微機原理 第五章.ppt

1、1,第五章 處理器硬件特性（總線時序和系統(tǒng)總線）,5.1 處理器總線 5.1.1 Intel 8086的引腳功能,2,8088的兩種模式 最小模式：系統(tǒng)中只有一片8088,其存儲容量不大,所要連的I/O端口也不多,總線控制邏輯電路被減到最小。 最大模式：構(gòu)成的系統(tǒng)較大,可能包含不只一片微處理器,或要求有較強的驅(qū)動能力,帶有一個總線控制器8288。,5.1.1 Intel 8086的引腳功能,3,8088的引腳和功能,4,8086的引腳和功能,8086,8088,5,8086對應(yīng)最小模式: IO/M 本信號為高，表示CPU與存儲器進行數(shù)據(jù)交換 IO/M為低，表示CPU與I/O進行數(shù)據(jù)交換DMA傳

2、 送時，IO/M置為高阻 WR 低有效，表示處在存儲器寫或I/O寫 INTA 中斷響應(yīng)信號，低電平有效 ALE 地址鎖存允許信號，高電平有效,有效時將 地址信號鎖存到地址鎖存器中,6,7,HOLD為總線保持請求信號 HLDA為總線保持響應(yīng)信號 DT/R為數(shù)據(jù)發(fā)送/接收信號,為增加數(shù)據(jù)總線的驅(qū)動能力,采用數(shù)據(jù)總線收發(fā)器(8286/8287) DEN為數(shù)據(jù)允許信號,8,8086對應(yīng)最大模式: S2 S1 S0總線周期狀態(tài)信號 其編碼如下 S2 S1 S0 性能 000 中斷響應(yīng) 001 讀I/O 010 寫I/O 011 暫停 100 取指 101 讀存 110 寫存 1 11 無源,9,10,

3、RQ/GT0總線請求/總線請求允許 RQ/GT1總線請求/總線請求允許 每一腳為雙向,其中RQ/GT0的優(yōu)先權(quán)高于RQ/GT1 LOCK總線封鎖信號,當其有效時,別的總線主 設(shè)備不能占用總線 QS1,QS0指令隊列狀態(tài)信號,意義如下: QS1 QS0 0 0 無操作 0 1 從指令隊列中第一字節(jié)中取走代碼 1 0 隊列空 1 1 除第一個字節(jié)外,還取走了后續(xù)字節(jié)中的代碼.,11,其它引腳： GND、VCC 地和電源 AD15 AD0 地址/數(shù)據(jù)復用線，雙向 A19/S6,A18/S5,A17/S4,A16/S3地址/狀態(tài)復用線，輸出 S6始終為低. S5是中斷允許標志狀態(tài)位,為1允許中斷. S

4、4和S3指定那一個段寄存器正在被使用. S4 S3 含義 00當前正在使用ES 01當前正在使用SS 10當前正在使用CS或未用 1 1當前正在使用DS,12, NMI非屏蔽中斷請求信號,邊緣觸發(fā) 信號,不能由軟件加以屏蔽。 INTR可屏蔽中斷請求信號,高電平有效,為電平觸發(fā)信號。 RESET復位信號,當其有效CPU結(jié)束當前操作,對DS,SS,ES,IP及標志寄存器清零,將CS置為FFFFH。于是CPU從FFFF0H開始執(zhí)行程序,FFFF0H處放有一條JMP指令,轉(zhuǎn)到系統(tǒng)程序入口處,進行初始化,引導到監(jiān)控程序。,13,RD 讀信號,低有效,表示正在進行存儲 器或I/O讀. TEST 測試信號(

5、輸入),本信號與WAIT指 令結(jié)合起來使用,執(zhí)行WAIT指令時, CPU等待,若TEST有效,結(jié)束等待,執(zhí) 行下面指令. READY準備就緒信號,一般由存儲器或I/O 端口送來,當其有效,可進行數(shù)據(jù)傳 送,一般在T3開始時去采樣它,若為 低,需插入等待狀態(tài)Tw。,14,CLK 時鐘輸入 MN/MX 最小最大模式輸入信號 BHE/S7 高8位數(shù)據(jù)總線允許/狀態(tài)復用引腳，輸出 BHE與A0組合對應(yīng)的操作,15,5. 3 Intel 8086的操作和時序,指令周期、總線周期和T狀態(tài) 指令周期執(zhí)行一條指令所需的時間。不同指令的指令周期是不同的。 例:最短指令: 寄寄, 只需要2個時鐘周期. 最長指令:

