微機(jī)原理講義（2）CPU

1、PAGE 8088在最小模式下的典型配置見下圖。圖2.4 8088最小模式的基本組成8086最小模式硬件連接特點(diǎn)：MN/MX 端接5V 決定8086工作在最小模式有1片8284A，作為時(shí)鐘發(fā)生器有3片8282或74LS373作為地址鎖存器，8282是8位的，20位地址BHE, 共21根，若系統(tǒng)小于64K內(nèi)存，16地址即兩片8282足矣。系統(tǒng)中所連外設(shè)或存儲(chǔ)器較多時(shí)，要用總線收發(fā)器82868287（2片）ALE是地址允許鎖存信號(hào)，BHE也需要被鎖存（高8位數(shù)據(jù)有效）8284A除了提供頻率恒定的時(shí)鐘信號(hào)外，還起同步作用。8284A輸出頻率只有振蕩源的138284 內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)8282鎖存器和808

2、6的連接：8282的選通信號(hào)輸入端STB和CPU的ALE相連OE為輸出允許信號(hào)，不帶DMA的系統(tǒng)將OE接地即可8286收發(fā)器和8088的連接T端和CPU的DT/R端（數(shù)據(jù)收發(fā)信號(hào)）相連OE 和CPU 的DEN端相連有時(shí)設(shè)計(jì)的系統(tǒng)總線信號(hào)與CPU相位相反，8282和8286換成8283和8287，8286替代芯片74LS245表2.4 信號(hào)M/IO、RD、WR和讀寫操作的關(guān)系M/IORDWR功能001I/O讀010I/O寫101存儲(chǔ)器讀110存儲(chǔ)器寫最大模式將80868088的MN/MX引腿接地，CPU工于與最大模式，典型配置見圖2.5圖2.5 8086在最大模式下的典型配置2431腿含義如下：

3、QS1 、QS0（Instruction Queue Status）：反映隊(duì)列的充實(shí)程度表2.5 QS1 、QS0的代碼組合含義QS1QS0含義00無操作01從指令隊(duì)列的第一個(gè)字節(jié)中取走代碼10隊(duì)列為空11除第一字節(jié)外，還取走了后續(xù)字節(jié)S2、S1、S0（Bus Cycle Status）總線周期狀態(tài)信號(hào)輸出（讀寫方式組合）表2.6 S2、S1、S0代碼組合和對(duì)應(yīng)操作S2S1S操作過程000發(fā)中斷響應(yīng)信號(hào)001讀IO端口010寫IO端口011暫停100取指令101讀內(nèi)存110寫內(nèi)存111無源狀態(tài)LOCK總線封鎖信號(hào)輸出 29腿LOCK信號(hào)是指令前綴LOCK產(chǎn)生的，該前綴后的指令執(zhí)行后LOCK信號(hào)

4、撤銷,此外兩個(gè)中斷響應(yīng)脈沖之間LOCK信號(hào)也自動(dòng)有效。RQ/GT1、RQ/GT0（RequestGrant）總線請求信號(hào)輸入總線允許信號(hào)輸出，可供CPU以外的二個(gè)處理器發(fā)總線請求信號(hào)，CPU發(fā)總線請求應(yīng)答信號(hào)（雙向）。RQ/GT0的優(yōu)先級(jí)高于RQ/GT1最大模式下34腿，8086為BHE/S7，8088恒為高電平與最小模式主要差別：在最大模式下，需用外加電路來對(duì)CPU發(fā)出的控制信號(hào)進(jìn)行變換和組合，以得到對(duì)存儲(chǔ)器、I/O端口的讀寫信號(hào)和對(duì)鎖存器8282、總線收發(fā)器8286的控制信號(hào)靠8288總線控制器完成。 最大、最小模式均可帶中斷優(yōu)先級(jí)管理部件8259，根據(jù)需要。最小模式中，M/IO、WR、I

5、NTA、ALE、DT/R和DEN直接來自CPU最大模式中，S2、S1、S0通過8288組合出這些信息。 CLK使8288和CPU以及系統(tǒng)中的其它部件同步。S2、S1、S0和CPU的S2、S1、S0直接相連，組合出下列信號(hào)：送給地址鎖存器的信號(hào)ALE送給數(shù)據(jù)總線收發(fā)器的信號(hào)DEN和DT/R。用來作為CPU進(jìn)行中斷響應(yīng)的信號(hào)INTA。兩組讀寫控制信號(hào)MRDC、MWTC、IORC、IOWC，控制讀寫地點(diǎn)。提前的寫I/O、寫內(nèi)存命令（Advanced Memory Write Command）AIOWC等，提前一個(gè)T發(fā)出。2.3 8086的操作和時(shí)序8086的主要操作：系統(tǒng)的啟動(dòng)和復(fù)位操作暫停操作總線

