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第 4 章 8088 的总线操作和时序

第 4 章 8088 的总线操作和时序. 4.1 8088 处理器 8088 CPU 是 PC/XT 微型计算机的核心部件 8088 CPU 可应用于各种规模的智能控制系统 8088 CPU 具有最大模和最小模式，以及内置的多任务处理能力 8088 CPU 具有 40 个引脚，某些引脚具有双功能. 4.1 最小的 8088 系统. 最小配置下仅需 4 片外围芯片即可构成典型应用系统. 8088 处理器 引脚 （ 1 ）. 8088 和 8086CPU 都具有 40 条引脚，采用双列直插式封装

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第 4 章 8088 的总线操作和时序

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  1. 第4章8088的总线操作和时序 4.1 8088处理器 • 8088 CPU是PC/XT微型计算机的核心部件 • 8088 CPU可应用于各种规模的智能控制系统 • 8088 CPU具有最大模和最小模式，以及内置的多任务处理能力 • 8088 CPU具有40个引脚，某些引脚具有双功能

  2. 4.1 最小的8088系统 • 最小配置下仅需4片外围芯片即可构成典型应用系统

  3. 8088处理器引脚 （1） • 8088和8086CPU都具有40条引脚，采用双列直插式封装 • 为了减少芯片的引线，8088的许多引脚具有双重定义和功能，采用分时复用方式工作，即在不同时刻，这些引线上的信号是不相同的 • 8088的最大和最小两种工作模式可以通过引脚选择

  4. 8088处理器引脚 （2） 最小模式下的引线( =1) • A16～A19／S3～S6，地址、状态复用的引脚，三态输出。在8088执行指令过程中，某一时刻从这4个引脚上送出地址的最高4位A16～A19，而在另外时刻，这4个引脚送出状态信号S3～S6。 这些状态信息中，S6恒等于0，S5指示中断允许标志位IF的状态，S4、S3的组合指示CPU当前正在使用的段寄存器，其编码见表

  5. 8088处理器引脚 （3） 最小模式下的引线S4、S3的组合编码

  6. 8088处理器引脚 （4） 最小模式下的引线 • A15～A8，地址输出，三态。CPU寻址内存或接口时，从这些引脚送出地址A15～A8 • AD7～AD0，地址、数据分时复用的双向信号线，三态。当ALE=1时，这些引脚上传输的是地址信号。当ALE=0时，这些引脚上传输的是数据信号

  7. 8088处理器引脚 （5） 最小模式下的引线 • 输入输出／存储器控制信号，三态，用来区分当前操作是访问存储器还是访问I／O端口。若此引脚输出为低电平，访问存储器；若输出为高电平，则是访问I／O端口 • 写信号输出，三态。此引脚输出为低电平时，表示CPU正在对存储器或I／O端口进行写操作

  8. 8088处理器引脚 （6） 最小模式下的引线 • 数据传送方向控制信号，三态，用于确定数据传送的方向。高电平时，CPU向存储器或I／O端口发送数据；低电平时，CPU从存储器或I／O端口接收数据。此信号用于控制总线收发器74LS245的传送方向 • 数据允许信号，三态。该信号有效时，表示数据总线上有有效数据。它在每次访问内存或I/O端口以及在中断响应期间有效。它常用作数据总线驱动器的片选信号

  9. 8088处理器引脚 （7） 最小模式下的引线 • ALE地址锁存允许信号，三态输出，高电平有效。当它为高电平时，表明CPU地址线上有有效地址。因此，它常作为锁存控制信号将A19～A0锁存到地址锁存器 • 数据允许信号，三态。该信号有效时，表示数据总线上有有效数据。它在每次访问内存或I/O端口以及在中断响应期间有效。它常用作数据总线驱动器的片选信号

  10. 8088处理器引脚 （8） 最小模式下的引线 • READY 准备好信号输入引脚，高电平有效。它是由被访问的内存或I／O设备发出的响应信号，当其有效时，表示存储器或I／O设备已准备好，CPU可以进行数据传送。 若存储器或I／O设备没准备好，则使READY信号为低电平。CPU在T3周期采样READY信号，若其为低，CPU自动插入等待周期TW（1个或多个），直到READY变为高电平后，CPU才脱离等待状态，完成数据传送过程。

