微計算機系統(tǒng)的層次

一.微計算機系統(tǒng)的層次

<?微處理器(Microprocessor)

3

個

層?微型計算機(Microcomputer)

次

微計算機系統(tǒng)(Microcomputersystem)

「算術邏輯單元

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

「微型計算機j

［只讀存儲器

內(nèi)存儲器

I隨機訪問存儲器

r串行輸入輸出接口

并行輸入輸出接口

＜外圍接口電外存儲器摟■

路〔顯示器接口等

▼

微型計算機系統(tǒng)「系統(tǒng)軟件

軟件中間件

〔應用軟件

電源、機箱、控制面板

「鍵盤、鼠標

顯示示器、打印機

I外圍設備W軟磁盤驅(qū)動器微處理器，微計算機.

硬磁盤驅(qū)動器微計算機系統(tǒng)三者關系

〔光盤驅(qū)動器等等

微處理器結構框圖

內(nèi)部總線

控制邏輯

(2)微型計算機

微處理器：執(zhí)行指令的核心。

存儲器：指令碼、操作數(shù)、結果的存儲。

外圍接口電路：并口、串口、外存接口、

顯示器接口、網(wǎng)絡接口、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，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

微計算機基本結構

(3)微計算機系統(tǒng)

?微計算機：微處理器、存儲器、外圍接

口電路、系統(tǒng)總線。

軟件：系統(tǒng)軟件、中間軟件、應用軟件。

外部設備：軟驅(qū)、硬驅(qū)、光驅(qū)、鍵盤、

鼠標、顯示器。

電源、機箱、控制面板。

二.8086微處理器結構

1.80X86微處理器系列概況

*808616位微處理器，內(nèi)部及對外16位數(shù)據(jù)通路,

20位地址，尋址空間1MB；

*地址/數(shù)據(jù)分時復用；

*8086具有初級流水線結構，內(nèi)部操作與對外操作具

有并行性。

?80286：16位結構，24位地址，16MB尋址空間；支

持保護方式，可執(zhí)行多任務，速度比8086快。

?80386：32位結構，32位地址，4GB尋址空間；支

持保護方式，可執(zhí)行多任務，性能優(yōu)于16位結構。

*80486：32位結構，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。形成對外總線，與存儲器、I/O接口電路進行數(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