6、操作中斷操作最小模式下的總線保持最大模式下的總線保持2.3.1系統(tǒng)的復(fù)位和啟動(dòng)操作復(fù)位要求RESET至少保持4個(gè)時(shí)鐘周期，結(jié)果見下表 表2.7 復(fù)位時(shí)各內(nèi)部寄存器的值標(biāo)志寄存器清零指令指針（IP）0000HCS寄存器FFFFHDS寄存器0000HSS寄存器0000HES寄存器0000H指令隊(duì)列空其他寄存器0000H一般在FFFF0H處放一條無條件跳轉(zhuǎn)指令，適當(dāng)時(shí)候總要STI開中斷，注意復(fù)位時(shí)8086的總線信號(hào)和復(fù)位時(shí)序圖。2.3.1總線操作CPU與存儲(chǔ)器或I/O交換數(shù)據(jù)，需執(zhí)行總線周期。包括總線讀操作、總線寫操作最小模式下的總線讀操作圖2.6 8086讀周期的時(shí)序可分為T1、T2、T3、T4

7、和TW狀態(tài)T1狀態(tài) M/IO 在T1狀態(tài)成為有效； 地址20位有效 低16位 AD15AD0 高4位 A19/S6A16/S3 ALE地址鎖存信號(hào)有效 BHE/S7有效，表示高8位數(shù)據(jù)線上的（地址）數(shù)據(jù)有效 DT/R有效，系統(tǒng)有數(shù)據(jù)收發(fā)器時(shí)，和DEN作為控制信號(hào)，控制數(shù)據(jù)方向和數(shù)據(jù)選通 T2狀態(tài) 地址信號(hào)消失 A19/S6A16/S3和BHE/S7上輸出狀態(tài)信息S7 S3 DEN信號(hào)在T2變?yōu)榈碗娖?，?shù)據(jù)允許 RD有效，與地址共選通所需存儲(chǔ)器或IO單元 T3狀態(tài) 內(nèi)存或IO單元數(shù)據(jù)送到數(shù)據(jù)線上，CPU通過AD15AD0 讀取 TW狀態(tài) 系統(tǒng)中的存儲(chǔ)器或外設(shè)較慢時(shí)，Ready信號(hào)通過8284A同

8、步給CPU CPU在T3或TW狀態(tài)的前沿（下降沿處）采樣Ready1，則進(jìn)入T4，否則繼續(xù)插入等待狀態(tài)Tw。 T4狀態(tài)在T4狀態(tài)和前一個(gè)狀態(tài)交界的下降沿處，CPU對(duì)數(shù)據(jù)總線采樣2.最小模式下的總線寫操作 最大模式下的總線讀操作最大模式下的總線寫操作6. 總線空操作只有CPU和內(nèi)存或IO交換數(shù)據(jù)時(shí)，CPU才執(zhí)行總線周期，不執(zhí)行總線周期時(shí)，BIU就進(jìn)入空閑周期TI，CPU內(nèi)部EU仍在有效操作，總線空操作是BIU對(duì)EU的等待。2.3.3 中斷操作和中斷系統(tǒng)8086的中斷分類很強(qiáng)的中斷處理，中斷類型碼0255按產(chǎn)生方法：硬件中斷（外部中斷）、軟件中斷硬件中斷：可屏蔽中斷有多個(gè)（受IF控制從INTR引入

9、）,非屏蔽中斷NMI是唯一的。 圖2.7 80868088中斷向量表在內(nèi)存中的位置軟件中斷是CPU根據(jù)軟件中的某條指令或者軟件對(duì)標(biāo)志寄存器中某個(gè)標(biāo)志的設(shè)置而產(chǎn)生的，與硬件無關(guān)。如除數(shù)為零中斷等。中斷向量和中斷向量表80868088的中斷系統(tǒng)是位于內(nèi)存0段的03FFH區(qū)域的中斷向量表為基礎(chǔ)，中斷向量即中斷子程序入口地址一個(gè)中斷向量占4個(gè)存儲(chǔ)單元，前二單元偏移量（IP），后為（CS）比如類型20H的中斷向量，存放在0000：0080H開始的4個(gè)單元。如果該中斷子程序存放在4030：2010開始的存儲(chǔ)區(qū)，則在00800083中依次存放10、20、30、40從圖2.7中可見，256個(gè)中斷的前5個(gè)是專用

