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'微机原理与接口技术教案ppt课件 第2章80x86微处理器及其系统结构2.18086/8088微处理器2.28086/8088系统组成2.3现代微处理器系统习题例 8086/8088的总线周期◆8086/8088通过BIU完成的一次总线操作，称作一个总线周期。◆一个总线周期由若干个时钟周期（T）组成。◆8086/8088的基本总线周期，由T1，T2，T3，T4表示的4个时钟周期组成。◆总线读/写操作基本总线周期的时序：在T1状态，输出读/写对象的地址；在T2~T3状态，数据总线传送数据；在T4状态，表示读/写结束。 TW时钟和TI时钟◆TW时钟状态用基本总线周期读/写操作时，系统的“Ready”电路会产生READY信号。当检测到READY无效信号，表示数据传送未完成，在T3之后插入1~n个等待周期TW。读/写总线周期实际是（4+n）T。在基本总线周期中插入TW状态，是快速CPU对慢速存储器或I/O设备的一种等待。◆TI时钟状态当不需要执行总线操作时，插入1~n个空闲周期TI，进入总线空闲状态（空操作）。TI只是指总线操作的空闲，CPU内部仍可进行操作。在两个总线周期之间插入TI状态，是总线接口部件BIU对执行部件EU的一种等待。 8086/8088的引脚特性◆8086/8088微处理器可以有两种工作组态（模式），即最小模式（单处理器）和最大模式（多处理器）。◆MN/MX（33引脚）：最小/最大模式选择信号。MN/MX=1（Vcc），设置为最小模式；MN/MX=0（GND），设置为最大模式。◆8086/8088为40引脚的双列直插式组件封装。其中，地址和数据引脚，功能复用；24~31引脚，取决于最小/最大模式的不同，功能复用。◆8086/8088最小模式的所有具有三态的引脚，在处理器让出总线控制权时呈现高阻态（浮空态）。 8086/8088引脚图GNDA14A13A12A11A10A9A8AD7AD6AD5AD4AD3AD2AD1AD0NMIINTRCLKGND140239338437536635734833932103111301229132814271526162517241823192221VccA15A16/S3A17/S4A18/S5A19/S6SS0(HIGH)MN/MXRDHOLD（RQ/GT0）HLDA（RQ/GT1）WR（LOCK）IO/M（S2）DT/R（S1）DEN（S0）ALE（QS1）INTA（QS0）TESTREADYRESETGNDAD14AD13AD12AD11AD10AD9AD8AD7AD6AD5AD4AD3AD2AD1AD0NMIINTRCLKGND14023933843753663573483393210311130122913281427152616251724182319222021VccAD15A16/S3A17/S4A18/S5A19/S6BHE/S7MN/MXRDHOLD（RQ/GT0）HLDA（RQ/GT1）WR（LOCK）M/IO（S2）DT/R（S1）DEN（S0）ALE（QS1）INTA（QS0）TESTREADYRESET8088的引脚8086的引脚 8088最小模式的引脚CLK：系统时钟（T）信号，输入。RESET：系统复位信号，输入。AD7~AD0：地址/数据复用线，双向，三态。（8086是AD15~AD0）A19~A8：地址线，输出，三态。（8086是A19~A16）ALE：地址锁存信号，输出，高电平有效。（T1有效）RD、WR：读、写选通信号，输出，低电平有效。（互斥）IO/M：存储器或I/O选通信号，输出。（8086是M/IO）DEN、DT/R：数据允许、数据收/发信号，输出。（T2~T4有效）READY，TEST：系统控制信号，输入。NMI，INTR，INTA：中断请求和中断响应信号，输入/出。HOLD，HLDA：总线请求、总线允许信号，输入/出。（DMA方式） 8086/8088读/写操作例◆MOVAL，[2000H]；从存储器读一个字节数EU译码，通知BIU执行一个“存储器读”总线周期；BIU的地址加法器得到20位内存地址码，在T1时刻输出到地址锁存器，进而在AB总线上保持A19~A0地址信号；同时BIU产生相关控制有效信号：M/IO=1，RD=0，WR=1，从存储器取得的字节数，经DB总线的D7~D0读入BIU，再传送给AL。