獨立工作，BIU在保證EU與片外傳送操作數(shù)前提下，

可進行指令預取，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受結構限制，取指令和執(zhí)行指令

串行進行，操作無重疊（無并行性）。

*8086由EU與BIU兩個獨立的功能部件組成，

它們的操作有并行性。

*EU與BIU的流水線操作：EU與BIU可獨

立工作，BIU在保證EU與片外傳送操作數(shù)前提

下，可進行指令預取，與EU可重疊操作。

*若8086指令隊列出現(xiàn)2個空字節(jié)，且EU未占

總線情況下，BIU自動取指令填充隊列。

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時間間隔中，8085執(zhí)行了2條指令。

在t0?t4時間間隔中，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）說明

*微處理器引線，邏輯上分為3類：

地址總線信號；

數(shù)據(jù)總線信號；

控制總線信號；

其它專用信號：電源、地、時鐘。

*采用引線分時復用技術，一條引線不同*間

代表不同信號，解決引線不夠問題。

(1)基本引腳信號

*AD15-AD0(I/O,三態(tài))：地址/數(shù)據(jù)復用。

*A19/S6-A16/S3(0,三態(tài))：地址/狀態(tài)復用。

^BHE/S,(0,三態(tài))：高字節(jié)允許/狀態(tài)復用。

*NMI(In)：非屏蔽中斷請求輸入，上升沿觸發(fā)。

*INTR(In)：可屏蔽中斷請求輸入，高電平有效。

*而(0,三態(tài)):讀選通信號，低電平有效。

*CLK(In):時鐘信號，處理器基本定時脈沖。

*RESET(In):復位信號,高電平有效。

*WR(0,三態(tài))：寫選通信號，低電平有效。

*READY(In)：準備好信號，高電平有效。處理器與

存儲器及I/0接口速度同步的控制信號。

*TEST(In):測試信號，低電平有效。處理器執(zhí)行

WAIT指令的控制信號。

*MN/而(In):最大/最小工作模式選擇信號。硬件設

計者用來決定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)最小模式下的有關控制信號

*INTA(O):最小模式下的中斷響應信號。

*ALE(O):地址鎖存允許信號。

**(O,三態(tài))：數(shù)據(jù)總線緩沖器允許信號。

*DT市(O,三態(tài))：數(shù)據(jù)總線緩沖器方向控制信號。

*M/而(O,三態(tài))：存儲器或I/O接口選擇信號。

*WR(O,三態(tài))：寫命令信號。

*HOLD(In):總線請求信號。

*HLDA(O):總線請求響應信號。

（3）最大模式下的有關控制信號

*QSnQS°（O）:指令隊列狀態(tài)信號。表明8086當前指

令隊列的狀態(tài)。

*，，或，廉（O,三態(tài)）:最大模式總線周期狀態(tài)信號?？?/p>

線控制器8288的輸入信號，8288輸出各種控制信號。

*Id函（。,三態(tài)）:總線封鎖信號。有效時不允許其他

主控部件占用總線。

*運/加,RQ/GT\（I/O）:最大模式總線請求/總線響

應信號，作為輸入時是總線請求RQ信號，作為輸出時

是總線響應GT信號。

4.8086最小方式微計算機組成

VcC

8086與系統(tǒng)總線接口（最小方式）

5.8086最大方式微計算機組成

三、8086總線操作、中斷系統(tǒng)及總線請求

1.8086總線操作：8086微處理器與片外存

儲器或I/O接口進行數(shù)據(jù)傳輸時，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總線請求：在一個系統(tǒng)中，若存在

多個可控制總線的主模塊時，總線使用

權的轉(zhuǎn)移存在著一個請求與響應的過程。

?T1狀態(tài)：

BIU將RAM或I/O地址放在地址/數(shù)據(jù)復用

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)做準備一緩沖。因為

A/D總線要改變線路的信息流動方向。

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

線周期的結束（T4）。

?T3,T4:

對于讀或?qū)懣偩€周期，AD總線上均為。

Tw:

當RAM或I/O接口速度不夠時，在T3與T4之

間可插入等待狀態(tài)Tw。

?Ti:

當BIU無訪問操作數(shù)和取指令的任務時，

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序

AALE信號在T1出現(xiàn)，表明一個總線周期

開始，選通外部地址鎖存器，鎖存AD總線

上的地址信息。

A在RD、WR等信號的配合下，T3、T4期

間完成數(shù)據(jù)訪問。

AT3上升沿檢測READY信號是否有效，無

效時在T3與T4間插入等待狀態(tài)Tw。

讀操作

—T2一

-T]t~T3-T4

改變信號方向

M/

CPU地址信號—數(shù)據(jù)信號

10

AB/DB復用線

寫操作

Ti-?丁4-

信號方向不變

CPU地址信號—數(shù)據(jù)信號—

?8086最小方式下讀總線周期時序

8

0

8

6

讀

總

線

周

期

基

本

定

時

?8086最小方式下寫總線周期時序

---------一個總線周期---------

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

DEN

2.8086中斷系統(tǒng)

?8086微處理器具有處理256種中斷的能力。

?每個中斷分配給一個中斷類型碼，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操作過程中發(fā)生異常事件

或執(zhí)行中斷指令INTn。

指令/CPU軟件中斷（內(nèi)部）硬件中斷（外部）

啟動的

非屏蔽中斷請求

INTn指令（2）

中

斷

可

控

屏

蔽

制

中

器

斷

請

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個字節(jié)

20位物理地址4個存儲單元

偏移量（16位）2個字節(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

Type32

------IP------

0080H

\______

007FH

/

------cs------

保Type31

------IP------

留007CH

?

*

27個

cs

Type5

IP

0014H_____

\______

0013H

J

cs

Type4

溢出中斷

IP

0010H

OOOFH--------

8

cs

08專6

Type3

斷點中斷

用IP

OOOCH_____

OOOFH

5

cs

Type8

個非屏蔽中斷

IP

0008H_____

0007H

cs

Type1

單步中斷

IP

0004H_____

0003H

cs

Type0

除數(shù)為0

IP

0000H--------

?8086對外部硬件中斷厚求INTR的響應：

當INTR有一高電平，即有可屏蔽中斷請

求。若此時IF=1且當前指令執(zhí)行完畢，

進入中斷響應周期，處理過程如下：

a.INTA在兩個總線周期中分別發(fā)出一個有

效信號，8086在第二個INTI有效期間讀

取中斷類型碼。

b.保護現(xiàn)場：標志寄存器入棧，清除IF和

TF標志位，保護斷點（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.中斷響應過程中8086不響應總線請求。

3.8086總線請求

?在一個系統(tǒng)中，若存在多個可控制總線

的主模塊時，總線使用權的轉(zhuǎn)移存在著

一個請求與響應的過程。

?最小模式下總線請求：

＞總線請求信號HOLD,總線響應信號HLDA；

＞8086在每個CLK上升沿檢測HOLD信號；

＞若有總線請求，當前總線周期結束時

HLDA變高，響應請求，8086讓出總線控

制權。

最大模式下總線請求：有兩個通道

?請求信號是：RQ（）/GTo和RQ/GTi兩條引

線中的?。┖蚏Q1信號，為輸△；

A響應信號是：g/N和麗/1用倆條引

”中巧麗）西GT1信號，