【正文】 2章 微型計(jì)算機(jī)概述 圖 單向三態(tài)門驅(qū)動器 74LS244 第 2章 微型計(jì)算機(jī)概述 3．雙向三態(tài)門驅(qū)動器 對于數(shù)據(jù)總線，可采用雙向驅(qū)動器。 1．帶有三態(tài)輸出的鎖存器 在形成 8088(8086)系統(tǒng)總線時，常用到具有三態(tài)輸出的信號鎖存器 8282和 8283。 INTAINTAINTA第 2章 微型計(jì)算機(jī)概述 系統(tǒng)總線的形成 從圖 ，系統(tǒng)總線將微型計(jì)算機(jī)的各個部件連接起來。② 在讀 /寫接口的總線周期里， M/ 信號為低電平。 這樣一來 ， 一個寫入內(nèi)存的總線周期就可以由 4個時鐘周期延長為更多個時鐘周期 ， 以滿足低速內(nèi)存的要求 。這時的地址、數(shù)據(jù)信號均已穩(wěn)定，寫操作的工作也就更加可靠。 首先，以 CPU向內(nèi)存寫入一個字節(jié)的總線周期為例來簡要說明。這里主要是指 8086CPU將一個字節(jié)寫入一個內(nèi)存單元或一個接口地址，或者 8086CPU由內(nèi)存或接口讀出一個字節(jié)到 CPU的時間，均為一個總線周期。 第 2章 微型計(jì)算機(jī)概述 (3) 表中 “ 段內(nèi)偏移地址 ” 一欄指明 ， 除了有兩種類型訪問存儲器是 “ 依尋址方式來求得有效地址 ” 外 ， 其他都指明使用一個 16位的指針寄存器或變址寄存器 。在實(shí)際進(jìn)行程序設(shè)計(jì)時，絕大部分都屬于這一種情況。這些區(qū)域可以通過段寄存器的設(shè)置使之相互獨(dú)立，也可將它們部分或完全重疊。段內(nèi)的物理地址由 16位的段寄存器內(nèi)容和 16位的地址偏移量來確定。這些段寄存器的內(nèi)容與有效的地址偏移量一起可確定內(nèi)存的物理地址。 例如 ， 系統(tǒng)調(diào)試軟件 DEBUG中的 T命令 ， 就是利用它來進(jìn)行程序的單步跟蹤的 。 S— 符號標(biāo)志位。位移和循環(huán)指令也影響進(jìn)位標(biāo)志。當(dāng)順序執(zhí)行程序時，CPU每從內(nèi)存取一個指令字節(jié)， IP自動加 1，指向下一個要讀取的指令。 BP是基數(shù)指針寄存器，通常用于存放基地址，以使8086的尋址更加靈活。當(dāng) 4個字節(jié)的指令隊(duì)列緩沖器滿時，且執(zhí)行單元又沒有存儲器或 I/O操作請求時，總線接口單元將進(jìn)入空閑狀態(tài)。它包括 ALU(運(yùn)算器 )、通用寄存器和狀態(tài)寄存器等，主要進(jìn)行 16位的各種運(yùn)算及有效地址的計(jì)算。對 8086而言，該引線的狀態(tài)剛好相反，即變?yōu)?M/ 。在進(jìn)行16位數(shù)據(jù)操作時， 8088CPU一定需要兩個總線周期才能完成16位數(shù)據(jù)操作，而 8086CPU可能只用一個總線周期、一次總線操作就可完成。隊(duì)列狀態(tài)在 CLK周期期間有效。 ● ?總線請求設(shè)備在對總線操作結(jié)束后，再產(chǎn)生一個寬度為一個時鐘周期的負(fù)向脈沖，通過該引腳送給 CPU，它表示總線請求已結(jié)束。 在本章的后面可以看到， 8288總線控制器利用 S2～ S0為構(gòu)成系統(tǒng)總線提供了足夠的控制信號。 BHE第 2章 微型計(jì)算機(jī)概述 2．最大模式下的引線 當(dāng) MN/ 加上低電平時， 8086CPU工作在最大模式之下。當(dāng) CPU檢測到 HOLD信號變低后，就立即使HLDA變低，同時恢復(fù)對總線的控制。表 (S0)到 各引腳均處于浮動狀態(tài)。 ：它是可用 WAIT指令對該引腳進(jìn)行測試的輸入信號，低電平有效。 ：它是讀選通三態(tài)輸出信號，低電平有效。該信號通常用于數(shù)據(jù)總線驅(qū)動器 8286/8287(74245)的方向控制。通常，CPU在讀 /寫存儲器和外設(shè)時，總是先給出存儲器單元的地址或外設(shè)的端口地址，然后才讀 /寫數(shù)據(jù)，因而地址和數(shù)據(jù)在時序上是有先后的。而在另外時刻，這 4條線送出狀態(tài)S3～ S6。當(dāng) MN/ =1時， 8086CPU工作在最小模式之下。為了彌補(bǔ)這一缺陷，當(dāng)時的 CPU設(shè)計(jì)者開發(fā)了專門用于浮點(diǎn)運(yùn)算的協(xié)處理器 8087。 為此， 8086CPU中設(shè)置了一個 6個字節(jié)的指令預(yù)取隊(duì)列(8088CPU中的指令預(yù)取隊(duì)列為 4個字節(jié) )。計(jì)算機(jī)就是這樣按照事先編排好的順序，依次執(zhí)行指令。因?yàn)樗鼈儾缓糜洃?，不直觀，容易出錯，而且出了錯也不易修改。 第 2章 微型計(jì)算機(jī)概述 下面通過一個簡單程序的執(zhí)行過程，對微型計(jì)算機(jī)的工作過程做簡要介紹。 盡管 CPU的每一種基本操作都很簡單，但幾百、幾千、幾十萬甚至更多的基本操作組合在一起，就可以完成某種非常復(fù)雜的任務(wù)。用戶可以根據(jù)微型計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的資源配備情況，確定使用何種語言來編寫用戶程序，既可以用高級語言也可以用匯編語言。在操作系統(tǒng)的支持下，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互；在操作系統(tǒng)的控制下，實(shí)現(xiàn)對 CPU、內(nèi)存和外部設(shè)備的管理以及各種任務(wù)的調(diào)度與管理。一個嬰兒將來可能成為一個偉大的科學(xué)家，也可能成為一個無所事事的人，這主要取決于他本人和社會如何對他灌輸知識和教育。接口部件使用很普遍，目前已經(jīng)系列化和標(biāo)準(zhǔn)化，而且有許多具有可編程序功能，使用方便、靈活，功能也非常強(qiáng)。同時，計(jì)算機(jī)與外部設(shè)備之間還需要詢問和應(yīng)答信號，用來通知外設(shè)做什么或告訴計(jì)算機(jī)外設(shè)的情況或狀態(tài)?？梢哉J(rèn)為，一臺微型計(jì)算機(jī)就是以 CPU為核心，其他部件全都 “ 掛接 ” 在與 CPU相連接的系統(tǒng)總線上，這樣的結(jié)構(gòu)為組成一個微型計(jì)算機(jī)帶來了方便。正如一個是房間號碼，另一個是房間里住的人一樣。 第 2章 微型計(jì)算機(jī)概述 存儲器由許多單元組成，每個單元存放一組二進(jìn)制數(shù)。 第 2章 微型計(jì)算機(jī)概述 2) 內(nèi)存 所謂內(nèi)存就是指微型計(jì)算機(jī)內(nèi)部的存儲器。 第 2章 微型計(jì)算機(jī)概述 圖 微型計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)框圖 第 2章 微型計(jì)算機(jī)概述 通常，將圖 。 第 2章 微型計(jì)算機(jī)概述 1．硬件系統(tǒng) 微型計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)如圖 。后面將詳細(xì)地對它加以說明。這種由內(nèi)存取出的過程稱為讀出內(nèi)存，而將數(shù)據(jù)或程序存放于內(nèi)存的過程則稱為寫入內(nèi)存。前者是存儲單元的編號，表示存儲器中的一個位置，而后者表示這個位置里存放的數(shù)據(jù)。這些總線提供了微處理器 (CPU)與存儲器、輸入 /輸出接口部件的連接線。