6、 16位乘、除,約需200個時鐘周期.,16,有些指令周期可劃分為一個個總線周期。 總線周期每當CPU與存儲器或I/O端口交換一個字節(jié)的數(shù)據(jù)稱之為一個總線周期。 每個總線周期通常包含4個T狀態(tài),一個T狀態(tài)就是一個時鐘周期,是CPU處理動作的最小單位。,17,時鐘頻率一個T狀態(tài)時間 5M 200ns(0.2s) 50M 20ns(0.02s) 100M 10ns(0.01s) 200M 5ns(0.005s) 基本的總線周期有： 存儲器的讀周期或?qū)懼芷?I/O端口的讀周期或?qū)懼芷?中斷響應(yīng)周期 另外還有： 復位操作和啟動操作（時序） 總線保持請求與保持響應(yīng)時序,18,學習時序的目的,了解時序配合

7、 了解指令的執(zhí)行過程 實時控制的要求 例：ADD MASKBX+DI,AX 執(zhí)行本指令需要幾個總線周期？需要 多少時鐘周期？ ADD 寄存器到內(nèi)存,訪問內(nèi)存次數(shù)：2，所需的時鐘周期數(shù)為：16(24)+EA，EA為12個時鐘周期.對8088而言,執(zhí)行本指令需要36個時鐘周期.,19,最小模式下的8086時序,8086的讀周期時序,20,T1 后 IO/M變高表存儲器讀,變低表I/O讀 給出地址,若存儲器給出20位地址,若為I/O端口,給出低16位地址(高4位為低) ALE變?yōu)橛行?將復用線上的地址鎖存起來 DT/R變低,表示CPU讀,21, T2狀態(tài)下A19/S6A16/S3 引腳輸出狀態(tài)信號S

8、6S3AD15AD0轉(zhuǎn)為高阻RD變低,允許讀出DEN變低,允許數(shù)據(jù)傳送 經(jīng)過譯碼找到指定的存儲單元或I/O端口,經(jīng)過一段延遲,指定單元內(nèi)容出現(xiàn)在AD15AD0上。,22,CPU在T4下降沿采樣數(shù)據(jù)線,獲取數(shù)據(jù) 若到時數(shù)據(jù)出不來,可用一個產(chǎn)生READY信號的電路,使在T3和T4之間產(chǎn)生一個或幾個Tw來解決時序配合,23,8086的寫周期時序,24,亦由4個T狀態(tài)組成,與讀周期時序類似 不同點為: 當A7A0被鎖存后,在T2狀態(tài)CPU要把寫入的數(shù)據(jù)放至AD15AD0上 因要寫入在T2用WR來代替RD DT/R應(yīng)為高電平,表示發(fā)送 同樣當與CPU速度不配時,亦可插入Tw,25,8086的復位操作,通

9、過RESET引腳信號執(zhí)行，至少維持4個時鐘周期高電平，初次加電不少于50s。 復位后各寄存器值,26,復位時序,27,總線保持請求與保持響應(yīng),HOLD(Hold request):總線請求，輸出，高電平有效。 HLDA(Hold Acknowledge):總線請求響應(yīng)，輸出，高電平有效。,28,CPU在每個時鐘周期的上升沿采樣HOLD，如果允許讓出總線，就在當前總線周期完成時(T4狀態(tài))，從HLDA引腳發(fā)出一個回答信號，對HOLD請求發(fā)出響應(yīng)。同時，CPU使地址/數(shù)據(jù)總線和有關(guān)控制信號線進入高阻狀態(tài)(第三態(tài))放棄總線控制權(quán)。 另一方面，總線請求部件(如DMAC)收到有效HLDA信號后，就獲得了

10、總線控制權(quán)。在此期間，HOLD和HLDA都保持高電平，在總線占有部件(當前總線主)用完總線之后，將把HOLD信號變?yōu)榈碗娖?，表示現(xiàn)在放棄對總線的占用。 CPU收到低電平的HOLD之后，它將HLDA變?yōu)榈碗娖?。從此，CPU又獲得了總線控制權(quán)。,29,中斷操作和中斷系統(tǒng),1.什么叫中斷?與子程序不同點 中斷是指CPU暫時中止它正在執(zhí)行的主程序，轉(zhuǎn)去執(zhí)行請求中斷的那個外設(shè)的中斷服務(wù)程序，處理完畢后，又返回主程序的過程。 子程序的調(diào)用是固定的，而中斷是隨機的。 2. 中斷系統(tǒng) 為實現(xiàn)上述中斷功能而設(shè)置的各種硬件和軟件，統(tǒng)稱為中斷系統(tǒng)。 3.中斷向量 中斷子程序的入口地址 4.中斷向量表 所有中斷向量排