◆OUT80H，AL；往接口写（输出）一个字节数EU译码，通知BIU执行一个“I/O写”总线周期；BIU把16位I/O地址码在T1时刻输出到地址锁存器，进而在AB总线上保持A15~A0地址信号；同时BIU产生相关控制有效信号：M/IO=0，RD=1，WR=0，AL的数据，经DB总线的D7~D0写到相应I/O地址的接口。 8086/8088系统结构8086/8088微机系统组成由最小模式、最大模式的不同，而有所差异。最小/最大模式具有共性的特点：◆MN/MX端接Vcc或GND，决定是最小模式或最大模式。◆8284A时钟发生器，外接15MHz振荡源，经8284A三分频后，得到5MHz主频送系统时钟端CLK。◆地址锁存器8282（3片），在T1时锁存地址/数据复用线上的A19~A0地址信号。◆数据驱动/收发器8286（1/2片），当系统所连的存储器和外设较多，需要增加数据总线驱动能力时可选用。◆系统组成还必须有半导体存储器RAM和ROM，外部设备的I/O接口，中断控制管理部件等组件。 最小模式系统组成示意图VCCCLKALEREADYRESETA19~A8AD7~AD08088MN/MXDT/RDEN其它控制总线D7~D08286收发器TOESTB8282锁存器OEA19~A08284A等待状态发生VCC ◆最大模式系统（多处理器系统）有两个或两个以上能进行译码和执行指令的处理器组成。系统处理器可以是通用处理器，也可以是专用处理器——协处理器。最常用的协处理器是数值数据处理器（如，8087NDP）和输入/输出处理器（如，8089IOP）。◆最大模式系统有多种组成结构，其共同的特征是：所有的处理器共享系统总线，共享系统存储器和I/O设备。因此，增加了总线控制器8288和总线裁决器8289，以解决处理器之间的协调、通信，多个部件对总线的共享，以及对总线请求部件进行判优裁决等问题。◆8086/8088最大模式系统许多控制信号不再由8086/8088直接发出，而是由总线控制器8288对控制信号进行变换和组合，得到系统各种总线控制信号。8086/8088最大模式组成 最大模式系统组成示意图CLKS2~S0READYRESET8086BHEA19~A16AD15~AD0MN/MX其它控制总线D15~D08286收发器TOEA19~A0STB8282锁存器OEBHECLK8288DENDT/RALE控制总线8284A等待状态发生VCC PC/XT微机系统组成例键盘喇叭配置接口8255数据驱动器74LS245地址锁存器74LS373总线控制器8288微处理器8088协处理器8087时钟发生器8284数据总线控制总线地址总线8个PC/XT总线扩展槽存储器RAM/ROM4通道DMA82378级中断控制器82593通道计数器8253 80x86微处理器技术指标80868088802868038680486Pentium引脚数404068132168296主频5/85/88/1025/3375/100133/200字长161616323232外数据线16816323264外地址线202024323236物理空间1MB1MB16MB4GB4GB64GB虚拟空间1GB64TB64TB64TB高速缓存外置内置8KB内置16KB工作电压5V5V5V5V5/3.3V3.3V 80386微处理器的特点◆80386是典型的第一代CISC（ComplexInstructionSetComputer复合指令集计算机）体系结构的32位微处理器。◆80386采用全32位结构。提供32位外部数据、地址总线。可寻址4GB物理存储空间，64TB虚存空间。◆80386按功能划分由6个部件组成：总线接口部件、指令预取部件、指令译码部件、指令执行部件、分段部件和分页部件。◆80386可配置数值协处理器80287、80387，以实现高速数值处理。◆80386具有三种工作方式：实方式、保护方式和虚拟8086方式。 ◆80486在Intel微处理器的历史上首次采用了RISC（ReducedInstructionSetComputer——精简指令集计算机）技术。