它們不僅要求不同的電平、電流，而且要求不同的速率，有時還要考慮是模擬信號，還是數(shù)字信號。通過接口部件，微型機(jī)與外設(shè)協(xié)調(diào)地工作。 第 2章 微型計(jì)算機(jī)概述 它和剛誕生的嬰兒一樣，只具有有限的基本功能。一旦微型計(jì)算機(jī)接通電源，就進(jìn)入操作系統(tǒng)。 第 2章 微型計(jì)算機(jī)概述 應(yīng)用軟件一般都由用戶開發(fā)完成。 第 2章 微型計(jì)算機(jī)概述 CPU進(jìn)行簡單的算術(shù)運(yùn)算或邏輯運(yùn)算、從存儲器取數(shù)、將數(shù)據(jù)存放于存儲器、由接口取數(shù)或向接口送數(shù)等，這些都是一些基本動作，也稱為 CPU的操作。這種完成某種任務(wù)的一組指令就稱為程序，計(jì)算機(jī)的工作就是執(zhí)行程序。但直接用這種二進(jìn)制代碼編程序會給程序設(shè)計(jì)人員帶來很大的不便。微型機(jī)執(zhí)行程序時，首先通過總線將第一條指令取進(jìn)微處理器并執(zhí)行它，然后取第二條指令，執(zhí)行第二條指令，依次類推。兩者可以同時進(jìn)行，并行工作。 第 2章 微型計(jì)算機(jī)概述 3．在結(jié)構(gòu)上和指令設(shè)置方面支持多微處理器系統(tǒng) 眾所周知，利用 8086(8088)的指令系統(tǒng)進(jìn)行復(fù)雜的運(yùn)算，如多字節(jié)的浮點(diǎn)運(yùn)算、超越函數(shù)的運(yùn)算等，往往是很費(fèi)時間的。同時，8086CPU上有 MN/ 輸入引線，用以決定 8086CPU工作在哪種工作模式之下。在 8086CPU執(zhí)行指令過程中，某一時刻從這 4條線上送出地址的最高 4位 A16～ A19。利用定時信號來區(qū)分是數(shù)據(jù)信號還是地址信號。高電平為發(fā)送方向，即 CPU寫數(shù)據(jù)到內(nèi)存或接口；低電平為接收方向，即 CPU到內(nèi)存或接口讀數(shù)據(jù)。因此，它常作為鎖存控制信號將 A0～ A19鎖存于地址鎖存器的輸出端。這條引腳上的請求信號，可以用軟件復(fù)位內(nèi)部狀態(tài)寄存器中的中斷允許位 (IF)加以屏蔽。復(fù)位后 CPU內(nèi)部寄存器的狀態(tài)如表 ，各輸出引腳的狀態(tài)如表 。當(dāng) CPU收到有效的 HOLD信號后，就會對其做出響應(yīng)：一方面使 CPU的所有三態(tài)輸出的地址信號、數(shù)據(jù)信號和相應(yīng)的控制信號變?yōu)楦咦锠顟B(tài) (浮動狀態(tài) )；同時還輸出一個有效的 HLDA，表示處理器現(xiàn)在已放棄對總線的控制。 GND：它是接地端。因此，可以簡單地理解為 8288對這些狀態(tài)進(jìn)行譯碼，產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號。這樣從下一個時鐘周期開始， CPU就釋放總線，總線請求設(shè)備便可以利用總線完成某種操作。QS1， QS0的編碼如表 。而 8086則將此 8條線變?yōu)殡p向分時復(fù)用的 AD8～ AD15，即某一時刻送出地址 A8～ A15，而另一時刻則用這 8條線傳送數(shù)據(jù)的高 8位 D8～ D15。 (3) ?8088的引線 28是 IO/ ，即 CPU訪問內(nèi)存時該引線輸出低電平；訪問接口時則輸出高電平。 第 2章 微型計(jì)算機(jī)概述 圖 8086(8088)微處理器的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 第 2章 微型計(jì)算機(jī)概述 EU負(fù)責(zé)指令的執(zhí)行。