11、列起來，在03FFH形成一張表，稱為中斷向量表，每個中斷向量占用4個字節(jié),30,IBM PC的中斷向量表,地址,內(nèi)容,類型0(IP),類型1(IP),類型2(IP),類型3(IP),類型4(IP),類型5(IP),類型0(CS),類型1(CS),類型2(CS),類型3(CS),類型4(CS),類型5(CS),類型N(CS),類型N(IP),0000H,0004H,0008H,000CH,0010H,0014H,4*N,類型0的中斷向量,類型1的中斷向量,類型2的中斷向量,類型3的中斷向量,類型4的中斷向量,類型N的中斷向量,(除法錯),(單步),(非屏蔽中斷),(斷點),(溢出中斷INTO),

12、03FFH,31,中斷分類,8086/8088有兩類中斷: 硬件中斷由外設(shè)的請求引起,又叫外中斷 軟件中斷由執(zhí)行指令所引起,又叫內(nèi)中斷 外中斷 8088有兩條外部中斷請求線NMI(非屏蔽中斷)和INTR(可屏蔽中斷)。,32,內(nèi)中斷 因是軟中斷,屬于執(zhí)行指令引起的中斷,通常分為三類: 中斷指令I(lǐng)NT引起的中斷 CPU執(zhí)行完一條INT n指令后,會立即產(chǎn)生中斷,并且調(diào)用系統(tǒng)中相應(yīng)的中斷處理程序來完成中斷功能,中斷指令的操作數(shù)n指出中斷類型。,33,例：INT 12H完成對存儲器容量的測試。返回時,AX中的數(shù)據(jù)即為存儲器容量(以KB為單位) 處理運算過程中某些錯誤的中斷 執(zhí)行程序時,為及時處理運算

13、中某些錯誤,CPU以中斷方式中止正在運行的程序,提醒程序員改錯。 除法錯中斷。中斷類型號為0,例 DOS功能調(diào)用INT 21H,具有很強的功能。,34,超過了有關(guān)寄存器所能表達的范圍,則立即產(chǎn)生除法錯中斷。 溢出中斷INTO。中斷類型號為4 運算過程中當溢出標志OF=1,執(zhí)行INTO指令,則產(chǎn)生溢出中斷,打印出一個錯誤信息,結(jié)束時不返回，而把控制權(quán)交給操作系統(tǒng)。若OF=0,則INTO不產(chǎn)生中斷,CPU執(zhí)行下一條指令。 例： ADDAX,BX INTO；測試加法的溢出,執(zhí)行除法指令時,若發(fā)現(xiàn)除數(shù)為零或商,35,單步中斷 當TF=1,每條指令執(zhí)行后,CPU會自動產(chǎn)生一個類型1的中斷(單步中斷) 使

14、用單步中斷可一條一條指令地跟蹤程序流程,觀察各個寄存器及存儲單元變化,幫助分析錯誤原因。,為調(diào)試程序而設(shè)置的中斷,36,斷點中斷。中斷類型號為3 斷點可設(shè)置在程序的任何地方,它相當把一條INT 3 指令插入程序中。CPU每執(zhí)行到斷點處,INT 3 指令便產(chǎn)生一個中斷。 對這些中斷規(guī)定的優(yōu)先權(quán)從高到低次序為：,內(nèi)中斷(指除法錯,INTO,INT指令) 非屏蔽中斷 可屏蔽中斷 單步中斷,37,8086/8088的中斷源,圖中外設(shè)與8259A的連法是IBM PC/XT的連法,正常優(yōu)先權(quán)次序為,IR0最高,IR7最低。,38,中斷操作步驟,F84DH,F000H,INT 11H MOV AL,30H,中斷向量地址 =11H*4=0044H,中斷向量表,類型10H 中斷向量,類型12H 中斷向量,中斷處理程序,0:0040H,0:0