福建師大福清分校微機原理課件第四章

1、第四章第四章 總線總線 4.1 總線概述總線概述4.2 8086/8088的的CPU總線與時序總線與時序4.3 Pentium的的CPU總線總線4.4 ISA局部總線局部總線4.5 PCI局部總線局部總線4.1 總線概述總線概述u總線是一種數(shù)據(jù)通道，系統(tǒng)各部件總線是一種數(shù)據(jù)通道，系統(tǒng)各部件共享共享u總線可同時掛接多個部件總線可同時掛接多個部件u總線分為：內(nèi)部總線、局部總線、外部總線總線分為：內(nèi)部總線、局部總線、外部總線u總線上任一部件發(fā)送的信息，系統(tǒng)內(nèi)連接到總總線上任一部件發(fā)送的信息，系統(tǒng)內(nèi)連接到總線上的部件均可收到線上的部件均可收到u信息傳輸時，每次只能有一個發(fā)送部件可利用信息傳輸時，每次只

2、能有一個發(fā)送部件可利用總線給一個接收部件發(fā)送信息總線給一個接收部件發(fā)送信息4.2 8086/8088的的CPU總線與時序總線與時序4.2.1 8086/8088的的CPU引線引線 8086/80888086/8088均為均為4040條引線、雙列直插式封裝，某些引線條引線、雙列直插式封裝，某些引線有多重功能，其功能轉(zhuǎn)換有兩種情況：一種是有多重功能，其功能轉(zhuǎn)換有兩種情況：一種是分時復用分時復用，另一種是按另一種是按組態(tài)組態(tài)定義定義. .用用80888088微處理器構(gòu)成系統(tǒng)時，有兩種不同的組態(tài)：微處理器構(gòu)成系統(tǒng)時，有兩種不同的組態(tài)： 最小組態(tài)最小組態(tài)用用80888088微處理器構(gòu)成一個較小系統(tǒng)，即所

3、連微處理器構(gòu)成一個較小系統(tǒng)，即所連的存儲器容量不大，的存儲器容量不大，I/OI/O端口也不多，此時系統(tǒng)的控制總端口也不多，此時系統(tǒng)的控制總線由線由80888088直接直接提供提供. . 最大組態(tài)最大組態(tài)用用80888088構(gòu)成一個較大系統(tǒng)時，系統(tǒng)的控制信構(gòu)成一個較大系統(tǒng)時，系統(tǒng)的控制信號不能由號不能由CPUCPU直接提供，而必須由直接提供，而必須由總線控制器總線控制器控制產(chǎn)生控制產(chǎn)生. .數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)與低低8 8位地址位地址分時復用分時復用狀態(tài)與狀態(tài)與高高4 4位地址位地址分時復用分時復用最大最大（最?。ㄗ钚。┙M態(tài)下組態(tài)下的控制的控制信號信號8088 CPU8088 CPU引線的排列引線的排列

4、 與組態(tài)無關(guān)與組態(tài)無關(guān)的引線的引線電源和定時線電源和定時線控制控制工作在工作在什么什么組態(tài)組態(tài)8088CPU8088CPU的引線信號：的引線信號：1.1.地址和數(shù)據(jù)線地址和數(shù)據(jù)線2.2.控制和狀態(tài)線控制和狀態(tài)線3.3.電源和定時線電源和定時線1.1.地址和數(shù)據(jù)線地址和數(shù)據(jù)線（1 1）AD7AD7AD0 AD0 低低8 8位地址位地址/ /數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)線. .利用內(nèi)部的多路開關(guān)，數(shù)利用內(nèi)部的多路開關(guān)，數(shù)據(jù)與低據(jù)與低8 8位地址位地址分時復用分時復用這些引線這些引線. .當當CPUCPU訪問存儲器或外設訪問存儲器或外設時，先輸出訪問地址，由外部鎖存器鎖存地址，再讀時，先輸出訪問地址，由外部鎖存器鎖存