只要指令隊(duì)列緩沖器不滿，而且執(zhí)行單元沒有存儲器或 I/O操作要求， BIU總是要到存儲器中去取后續(xù)的指令。 SP是堆棧指針寄存器，由它和堆棧段寄存器一起來確定堆棧在內(nèi)存中的位置。 CPU執(zhí)行程序的地址總是為 CS? ?16?+?IP。做加法時出現(xiàn)進(jìn)位或做減法時出現(xiàn)借位，該標(biāo)志位置 1；否則清 0。運(yùn)算結(jié)果所有位均為 0時，該標(biāo)志位置 1；否則清 0。 該標(biāo)志位通常用于程序的調(diào)試 。 第 2章 微型計(jì)算機(jī)概述 5) 段寄存器 8086微處理器具有 4個段寄存器：代碼段寄存器 CS、數(shù)據(jù)段寄存器 DS、堆棧段寄存器 SS和附加段寄存器 ES。每個段具有 64?KB的存儲空間。只要修改段寄存器的內(nèi)容，就可以將相應(yīng)的存放區(qū)設(shè)置在內(nèi)存存儲空間的任何位置上。所謂默認(rèn)段寄存器是指在指令中不用專門的信息來指定使用某一個段寄存器的情況，這時就由默認(rèn)段寄存器來提供訪問內(nèi)存的段地址。這說明無論程序區(qū)、數(shù)據(jù)區(qū)還是堆棧區(qū)都可以超過 64?KB的容量，都可以利用重新設(shè)置段寄存器內(nèi)容的方法加以擴(kuò)大，而且各存儲區(qū)都可以在整個存儲空間中移動。那么什么是總線周期呢？ 8086CPU通過其系統(tǒng)總線對存儲器或接口進(jìn)行一次訪問所需的時間稱為一個總線周期。讀者只要理解了任何一種時序，就足以解決具體的工程問題。寫入內(nèi)存的操作通常是在 的后沿 (其上升沿 )來實(shí)現(xiàn)的。 就這樣一直插到READY為高電平時 ， 則插入停止并執(zhí)行總線周期 T4。接口的寫周期和接口的讀周期與上述情況十分相似，所不同的僅僅是：① 尋址接口最多用 16位地址 和 A0～ A15，當(dāng)時鐘周期 T1時刻 CPU送出接口地址 、 A0～ A15時，高 4位地址 A16～ A19全為低電平。 在圖 ， 8086CPU有三個空閑周期，而 8088CPU不存在這三個空閑周期， 8086和 8088的其他響應(yīng)過程是完全一樣的。要強(qiáng)調(diào)的是，為了更好地進(jìn)行微型機(jī)的工程應(yīng)用，盡量多地記住或理解一些現(xiàn)有的芯片是十分有益的。當(dāng)其控制端加上低電平時，相應(yīng)的 4個三態(tài)門導(dǎo)通；加高電平時，三態(tài)門呈高阻狀態(tài)。與這樣的驅(qū)動器類似的是工程上經(jīng)常使用的 74系列的 245，它在結(jié)構(gòu)上與 8286是一樣的。這里說明兩點(diǎn)： (1) 系統(tǒng)總線的控制信號是 8086CPU直接產(chǎn)生的。 BHEBHE第 2章 微型計(jì)算機(jī)概述 在形成最大模式下雙向數(shù)據(jù)總線時，同樣使用了兩片雙向三態(tài)門 74LS245，而且 74LS245的允許信號和方向控制信號 DR是總線控制器 8288提供的 DT/和信號。 12?V等 )和多條地線。有關(guān) DMA傳送留待后面的章節(jié)再做說明。 早期的 PC機(jī)多選擇 8088CPU，并使 8088CPU工作在最大模式之下，在類似于上述總線的基礎(chǔ)上構(gòu)成微型機(jī)系統(tǒng)。 第 2章 微型計(jì)算機(jī)概述 在 8086(8088)CPU工作時， ALE信號的作用是什么？在一個總線周期里它在何時出現(xiàn)有效信號？ 當(dāng) 8086(8088)CPU工作在最小模式時，從內(nèi)存讀出一個數(shù)據(jù)字節(jié)要用到哪些控制信號？這些控制信號在哪段時間里有效？ 當(dāng) 8086(8088)CPU工作在最大模式時，三個狀態(tài)信號、可表示 CPU的哪些狀態(tài)？