10、中斷531為保留的27個(gè)中斷其余原則上用戶定義，但有些已有固定含義，如INT 21H硬件中斷外部設(shè)備可從NMI和INTR送入中斷請求信號(hào)從NMI引入的是非屏蔽中斷，如掉電，處理過程如下：一是將現(xiàn)場保存到非易蝕性存儲(chǔ)器中，以便來電恢復(fù)工作；二是啟動(dòng)熱備份設(shè)備 三是連接備用充電電源 從INTR引入可屏蔽中斷，IF1的話，積極響應(yīng)，有優(yōu)先處理。硬件中斷的響應(yīng)和時(shí)序可屏蔽中斷響應(yīng)過程如下：INTR1時(shí)，若IF=1，CPU執(zhí)行當(dāng)前指令后，開始響應(yīng)，從INTA發(fā)出兩個(gè)負(fù)脈沖，外設(shè)收到第二個(gè)負(fù)脈沖后，立即往數(shù)據(jù)線上發(fā)中斷類型碼，CPU作如下事情：從數(shù)據(jù)總線上讀取中斷類型碼，存入內(nèi)部暫存器。將標(biāo)志寄存器的值推

11、入堆棧把標(biāo)志寄存器中的IF和單步標(biāo)志TF清零將斷點(diǎn)保存到堆棧中(CSIP)根據(jù)前面得到的中斷類型碼，到內(nèi)存的0000段的中斷向量表中找到中斷向量，轉(zhuǎn)入相應(yīng)中斷子程序。 響應(yīng)NMI與INTR只略有不同: NMI 無需取中斷類型碼，必為2型。幾點(diǎn)說明：對(duì)NMI與INTR的響應(yīng)有兩點(diǎn)不同，不論IF1，不取類型碼TF是單步中斷標(biāo)志，TF1，進(jìn)入單步循環(huán)，直到程序設(shè)置的TF0進(jìn)入中斷子程序后，如遇NMI，或IF1時(shí)，遇到更優(yōu)先INTR，積極響應(yīng)（嵌套）中斷子程序結(jié)束時(shí)，會(huì)按中斷響應(yīng)相反的過程返回有關(guān)內(nèi)部中斷，下一章討論有時(shí)即使IF=1，也不能立即響應(yīng)INTR，而要執(zhí)行完下一條指令（不僅本條）比如發(fā)中斷請

12、求時(shí)，CPU執(zhí)行封鎖指令；往段寄存器傳送指令；注意：修改堆棧地址時(shí)，一定先改SS，再改SP。遇到等待指令或串操作指令時(shí)，允許在指令執(zhí)行過程中響應(yīng)中斷，但必須在一個(gè)基本動(dòng)作完成之后。8086的中斷響應(yīng)要用兩個(gè)總線周期，CPU在兩總線周期各發(fā)出INTA負(fù)脈沖（長度二個(gè)時(shí)鐘周期），第一個(gè)負(fù)脈沖通知外設(shè)準(zhǔn)備發(fā)中斷類型號(hào)，第二個(gè)負(fù)脈沖外設(shè)收到后立即將中斷類型號(hào)放在D7D0上，相隔2-3個(gè)TI(8086)。CPU實(shí)際執(zhí)行的總線時(shí)序：第一步，執(zhí)行二個(gè)中斷響應(yīng)總線周期，之間用23個(gè)空閑狀態(tài)TI隔開，第二周期時(shí)，外設(shè)送出中斷類型碼，CPU收到后乘以4，得到中斷向量存放地點(diǎn)。第二步，執(zhí)行一個(gè)總線寫周期，將標(biāo)志寄存