5、地址，再讀/ /寫所寫所需要的數(shù)據(jù)需要的數(shù)據(jù)（2 2）A A1515A A8 8 中間中間8 8位地址線位地址線.8088.8088內(nèi)部鎖存內(nèi)部鎖存（3 3）A19A19A16/S6A16/S6S3 S3 高四位地址高四位地址/ /狀態(tài)線狀態(tài)線. .地址與狀態(tài)地址與狀態(tài)分分時復用時復用. .訪問外設時，訪問外設時，4 4位地址線不用位地址線不用. . 存儲器的讀存儲器的讀/ /寫和寫和I/OI/O操作時這些線用來輸出狀態(tài)信息：操作時這些線用來輸出狀態(tài)信息： S6 S5 S4 S3 S6 S5 S4 S3 0 F 0 F的的IFIF位位 0 0 ES0 0 ES 0 1 SS 0 1 SS 1

6、0 CS 1 0 CS 1 1 DS 1 1 DS 2.2.控制和狀態(tài)線控制和狀態(tài)線 分兩種：一種分兩種：一種80888088組態(tài)有關(guān)的線，另一類是與組態(tài)無關(guān)組態(tài)有關(guān)的線，另一類是與組態(tài)無關(guān)的線的線(1)(1)MN/MXMN/MX 控制控制80888088工作與什么組態(tài)工作與什么組態(tài). .接電源（接電源（+5V+5V），），80888088處于最小組態(tài)，接地，處于最小組態(tài)，接地，80888088處于最大組態(tài)處于最大組態(tài)(2)(2)最小組態(tài)下的控制信號線最小組態(tài)下的控制信號線lIO/M IO/M 輸入輸出輸入輸出/ /存儲器選擇存儲器選擇信號信號. .輸出低電平輸出低電平訪存；訪存；輸出高電平輸

7、出高電平訪問訪問I/OI/O端口端口lWR WR 寫信號寫信號. .低電平有效，在執(zhí)行存儲器或低電平有效，在執(zhí)行存儲器或I/OI/O端口的寫端口的寫操作時輸出的一個選通信號操作時輸出的一個選通信號lINTAINTA 中斷響應中斷響應信號信號. .低電平有效低電平有效. .是是80888088響應外部響應外部INTRINTR而發(fā)出的中斷響應信號而發(fā)出的中斷響應信號lALE ALE 地址鎖存允許地址鎖存允許信號信號. . 是是80888088發(fā)出的選通脈沖，發(fā)出的選通脈沖，將將AD7AD7AD0AD0和和A19/S6A19/S6A16/S3A16/S3上出現(xiàn)的地址鎖存到上出現(xiàn)的地址鎖存到外部地址鎖

8、存器中外部地址鎖存器中l(wèi)DT/R DT/R 數(shù)據(jù)發(fā)送數(shù)據(jù)發(fā)送/ /接收接收信號信號. . 低電平低電平接收數(shù)據(jù)，高接收數(shù)據(jù)，高電平電平發(fā)送數(shù)據(jù)發(fā)送數(shù)據(jù)lDEN DEN 數(shù)據(jù)允許數(shù)據(jù)允許信號信號. .低電平有效低電平有效lSSO SSO 系統(tǒng)狀態(tài)輸出信號系統(tǒng)狀態(tài)輸出信號. .與與IO/MIO/M、DT/RDT/R一起，反映一起，反映80888088所執(zhí)行的操作所執(zhí)行的操作lHOLD HOLD 保持請求保持請求信號信號. .用于直接存儲器存取操作，即用于直接存儲器存取操作，即DMADMA請求輸入信號請求輸入信號lHLDA HLDA 保持響應保持響應信號信號.DMA.DMA響應回答信號響應回答信號(

9、3)(3)最大組態(tài)下的控制信號線最大組態(tài)下的控制信號線lS2S2，S1S1，S0 3S0 3個狀態(tài)信號個狀態(tài)信號. . 其譯碼輸出作為其譯碼輸出作為80888088工作工作在最大組態(tài)時，對存儲器和在最大組態(tài)時，對存儲器和I/OI/O端的口讀端的口讀/ /寫操作信號寫操作信號. . 3 3個狀態(tài)信號與個狀態(tài)信號與CPUCPU所執(zhí)行的操作見所執(zhí)行的操作見P177,P177,表表4-14-1lRQ/GTRQ/GT0 0、RQ/GTRQ/GT1 1 總線請求總線請求/ /允許允許信號信號. . 雙向，低電平雙向，低電平有效有效. . 兩個外設同時發(fā)出總線請求時，兩個外設同時發(fā)出總線請求時，RQ/GTR

