小工作方式信號引腳 名稱 功能 引腳號 類型 HOLD 保持請求 31 輸入 HLDA 保持響應 30 輸出 WR 寫控制 29 輸出 M/IO 存儲器/IO 控制 28 輸出 DT/R 數(shù)據(jù)發(fā)送/接受 27 輸

40、出 DEN 數(shù)據(jù)允許 26 輸出 ALE 地址鎖存允許 26 輸出 INTA 中斷響應 24 輸出 電子科學系電子科學系最大工作方式信號引腳 名稱 功能 引腳號 類型 RQ/0 , 1GT 請求/允許總線訪問控制 30，31 雙向 LOCK 總線優(yōu)先權(quán)鎖定控制 29 輸出 2S、1S、0S 總線周期狀態(tài) 2628 輸出 QS1、QS0 指令隊列狀態(tài) 2425 輸出 電子科學系電子科學系4.4 80868088的主要操作功能的主要操作功能一個微型機系統(tǒng)要完成各種任務，其中有一些操作是最基本的。本節(jié)講解以下幾項8086的主要操作： 系統(tǒng)的復位和啟動操作； 總線操作； 中斷操作； 最小工作模式下的總

41、線請求； 最大工作模式下的讀寫操作。 電子科學系電子科學系4.4.1 系統(tǒng)的復位和啟動操作80868088的復位和啟動操作是在RESET引腳上加上觸發(fā)信號來執(zhí)行的。80868088要求復位信號(RESET)至少有4個時鐘周期的高電平，如果是初次加電的啟動，則要求有大于50s的高電平。電子科學系電子科學系標志寄存器FR指令指針寄存器IPCSDSSSES指令隊列其他寄存器清零0000HFFFFH0000H0000H0000H空0000H復位時內(nèi)部各寄存器的值在復位的時候，代碼段寄存器在復位的時候，代碼段寄存器CS和指令指針寄存器和指令指針寄存器IP分別初始化為分別初始化為FFFFH和和0000H。

42、所以，。所以，80868088在復位之后再重新啟動時，便從內(nèi)存的在復位之后再重新啟動時，便從內(nèi)存的FFFF0H處開處開始執(zhí)行指令，使系統(tǒng)在啟動時，能自動進入系統(tǒng)程始執(zhí)行指令，使系統(tǒng)在啟動時，能自動進入系統(tǒng)程序。序。復位信號復位信號RESET從高電平到低電平的跳變會觸發(fā)從高電平到低電平的跳變會觸發(fā)CPU內(nèi)部的一個復位邏輯電路，經(jīng)過內(nèi)部的一個復位邏輯電路，經(jīng)過7個時鐘周期之后，個時鐘周期之后，CPU就被啟動而恢復正常工作，即從就被啟動而恢復正常工作，即從FFFF0H處開始處開始執(zhí)行程序。執(zhí)行程序。電子科學系電子科學系4.4.2 總線操作總線操作80868088 CPU中各單元之間以及與外設的數(shù)據(jù)中

43、各單元之間以及與外設的數(shù)據(jù)交換，都是通過總線來進行的?？偩€操作有兩種交換，都是通過總線來進行的。總線操作有兩種情況，即情況，即總線讀操作總線讀操作及及總線寫操作總線寫操作?？偩€讀操作指CPU從存儲器或外設端口讀取數(shù)據(jù)?？偩€寫操作指CPU把數(shù)據(jù)寫入存儲器或外設端口。1.最小模式下的總線操作最小模式下的總線操作電子科學系電子科學系(1) 8086 CPU最小模式下的總線讀周期最小模式下的總線讀周期電子科學系電子科學系(1) T1狀態(tài)狀態(tài) l當 CPU 準備開始一個總線讀周期時，用 M/IO 信號指出當前執(zhí)行的讀操作是從存儲器讀，還是從I/O 端口讀。M/IO 信號的有效電平一直保持到整個總線周期的

44、結(jié)束。l在 T1 狀態(tài)，CPU 經(jīng)地址/數(shù)據(jù)復用線 AD15AD0，地址/狀態(tài)復用線 A19/S7A16/S3 發(fā)出20位地址信息。l發(fā)出地址信息的同時 BHE 和 ALE 控制信號有效。lBHE 信號用來表示高位數(shù)據(jù)線上的信息可以使用，用該信號作為奇地址存儲體的選擇信號，配合地址信號來實現(xiàn)對存儲單元的尋址。lALE 信號作為地址鎖存信號，啟動鎖存器 8212，在 ALE 信號下降沿將20位地址和BHE 信號鎖存。從而把地址信息和狀態(tài)信息分開。電子科學系電子科學系(2) T2狀態(tài)狀態(tài) l在T2狀態(tài)時，A19/S6A16/S3 上的地址信號消失，而出現(xiàn) S6S3 狀態(tài)信號，這些狀態(tài)信號保持到讀周