13、器FR的值推入堆棧；第三步，將標(biāo)志寄存器中的IF和TF置成0第四步，執(zhí)行一個(gè)總線寫周期，CS內(nèi)容進(jìn)棧第五步，執(zhí)行一個(gè)總線寫周期，IP內(nèi)容進(jìn)棧第六步，執(zhí)行一個(gè)總線讀周期，從中斷表前二字節(jié)讀得偏移量至IP第七步，執(zhí)行一個(gè)總線讀周期，后二字節(jié)讀得送CS如為NMI或軟件中斷，跳過第一步。5. 中斷處理子程序中斷處理子程序功能各異，但是結(jié)構(gòu)相同通過一系列推入堆棧進(jìn)一步保護(hù)現(xiàn)場，內(nèi)部寄存器或單元內(nèi)容入棧。用指令設(shè)置IF以便響應(yīng)更高級(jí)的中斷（STI）中斷處理的具體內(nèi)容（中斷服務(wù)子程序）一系列彈出堆棧操作，使各寄存器恢復(fù)中斷前狀態(tài)中斷返回指令（IRET），使堆棧中保存的斷點(diǎn)值和標(biāo)志值恢復(fù)給IP、CS、FR此外

14、中斷子程序都是固定裝配的，通常常駐內(nèi)存。軟件中斷中斷子程序與一般子程序相比，只是返回指令不同。通過中斷指令來使CPU執(zhí)行中斷子程序的方法軟件中斷在用軟件中斷時(shí)，指令本身提供了中斷類型碼，無需INTA負(fù)脈沖，不受IF的影響，但受TF的影響軟件中斷沒有隨機(jī)性，與主程序的關(guān)系固定，一般有參數(shù)傳遞?？杀黄渌善帘沃袛啻驍嘁陨习醋钚∧Ｊ秸f明，最大模式時(shí)中斷響應(yīng)信號(hào)不是INTA，由S2 S1 S0組合產(chǎn)生。2.3.2最小模式下的總線保持HOLD是其它總線主模塊發(fā)出的總線保持請求信號(hào)；HLDA是CPU發(fā)出的總線保持回答信號(hào)CPU一旦讓出總線控制權(quán)，他的地址、數(shù)據(jù)、狀態(tài)引腿全部浮空ALE例外 HOLD要在下一

15、個(gè)時(shí)鐘上升沿被檢測到HOLD直接影響B(tài)IU，間接影響EU，HLDA后，指令隊(duì)列照樣執(zhí)行完HOLD、 HLDA相繼低電平后（釋放），CPU不馬上驅(qū)動(dòng)總線，繼續(xù)浮空2.3.3最大模式下的總線請求允許總線控制信號(hào)不再是HOLD、 HLDA，而是RQ/GT0、RQ/GT1 8086的存儲(chǔ)器組織和管理2.4.1 8086的存儲(chǔ)器組織8086有20根地址線，2201M的存儲(chǔ)器尋址空間，00000FFFFFH內(nèi)部寄存器、指令指針、堆棧指針都是16位，寄存器最多尋址64K，所以要分段。CS（Code Segment）、SS(Stack Segment)、DS（Data Segment）、ES(Extra Se

16、gment)。段地址左移4位偏移量20位物理地址。存儲(chǔ)器中的操作數(shù)可以是1個(gè)字（高位字節(jié)放高地址單元）、1個(gè)字節(jié)分段的好處：。大部分指令只涉及16位地址，段地址通常不變。編程方便。有利于浮動(dòng)裝配，只要系統(tǒng)自動(dòng)將新軟件裝配到合適地點(diǎn)、程序不涉及物理地址。同一個(gè)物理地址可由不同的段地址不同偏移量得到。各段間可相互覆蓋，公用某64K區(qū)IBM PC/XT 這個(gè)通用8088系統(tǒng)中，內(nèi)存有幾處用途固定：00000003FFH共1K區(qū)域，存放中斷向量（2564）B0000HBBF3FH約4K字節(jié)是單色顯示器的顯示緩沖區(qū)B8000HBBF3FH約16K字節(jié)是彩色顯示器的顯示緩沖區(qū)從FFFF0HFFFFFH僅1