10、Q/GT0 0優(yōu)先權(quán)優(yōu)先權(quán)高于高于RQ/GTRQ/GT1 1lLOCK LOCK 鎖定信號鎖定信號. .低電平有效低電平有效. .該信號由前綴指令該信號由前綴指令LOCKLOCK使使其有效；有效時，別的總線設備不能取得對系統(tǒng)其有效；有效時，別的總線設備不能取得對系統(tǒng)3 3總線總線的控制權(quán)的控制權(quán) lQSQS0 0，QSQS1 1 隊列狀態(tài)隊列狀態(tài)信號信號. .用于提供用于提供80888088指令隊列狀態(tài)指令隊列狀態(tài) (4)(4)與組態(tài)無關(guān)的引線與組態(tài)無關(guān)的引線lRD RD 讀選通讀選通信號信號. .低電平時有效，表示正在進行存儲低電平時有效，表示正在進行存儲器或器或I/OI/O讀操作讀操作lR

11、EADY READY 準備就緒準備就緒信號信號. .是是CPUCPU尋址的存儲器或?qū)ぶ返拇鎯ζ骰騃/OI/O口送口送來的響應信號來的響應信號lTEST TEST 測試信號測試信號. .它是由它是由WAITWAIT指令測試的信號指令測試的信號. .低電平低電平時，執(zhí)行時，執(zhí)行WAITWAIT后面的指令；高電平時，后面的指令；高電平時，CPUCPU進入空轉(zhuǎn)進入空轉(zhuǎn)等待狀態(tài)等待狀態(tài)lINTR INTR 中斷請求中斷請求信號信號. .它是外設發(fā)來的它是外設發(fā)來的可屏蔽中斷可屏蔽中斷請請求信號，可由標志寄存器中的中斷允許標志位來屏求信號，可由標志寄存器中的中斷允許標志位來屏蔽蔽lNMI NMI 非屏蔽中

12、斷請求非屏蔽中斷請求信號信號. .它是邊沿觸發(fā)信號，是不它是邊沿觸發(fā)信號，是不可屏蔽的可屏蔽的lRESET RESET 復位信號復位信號3.3.電源和定時線電源和定時線lVCC VCC 電源線電源線. .要求加要求加5V5V10%10%的電壓的電壓 lGND GND 地線地線.8086/8088.8086/8088有兩條地線，這兩條地線都有兩條地線，這兩條地線都要接地要接地 lCLK CLK 時鐘信號時鐘信號. .一般由時鐘信號發(fā)生器一般由時鐘信號發(fā)生器82848284輸出，輸出，它提供它提供80888088的定時操作的定時操作.8088.8088的標準時鐘頻率為的標準時鐘頻率為5MHz 5M

13、Hz 1.地址鎖存器地址鎖存器80888088在訪問存儲器或在訪問存儲器或I/OI/O設備時，設備時，低低8 8位位/ /高高4 4位地位地址與數(shù)據(jù)址與數(shù)據(jù)/ /狀態(tài)分時復用，先輸出地址，后輸出數(shù)狀態(tài)分時復用，先輸出地址，后輸出數(shù)據(jù)據(jù)/ /狀態(tài)，為了不使狀態(tài)，為了不使先送出的地址丟失，用先送出的地址丟失，用80888088組組建系統(tǒng)時，必須用地址鎖存器建系統(tǒng)時，必須用地址鎖存器 三態(tài)地址鎖存器三態(tài)地址鎖存器82828282、74LS373 74LS373 4.2.2 8088的的CPU系統(tǒng)和系統(tǒng)和CPU總線總線74LS37374LS3738D8D鎖存器鎖存器，其引線排列和功能為：，其引線排列和

14、功能為：2.雙向總線驅(qū)動器雙向總線驅(qū)動器74LS24574LS2458 8總線傳送器總線傳送器，引線排列如圖：，引線排列如圖：功能：功能： 輸出允許輸出允許G G 傳送方向傳送方向DIRDIR 操作操作 L H AL H AB B L L B L L BA A H H 隔離隔離增強增強8088的負載能力的負載能力3.時鐘發(fā)生器時鐘發(fā)生器8284A 80888088內(nèi)部沒有時鐘信號產(chǎn)生電路。而用內(nèi)部沒有時鐘信號產(chǎn)生電路。而用82848284向向80888088及系統(tǒng)提供符合定時要求的時鐘信號及系統(tǒng)提供符合定時要求的時鐘信號CLKCLK、準備好、準備好信號信號READYREADY、復位信號、復位信