  11. 8088处理器引脚 （9） 最小模式下的引线 • INTR 可屏蔽中断请求输入信号，高电平有效。CPU在每条指令的最后一个周期采样该信号，以决定是否进入中断响应周期。这个引脚上的中断请求信号可用软件屏蔽 • 测试信号输入引脚，低电平有效。当CPU执行WAIT指令时，每隔5个时钟周期对此引脚进行一次测试。若为高电平，CPU则继续处于空转状态进行等待，直到引脚变为低电平，CPU才结束等待状态，继续执行下一条指令

  12. 8088处理器引脚 （10） 最小模式下的引线 • NMI 非屏蔽中断请求输入信号，上升沿触发。这个引脚上的中断请求信号不能用软件屏蔽，CPU在当前指令执行结束后就进入中断过程 • 中断响应信号输出，低电平有效，是CPU对中断请求信号INTR的响应。在响应过程中，CPU在该引脚连续送出两个负脉冲，可用作外部中断源中断向量码的读选通信号

  13. 8088处理器引脚 （11） 最小模式下的引线 • RESET 系统复位输入信号，高电平有效。为使CPU完成内部复位过程，该信号至少要在4个时钟周期内保持有效。复位后CPU内部寄存器的状态如表，当RESET返回低电平时，CPU将重新启动

  14. 8088处理器引脚 （12） 最小模式下的引线 • HOLD 总线保持请求信号输入，高电平有效。当某一总线上主控设备要占用系统总线时，通过此引脚向CPU提出请求 • HLDA 总线保持响应信号输出，高电平有效。这是CPU对HOLD请求的响应信号，当CPU收到有效的HOLD信号后，就会对其做出响应：一方面使CPU的所有三态输出的地址信号、数据信号和相应的控制信号变为高阻状态（浮动状态）；同时还输出一个有效的HLDA，表示处理器现在已放弃对总线的控制。当CPU检测到HOLD信号变低后，就立即使HLDA变低，同时恢复对总线的控制

  15. 8088处理器引脚 （13） 最小模式下的引线 • 系统状态信号输出。它与 和 信号决定了最小模式下当前总线周期的状态。三者的组合所表示的处理器操作见表

  16. 8088处理器引脚 （14） 最小模式下的引线 • CLK时钟信号输入引脚。8088的标准时钟频率为4.77MHz，时钟的占空比为33％ • Vcc5V电源输入引脚 • GND 地线

  17. 8088处理器引脚 （15） 最大模式下的引线 ( =0) • 此时，除23引脚到30引脚8个引脚外，其他引线与最小模式相同

  18. 8088处理器引脚 （16） 最大模式下的引线 • 、 、 总线周期状态信号输出，低电平有效，三态。这3个信号连接到总线控制器8288的输入端，8288对它们译码后可以产生系统总线所需要的各种控制信号。三个信号的代码组合以及对应的操作见表

  19. 8088处理器引脚 （17） 最大模式下的引线 • 、 总线请求／总线响应信号引脚。每一个引脚都具有双向功能，既是总线请求输入也是总线响应输出。但是 比 具有更高的优先权。这些引脚内部都有上拉电阻，所以在未使用时可以悬空 • 总线封锁信号输出，低电平有效。该信号有效时，CPU锁定总线，不允许其他的总线控制设备申请使用系统总线

  20. 8088处理器引脚 （18） 最大模式下的引线 • QS1、QS0指令队列状态输出。根据该状态信号，从外部可以跟踪CPU内部的指令队列。QS1、QS0的编码如表 • HIGH 在最大模式下始终为高电平输出 • 在最大模式下， 引脚不再使用