17、6單元，放一條無條件轉(zhuǎn)移指令，轉(zhuǎn)系統(tǒng)初始化程序段。2.3.4 8086的I/O組織8086允許有65535（64K）個(gè)8位的I/O端口，相鄰兩個(gè)可合成16位口CPU通過IN、OUT指令訪問端口。有些系統(tǒng)I/O與存儲(chǔ)器統(tǒng)一編址，訪問靈活。四、8086微處理器考核點(diǎn)及例題解析2.1 8086微處理器考核難點(diǎn)從學(xué)習(xí)8086微處理器開始，正式進(jìn)入微機(jī)原理深層次的學(xué)習(xí)，99的初學(xué)者感到茫然，很難理解有關(guān)概念。比較現(xiàn)實(shí)的方法是采取默認(rèn)和被動(dòng)接受的策略，姑妄聽之。本章許多內(nèi)容甚至要等到學(xué)完后續(xù)幾章后才會(huì)有深刻的理解，而總的來說前面的內(nèi)容是后面章節(jié)的基礎(chǔ)。必須耐著性子一章章一節(jié)節(jié)通讀4-5遍，是否真正理解還要

18、等做完習(xí)題才知道。本章是起步，80868088微處理器一章的全部內(nèi)容都很重要，處處是考點(diǎn)，如8086編程結(jié)構(gòu)、引腳信號(hào)、最大最小工作模式、8086時(shí)序以及8086存儲(chǔ)器和I/O的組織。2.2 8086微處理器例題解析1.使用中斷有什么好處？答：實(shí)現(xiàn)中斷好處有三： （1）同步操作： CPU和外設(shè)能同時(shí)工作， CPU也可命令多個(gè)外設(shè)同時(shí)工作； （2）實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)處理：這在計(jì)算機(jī)用于實(shí)時(shí)控制時(shí)十分重要； （3）進(jìn)行故障處理。2.8086有哪幾種中斷方式？答： 1分為軟件中斷和硬件中斷兩大類。2軟件中斷是由指令執(zhí)行所引起的中斷，主要有INT n中斷、除法錯(cuò)中斷、溢出中斷、單步中斷等。3硬件中斷是外部請求所

19、引起的中斷，有兩條外部請求輸入線一個(gè)是NMI（屏蔽中斷），另一個(gè)是INTR（可屏蔽中斷）。3. 什么是中斷向量？什么是中斷向量表？答：中斷向量；中斷服務(wù)程序的入口地址。中斷向量表：8086的內(nèi)存的前1K字節(jié)可以存放256個(gè)中斷向量，每個(gè)中斷向量4個(gè)字節(jié)，這個(gè)存儲(chǔ)區(qū)域就構(gòu)成了中斷向量表。指出下列標(biāo)志位的含義:CF, PF,AF,ZF,SF，答案：CF進(jìn)位標(biāo)志。若運(yùn)算結(jié)果的最高位產(chǎn)生一個(gè)進(jìn)位或借位，則CF=1，否則XF=0。PF 答案：奇偶標(biāo)志。若運(yùn)算結(jié)果中“1”的個(gè)數(shù)位偶數(shù)，則PF=1，否則PF=0。AF答案：輔助進(jìn)位標(biāo)志。若在字節(jié)操作時(shí)，由低半字節(jié)向高半字節(jié)由進(jìn)位或借位；或在字 操作時(shí)，由低位

20、字節(jié)向高位字節(jié)有進(jìn)位或借位，則AF=1，否則AF=0。ZF 答案：零標(biāo)志。若運(yùn)算結(jié)果為0，則ZF=1，否則ZF=0。SF 答案：符號(hào)標(biāo)志。若運(yùn)算結(jié)果的最高位為1，則SF=1，否則SF=0。5. 8086內(nèi)存的前1K字節(jié)建立了一個(gè)中斷向量表，可以容納多少個(gè)中斷向量？如果有軟中斷INT 13H，則中斷向量表指針是多少？假如由該指針起的四個(gè)內(nèi)存單元中順序存放59H，ECH，00H，F(xiàn)0H，則中斷服務(wù)程序入口地址是多少？怎樣形成的？答: 8086內(nèi)存的前1K字節(jié)建立了一個(gè)中斷向量表，可以容納多少個(gè)中斷向量？如果有軟中斷INT 13H，則中斷向量表指針是多少？假如由該指針起的四個(gè)內(nèi)存單元中順序存放59H，ECH，00H，F(xiàn)0H，則中斷服務(wù)程序入口地址是多少？怎樣形成的？6、8086 CPU可訪問的存儲(chǔ)器空間為1MB，它分為奇數(shù)存儲(chǔ)體和偶數(shù)存儲(chǔ)體兩部分，其中奇數(shù)存儲(chǔ)體的選擇信號(hào)是 。（A）ALE （B）BHE （C）A