45、期結(jié)束，狀態(tài)信號用來表明當前正在使用哪一個段寄存器，指示可屏蔽中斷允許標志 IF 的狀態(tài)，以及表明8086 CPU當前是連在總線上。lAD15AD0 變成高阻狀態(tài)，為讀入數(shù)據(jù)作準備。lRD 有效信號為由高電平變成低電平，送至存儲器或I/O端口，開始從被選中的存儲單元或I/O端口讀取數(shù)據(jù)。lDEN 也變成低電平有效信號，啟動收發(fā)器8286，與在T1狀態(tài)時已有效的DT/信號一樣，做好了接收來自存儲器或I/O端口的數(shù)據(jù)。 電子科學系電子科學系(3) T3狀態(tài)狀態(tài) 若存儲器或 I/O 端口已做好數(shù)據(jù)準備而不需要等待狀態(tài)時，在T3期間將數(shù)據(jù)放到數(shù)據(jù)總線上，在T3結(jié)束時，CPU從AD15AD0上讀取數(shù)據(jù)。

46、(4) TW狀態(tài)狀態(tài) 若存儲器或 I/O設備來不及把數(shù)據(jù)放到數(shù)據(jù)總線上，則發(fā)出一個低電平信號到CPU的READY端，使 CPU 在 T3 和 T4 之間插入一個或幾個TW狀態(tài)等待存儲器或I/O端口的數(shù)據(jù)。電子科學系電子科學系8086 CPU這時的工作過程是： 在T3狀態(tài)開始測試READY引腳信號，若發(fā)現(xiàn)為高電平，則表示存儲器或 I/O 端口能按時將數(shù)據(jù)送上數(shù)據(jù)總線，T3 狀態(tài)之后即進入 T4 狀態(tài)； 若測試到READY為低電平，則在T3狀態(tài)結(jié)束后，不進入T4狀態(tài)，而插入一個或幾個TW狀態(tài)，在每個 TW狀態(tài)開始，CPU都測試READY線，只有發(fā)現(xiàn)它為高電平后，才在該TW結(jié)束后進入T4狀態(tài)。 在最

47、后一個TW狀態(tài)，數(shù)據(jù)已經(jīng)出現(xiàn)在數(shù)據(jù)總線上。所以，在最后一個 TW 狀態(tài)中，總線的動作和基本總線周期中 T3 狀態(tài)所完成的動作完全一樣。而在其他的 TW 狀態(tài)，所有控制信號的電平和 T3 狀態(tài)的一樣，但數(shù)據(jù)尚未出現(xiàn)在數(shù)據(jù)總線上。 電子科學系電子科學系(5) T4狀態(tài) 在T4狀態(tài)和前一個狀態(tài)交界的下降沿處，CPU 對數(shù)據(jù)總線進行采樣，讀取數(shù)據(jù)。2. 8086 CPU最小模式下的總線寫周期(1) T1狀態(tài)l 首先使M/IO控制信號有效，指明是對存儲器還是對 I/O 接口進行操作。此有效電平一直保持到T4 狀態(tài)才結(jié)束。l同時由 A19/S6A16/S3 和 AD15AD0 的復用引腳發(fā)出將要訪問的存儲

48、單元或 I/O 接口的20位地址。l發(fā)出地址鎖存信號 ALE。ALE 的下降沿對地址信號進行鎖存，同時也對 M/IO 信號和BHE 信號進行鎖存。l使 BHE 信號有效，作為存儲體的體選信號，配合地址信號實現(xiàn)對奇地址存儲單元的尋址。l使控制數(shù)據(jù)收發(fā)器方向的信號 DT/R信號為高電平，指出將要傳送的數(shù)據(jù)流方向，收發(fā)器8286發(fā)送數(shù)據(jù)，進行寫操作。電子科學系電子科學系電子科學系電子科學系(2) T2狀態(tài)狀態(tài)l由 AD15AD0 復用引腳發(fā)出將要寫到存儲單元或 I/O 端口的16位數(shù)據(jù)，此數(shù)據(jù)一直保持到 T4 狀態(tài)的中間。lWR引腳發(fā)出寫信號，該信號送到存儲器或 I/O 接口，并保持到T4 狀態(tài)的中