15、號RESETRESET其內(nèi)部結(jié)構(gòu)的框圖如下圖所示：其內(nèi)部結(jié)構(gòu)的框圖如下圖所示：8284A8284A的框圖的框圖4.總線控制器總線控制器8288 u作用：作用：工作在最大組態(tài)時，工作在最大組態(tài)時，80888088不直接提供總線控制信不直接提供總線控制信號（如號（如ALEALE、存儲器讀、存儲器讀/ /寫、寫、I/OI/O讀寫等），它只提供狀態(tài)讀寫等），它只提供狀態(tài)信號信號S0S0S2S2，82888288對狀態(tài)信號譯碼轉(zhuǎn)換為總線控制信號對狀態(tài)信號譯碼轉(zhuǎn)換為總線控制信號u電路：電路：狀態(tài)譯碼狀態(tài)譯碼 對對S0S0S2S2譯碼譯碼命令信號發(fā)生器命令信號發(fā)生器 產(chǎn)生命令信號產(chǎn)生命令信號控制信號產(chǎn)生器控

16、制信號產(chǎn)生器 產(chǎn)生總線控制信號；產(chǎn)生總線控制信號；控制邏輯控制邏輯 控制控制82888288工作方式工作方式。u 命令信號命令信號 MRDC MRDC 存儲器讀命令存儲器讀命令. .通知被選中單元，把數(shù)據(jù)發(fā)送到通知被選中單元，把數(shù)據(jù)發(fā)送到數(shù)據(jù)總線上數(shù)據(jù)總線上 MWTC MWTC 存儲器寫命令存儲器寫命令. .把數(shù)據(jù)線上的數(shù)據(jù)，寫入被選中把數(shù)據(jù)線上的數(shù)據(jù)，寫入被選中存儲單元存儲單元 IORC I/O IORC I/O讀命令讀命令. .通知被選中通知被選中I/OI/O口，把數(shù)據(jù)發(fā)送到數(shù)口，把數(shù)據(jù)發(fā)送到數(shù)據(jù)總線上據(jù)總線上 IOWC I/O IOWC I/O寫命令寫命令. .把數(shù)據(jù)線上的數(shù)據(jù)寫入被選中

17、把數(shù)據(jù)線上的數(shù)據(jù)寫入被選中I/OI/O口口 AMWC AMWC 存儲器超前寫存儲器超前寫. .同同MWTCMWTC，只是提前一個時鐘脈沖，只是提前一個時鐘脈沖 AIOWC I/O AIOWC I/O超前寫超前寫. .同同IOWCIOWC，超前一個時鐘脈沖，超前一個時鐘脈沖 INTA INTA 中斷響應命令中斷響應命令u 總線控制信號總線控制信號 DT/R DT/R 數(shù)據(jù)發(fā)送數(shù)據(jù)發(fā)送/ /接收信號接收信號 DEN DEN 數(shù)據(jù)允許信號數(shù)據(jù)允許信號 MCE/PDEN MCE/PDEN 設備級聯(lián)允許設備級聯(lián)允許/ /外部數(shù)據(jù)允許信號外部數(shù)據(jù)允許信號 ALE ALE 地址鎖存信號地址鎖存信號5.最小組

18、態(tài)下的最小組態(tài)下的8088CPU系統(tǒng)系統(tǒng) 典型的最小組態(tài)下的典型的最小組態(tài)下的8088 CPU8088 CPU系統(tǒng)如圖系統(tǒng)如圖 ：80888088工作于最小組態(tài)工作于最小組態(tài)系統(tǒng)地址總線系統(tǒng)地址總線系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)控制總線系統(tǒng)控制總線u A19 A19A16A16，A7A7A0A0為分時復用線，必須用地址鎖存器為分時復用線，必須用地址鎖存器74LS37374LS373或或82828282把這把這1212位地址鎖存位地址鎖存.A15.A15A8A8不用鎖存不用鎖存. .在在此全部鎖存此全部鎖存u 數(shù)據(jù)線可加雙向驅(qū)動器，也可直接輸出（小系統(tǒng)）數(shù)據(jù)線可加雙向驅(qū)動器，也可直接輸出（小系統(tǒng)）