  21. T 4.2 8088的工作时序 • 微处理器按照一定时序来工作，时序包括：时钟周期和总线周期、指令周期 • 一条指令的执行需要苦干个总线周期才能完成；一个总线周期由若干个时钟周期构成 • 时钟周期：每个时钟脉冲的持续时间就称为一个时钟周期,即每两个时钟脉冲上升（下降）沿之间的时间间隔称为T状态（Clock Cycle） • 总线周期：通过总线进行一次读或写的过程称为一个总线周期, 即CPU从存储器或输入/输出端口，存取一个字节（或字）所要花费的时间（Bus Cycle） • 指令周期：执行一条指令所需要的时间（Instruction Cycle）

  22. 8088的时序组成（1） • 基本的总线周期： 1.存储器读或写 2.输入输出端口的读或写 3.中断响应 • 典型的总线周期 • 时序关系

  23. 指令周期 …… 总线周期 总线周期 …… …… 时钟周期 时钟周期 时钟周期 时钟周期 8088的时序组成（2） • 8088中，执行INC BYTE PTR[BX]指令（指令已在指令队列中）需要2个总线周期。

  24. 基本的指令周期时序

  25. 掌握时序的重要性 • 当CPU与存储器以及I/O端口连接时，要考虑如何正确地实现时序上的配合 • 了解时序有利于我们利用汇编编写核心代码的时候，选用适当的指令，以尽量缩短指令的存储空间和指令的执行时间 • 了解时序有利于我们深入地了解指令的执行过程 • 当微机应用于实时控制时，必须估计或计算CPU完成操作所需要的时间，以便与控制过程配合

  26. 存储器读周期（1）

  27. 8088最小模式存储器读周期（2）

  28. 存储器写周期（1）

  29. 8088最小模式存储器写周期（2）

  30. 中断响应周期

  31. CPU进入和退出保持状态时序

  32. 8088最大模式总线读操作时序

  33. 8088最大模式总线写操作时序

  34. 8088时序小结 正常的8088总线周期 (无论是读还是写) • 至少由4个时钟周期（Tl～T4）组成 • 在T1期间，A15～A8、A19／S6～A16／S3和AD7～AD0分别送出地址A15～A8、A19～A16和A7～A0，同时送出地址锁存允许信号ALE • 外部电路利用ALE把这些地址信号锁存到地址锁存器中，即可在锁存器的输出端得到完整的20位地址信号A19～A0 • 在写总线周期中，CPU从T2开始把数据送到总线上并维持至T4 • 在读总线周期中，CPU在T3到T4期间读入总线上的数据

  35. 4.3 系统总线 • 微型计算机采用总线结构 • 在CPU、内存、外设确定的情况下，总线速度是制约计算机整体性能的关键 采用总线技术的优点 1.利于模块结构设计，简化系统设计 2.便于板卡兼容 3.便于系统扩充与升级 4.便于诊断维修、降低成本

  36. 系统总线（1） 总线的分类 • 相对于CPU的位置，可分为片内总线和片外总线 • 相对于CPU的层次结构，可分为CPU总线、系统总线、外设总线 常见系统总线 • ISA总线，工业标准总线，用于286/AT • MCA总线，微通道总线，用于PS/2 • EISA总线，扩展工业标准总线，为32位CPU设计 • PCI总线，外围部件互连总线，具有“即插即用”功能。PCI总线是目前为止应用最广的系统总线

  37. 系统总线（2） • 从微机系统结构划分，有单总线结构和多总线结构两种 • 单总线结构：微机系统中只有单一的系统总线，所有部件都挂在这一条总线上。容易控制、便于扩充，效率低 • 多总线结构：微机结构中具有多条系统总线，以双总线结构为主 • 双总线结构分为 面向CPU的双总线结构 面向存储器的双总线结构

  38. 单总线结构

  39. 面向CPU的双总线结构

  40. 面向存储器的双总线结构

  41. 现代微机中的多总线结构

  42. 4.4 8088系统总线 • 最小模式一般配置

  43. 8088系统总线(1) • 系统总线接口芯片

  44. 8088系统总线(2) • 最小模式下的系统总线

  45. 8088系统总线(3)

  46. 8088系统总线(4) 最大模式下的系统总线

  47. 8088系统总线(5)

  48. 4.5 IBM PC/XT的CPU系统

  49. 8284功能

  50. 8284工作时序

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