49、間。此時寫操作已準備就緒，只等待將數(shù)據(jù)寫入存儲單元或I/O接口。(3) T3狀態(tài)狀態(tài)lCPU也將在 T3 上升沿測試 READY 信號，若 READY 為低電平，則表明將訪問的存儲單元或 I/O 接口未準備好接收數(shù)據(jù)，CPU將在 T3 與 T4 狀態(tài)之間插入 TW 等待狀態(tài)，以等待存儲器或I/O 接口做好準備工作。l如果測試到 READY 為高電平，則在 T3 和 T4 狀態(tài)交接處，或是 TW 與 T4 狀態(tài)交接處將數(shù)據(jù)寫入存儲單元或I/O接口。電子科學系電子科學系(4) T4狀態(tài)狀態(tài) 在T4狀態(tài)，數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)總線上被撤除，各種控制信號和狀態(tài)信號進入無效狀態(tài)，CPU完成了對存儲單元或I/O接口的

50、寫操作。電子科學系電子科學系4.4.3 中斷操作中斷操作 當CPU正常運行時，由于隨機事件（內(nèi)部或外部）引起CPU暫時中止正在運行的程序，轉(zhuǎn)去執(zhí)行請求中斷的外設（或內(nèi)部事件）的中斷服務程序，中斷服務程序結(jié)束后再返回被中止的程序，這一過程稱為中斷。l微機系統(tǒng)為適應各種需要，都有一個中斷系統(tǒng)，80868088是16位微處理器，它的中斷系統(tǒng)可以處理256種不同類型的中斷。硬件中斷硬件中斷軟件中斷：軟件中斷：主要來自主要來自CPU內(nèi)部的軟件中斷。內(nèi)部的軟件中斷。非屏蔽中斷非屏蔽中斷: NMI引腳輸入，不受中斷標志位引腳輸入，不受中斷標志位IF控制。控制?？善帘沃袛嗫善帘沃袛?INTR引腳輸入，引腳輸入

51、，由標志寄存器中的由標志寄存器中的 IF位控制。位控制。電子科學系電子科學系 硬件中斷軟件中斷電子科學系電子科學系2.中斷向量表 (1)中斷向量的定義-實際上就是中斷服務程序的入口地址。 每個中斷類型號對應一個中斷向量。中斷向量占4個字節(jié)存儲單元，其中前兩個字節(jié)放中斷向量的偏移地址（IP)，且低字節(jié)在前，高字節(jié)在后；后兩個字節(jié)放中斷向量的段地址（CS），也是低字節(jié)在前，高字節(jié)在后。 (2)中斷向量表-存放中斷向量的存儲區(qū)稱為中斷向量表。通常在存儲器的低地址區(qū)。 8086/8088有256種中斷類型，類型號為0-255（或0-FFH），共有256個中斷向量，每個占4個存儲單元，所以需要1024個

52、字節(jié)，在存儲器的最低端，地址從00000H-003FFH，這塊地址空間就是中斷向量表。電子科學系電子科學系電子科學系電子科學系 從表中，知道了中斷類型號，便可計算出相應的中斷向量在表中存放的位置，稱為中斷向量表地址，或稱為中斷向量指針。從中斷向量表地址中取出中斷向量，便得到了該中斷類型號的中斷服務程序入口地址。即 中斷類型號4 = 中斷向量指針的低地址 中斷類型號4+2 = 中斷向量指針的高地址 （中斷向量指針的低地址） （IP） （中斷向量指針的高地址） （CS）例1：中斷類型號為27H 則中斷向量指針的低地址= 27H 4= 9CH 中斷向量指針的高地址= 27H 4+2= 9EH 即該中斷向量存放在0000H：009CH開始的4個連續(xù)單元中。如果這4個單元中的內(nèi)容如下：電子科學系電子科學系 0000：009C 2AH 0000：009D 43H 0000：009E 65H 0000：009F 87H 則該中斷類型號27H的中斷向量（中斷服務程序入口地址）的邏輯地址是8765H：432AH，即(CS)=8765H，(IP)=432AH；物理地址是8B97AH。 (3)8086/8088中斷的分