19、. .用用80888088的數(shù)據(jù)允許信號的數(shù)據(jù)允許信號DENDEN接接245245的的OEOE， 80888088的的收發(fā)控的的收發(fā)控制制DT/RDT/R接接245245的的DIRDIRu 8088 8088的控制線可直接作系統(tǒng)的控制線可直接作系統(tǒng)控制總線，控制總線，RDRD、WRWR和和IO/MIO/M經(jīng)組經(jīng)組合形成存儲器讀合形成存儲器讀/ /寫信號和寫信號和I/OI/O讀讀/ /寫信號寫信號. .組合邏輯電路組合邏輯電路如右圖所示：如右圖所示：6.最大組態(tài)下的最大組態(tài)下的8088CPU系統(tǒng)系統(tǒng) 最大組態(tài)下的最大組態(tài)下的8088 CPU8088 CPU系統(tǒng)如圖系統(tǒng)如圖 ：80888088工作

20、于最大組態(tài)工作于最大組態(tài)82888288工作在工作在系統(tǒng)總線方式系統(tǒng)總線方式管理系統(tǒng)中斷管理系統(tǒng)中斷系統(tǒng)地址總線系統(tǒng)地址總線系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線82888288控制形成控制形成控制總線控制總線1.指令周期、總線周期和指令周期、總線周期和T狀態(tài)狀態(tài) 計算機是在計算機是在程序控制程序控制下工作的，每條指令的執(zhí)行，下工作的，每條指令的執(zhí)行，都要經(jīng)過都要經(jīng)過取指，譯碼，執(zhí)行取指，譯碼，執(zhí)行三個階段，這些操作三個階段，這些操作都是在時鐘脈沖都是在時鐘脈沖CLKCLK的統(tǒng)一控制下一步一步進行的，的統(tǒng)一控制下一步一步進行的，它們都需要一定的時間它們都需要一定的時間4.2.3 8088的時序的時序u T狀

21、態(tài)狀態(tài)CPUCPU處理動作的最小單位，即一個時鐘周期處理動作的最小單位，即一個時鐘周期. .如：如：80888088的時鐘頻率為的時鐘頻率為5MHz5MHz，故時鐘周期或，故時鐘周期或1 1個個T T狀態(tài)狀態(tài)為為200ns 200ns u 指令周期指令周期執(zhí)行一條指令所需要的時間執(zhí)行一條指令所需要的時間. .80888088中不同指令的指令周期是不等長的中不同指令的指令周期是不等長的. .最短最短2 2個時鐘個時鐘周期，最長周期，最長200200個時鐘周期（如：個時鐘周期（如：1616位乘除法指令）位乘除法指令）u 總線周期總線周期把指令周期劃分為一個個總線周期把指令周期劃分為一個個總線周期.

22、 .基本基本的總線周期有存儲器讀的總線周期有存儲器讀/ /寫、寫、I/OI/O端口讀端口讀/ /寫和中斷響寫和中斷響應周期應周期如如, ,從存儲器存取一個字節(jié)就是一個總線周期從存儲器存取一個字節(jié)就是一個總線周期2.最小組態(tài)下的時序最小組態(tài)下的時序 （1 1）存儲器讀周期）存儲器讀周期由由4 4個個T T狀態(tài)狀態(tài)組成組成存儲器讀周期和輸入周期時序存儲器讀周期和輸入周期時序 （2 2）存儲器寫周期）存儲器寫周期由由4 4個個T T狀態(tài)狀態(tài)組成組成存儲器寫周期和輸出周期時序存儲器寫周期和輸出周期時序 3.最大組態(tài)下的時序最大組態(tài)下的時序 （1 1）存儲器讀周期）存儲器讀周期由由4 4個個T T狀態(tài)狀