◆80486由8个基本部件组成：总线接口部件、指令预取部件、指令译码部件、执行部件、控制部件、存储管理部件、高速缓存部件和高性能浮点处理部件。◆80486内部总线有32、64、128位三种。采用了突发总线技术，可以同RAM进行高速数据交换。◆80486配置了指令和数据共用的8KB高速缓冲存储器。◆80486芯片内设置了一个数值协处理器，直接具有浮点数据处理能力。◆80486采用了有助于构成多处理器系统的硬件结构。80486微处理器的特点 Pentium微处理器的特点◆Pentium是CRISP（CISC+RISC）体系结构“雏形”的32位处理器。◆Pentium实现了0.8μm集成技术。有3种指令处理部件：RISC型CPU、80386处理部件和浮点处理部件。◆Pentium采用了超标量流水线设计。增设了动态转移预测机构，可以预测分支程序的指令流向。◆Pentium的内部和外部工作频率一致。内部总线32位，外部总线64位，在一个总线周期内可将数据传输量增加一倍。◆Pentium采用双Cache结构，两级Cache达16KB~24KB，数据宽度为32位。◆Pentium的浮点运算部件在执行过程分为8级流水。Pentium还改进了指令系统的微程序算法。 32位微处理器的寄存器◆数据寄存器32位数据寄存器：EAX，EBX，ECX，EDX16位数据寄存器：AX，BX，CX，DX8位数据寄存器：AH，AL，BH，BL，CH，CL，DH，DL◆地址寄存器32位内存地址寄存器：ESI，EDI，EBP，ESP，EIP16位内存地址的寄存器：SI，DI，BP，SP，IP16位段基址寄存器：CS，DS，ES，SS，FS，GS◆控制寄存器32位标志寄存器EFLAGS32位控制寄存器CR0~CR4调试寄存器DR0~DR7测试寄存器TR6~TR7。 32位微处理器工作方式◆实地址方式32位微处理器的实地址方式，主要是用于开机后为进入保护方式做准备。◆保护方式32位微处理器的基本工作方式是保护方式。保护方式下微处理器支持多任务运行，进行虚拟存储管理等。◆虚拟8086方式虚拟8086方式是保护方式下某个任务的工作方式，即虚拟8086方式允许在保护方式下运行多个8086程序。 习题2.5，习题2.62.5系统RESET信号有效时（复位），各寄存器内容和总线状态是什么？系统复位，首先执行的是一条什么指令？系统RESET信号有效时，即系统复位，仅CS寄存器为全1，其他寄存器均清0，总线状态初始化。系统复位，由于CS=0FFFFH，IP=0，硬件生成“JMP0FFFF0H”指令，开始执行ROM中的监控程序，进而做整个系统的引导。2.6说明8086/8088微机在进行存储器读、存储器写、I/O读、I/O写操作时，M/IO,RD,WR引脚信号分别是什么逻辑电平组合？M/IORDWR控制逻辑说明101存储器读操作110存储器写操作001I/O读操作010I/O写操作 习题2.72.7如果用DEBUG命令显示出8086/8088以下各寄存器的内容：AX=0000BX=0000CX=006DDX=0000DS=2000ES=2000SS=4100SP=0120CS=1100IP=00B8请画出此时存储器分段的示意图，并指出此时的指令地址和堆栈地址。数据（DS）段和附加数据（ES）段的首地址均为20000H。代码（CS）段的首地址均为11000H，此时的指令地址（CS:IP）为110B8H。堆栈（SS）段的首地址均为41000H，此时的堆栈栈顶地址（SS:SP）为41120H。CS段SS段CS:IPSS:SPDS/ES段11000H41000H20000H 习题2.92.9给出8086/8088，80386，80486，Pentium微处理器的字长、地址线、数据线的数目，并分别推算出各自的内存寻址空间。8086/8088微处理器字长16位，地址线20根，数据线16根，内存寻址空间1MB；80386微处理器字长32位，地址线32根，数据线32根，内存寻址空间4GB；80486微处理器字长32位，地址线32根，数据线32根，内存寻址空间4GB；Pentium微处理器字长32位，地址线36根，数据线64根，内存寻址空间64GB。 结束语谢谢大家聆听！！！29'