23、態(tài)組成組成最大組態(tài)時存儲器讀周期時序最大組態(tài)時存儲器讀周期時序 （2 2）存儲器寫周期）存儲器寫周期由由4 4個個T T狀態(tài)狀態(tài)組成組成最大組態(tài)時存儲器寫周期時序最大組態(tài)時存儲器寫周期時序 （3 3）I/OI/O讀和讀和I/OI/O寫周期寫周期由由5 5個個T T狀態(tài)狀態(tài)組成組成最大組態(tài)時最大組態(tài)時I/OI/O讀周期和讀周期和I/OI/O寫周期時序?qū)懼芷跁r序 4.3 Pentium的的CPU總線總線4.3.1 地址線及控制信號地址線及控制信號u A31A31A3 A3 地址線地址線. .雙向雙向. .低低3 3位地址位地址 A2A2A0A0不對外，不對外，用于組合成字節(jié)允許信號用于組合成字節(jié)允

24、許信號BE7BE7BE0BE0u APAP 地址的地址的偶校驗碼輸出線偶校驗碼輸出線 u ADSADS 地址地址狀態(tài)信號狀態(tài)信號 u A20MA20M A A2020 以上的地址線屏蔽信號以上的地址線屏蔽信號 . .與與ISAISA總線兼容總線兼容的計算機系統(tǒng)中必須有該信號的計算機系統(tǒng)中必須有該信號 u APCHKAPCHK 地址校驗地址校驗出錯出錯信號信號. . 在讀取在讀取CacheCache時，時，PentiumPentium會對地址進行偶校驗，如有錯，則該信號輸會對地址進行偶校驗，如有錯，則該信號輸出低電平出低電平 4.3.2 數(shù)據(jù)線及控制信號數(shù)據(jù)線及控制信號u D D6363D DO

25、 O 數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)線 u BEBE7 7BEBE0 0 分別為分別為8 8個字節(jié)個字節(jié)的允許信號的允許信號 u DPDP7 7DPDP0 0 奇偶校驗信號奇偶校驗信號 u PCHKPCHK 讀校驗出錯讀校驗出錯 u PENPEN 奇偶校驗允許信號奇偶校驗允許信號. .若該信號輸入為低電平，若該信號輸入為低電平，則在讀校驗出錯時處理器會自動作異常處理則在讀校驗出錯時處理器會自動作異常處理 4.3.3 總線周期控制信號總線周期控制信號u D/C D/C 數(shù)據(jù)控制信號數(shù)據(jù)控制信號. .高電平高電平當前總線周期傳當前總線周期傳輸?shù)氖菙?shù)據(jù)，低電平輸?shù)氖菙?shù)據(jù)，低電平當前總線周期傳輸?shù)氖侵噶町斍翱偩€周期傳輸?shù)?/p>

26、是指令 u M/IOM/IO 存儲器存儲器/ /輸入輸出訪問信號輸入輸出訪問信號. .高電平訪存高電平訪存，低低電平訪問電平訪問I/OI/O端口端口 u W/RW/R 讀讀/ /寫信號寫信號. .高電平高電平寫寫操作，操作，低電平低電平讀讀操操作作 u LOCKLOCK 總線封鎖信號總線封鎖信號. .低電平有效低電平有效u BRDYBRDY 突發(fā)就緒信號突發(fā)就緒信號 u NANA 下一個地址有效信號下一個地址有效信號 u SCYCSCYC 分割周期信號分割周期信號 4.3.4 Cache控制信號控制信號u CACHECACHE Cache Cache控制信號控制信號 u EADSEADS 外部

27、地址有效信號外部地址有效信號 u KENKEN Cache Cache允許信號允許信號 u FLUSHFLUSH Cache Cache擦除信號擦除信號u AHOLDAHOLD 地址保持請求信號地址保持請求信號 u PCDPCD和和PWTPWT 片外片外CacheCache控制信號控制信號 u WB/WTWB/WT 片內(nèi)片內(nèi) CacheCache回寫通寫選擇信號回寫通寫選擇信號 u HITHIT和和HITMHITM Cache Cache命中信號和命中命中信號和命中CacheCache的狀態(tài)信的狀態(tài)信號號 u INVINV 無效請求信號無效請求信號 4.3.5 系統(tǒng)控制信號系統(tǒng)控制信號u INTRINTR 可屏蔽中斷請求信號可屏蔽中斷請求信號 u