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1、計 算 機 原 理 講 義2021/6/7 1 8086微 處 理 器第 二 章 8086微 處 理 器 計 算 機 原 理 講 義2021/6/7 2 指 令 執(zhí) 行 過 程 指 令 的 執(zhí) 行 過 程 取 指 令 指 令 譯 碼 指 令 執(zhí) 行 微 型 計 算 機 的 工 作 過程 ， 也 就 是 不 斷 地 取指 令 、 譯 碼 和 執(zhí) 行 的過 程 ， 直 到 遇 到 停 機指 令 時 才 結(jié) 束 機 器 的運 行 。 第 2.1節(jié) INTEL8086內(nèi) 部 結(jié) 構(gòu) 計 算 機 原 理 講 義2021/6/7 3 8086的 基 本 特 征 8086CPU是 1978年 推 出 ， 第

2、 一 代 超 大 規(guī) 模 集 成 電路 （ VLSI） 微 處 理 器 ， 采 用 NMOS工 藝 制 造 ， 內(nèi) 含2.9萬 晶 體 管 。 采 用 40引 腳 DIP封 裝 。 數(shù) 據(jù) 總 線 寬 度 16位 ， 地 址 總 線 寬 度 20位 ； 可 直 接 尋址 空 間 220 1M字 節(jié) 單 元 ； 16位 數(shù) 據(jù) 總 線 與 地 址 總線 復 用 。 采 用 單 一 的 +5V電 源 ， 一 相 時 鐘 ， 時 鐘 頻 率 為5MHz（ 8086） ， 10MHz（ 8086 1） ， 8MHz（ 8086 2） 。 133條 指 令 ， 指 令 長 度 1 6字 節(jié) ， 指 令

3、最 短 執(zhí) 行 時間 為 0.4us（ 平 均 0.5us） 。 計 算 機 原 理 講 義2021/6/7 4 8086微 處 理 器 內(nèi) 部 結(jié) 構(gòu) 8086微 處 理 器 內(nèi) 部 結(jié) 構(gòu) 8086微 處 理 器 內(nèi)部 分 為 執(zhí) 行 單 元 和 總線 接 口 單 元 兩 部 分 。 執(zhí) 行 單 元 (EUExecution Unit)： 負責 指 令 的 譯 碼 和 執(zhí) 行 總 線 接 口 單 元（ BIU Bus Interface Unit） ： 與 系 統(tǒng) 總 線 連接 ， 實 現(xiàn) 與 存 儲 器 、I/O口 之 間 的 數(shù) 據(jù) 傳 送 AH ALBH BLCH CLDH DLAX

4、BXCXDXSPBPSIDI FLAGALU 1 2 3 4 5 6暫 存 器CSDSSSES 總 線控 制邏 輯EU控制暫 存 器 指 令 隊 列(EU)執(zhí) 行 單 元 (BIU)總 線 接 口 單 元IP 計 算 機 原 理 講 義2021/6/7 5 總 線 接 口 單 元 BIU（ 一 ） 總 線 接 口 單 元 （ BIU） 4個 16位 段 地 址 寄 存 器 CS (Code Segment) 代 碼 段 寄 存 器 DS (Data Segment) 數(shù) 據(jù) 段 寄 存 器 SS (Stack Segment) 堆 棧 段 寄 存 器 ES (Extra Segment) 擴

5、展 段 寄 存 器 8086對 存 儲 器 采 用 分 段 管 理 ， 4個 段 寄 存 器 分 別 用于 存 放 4個 當 前 段 的 起 始 地 址 ， 又 稱 作 段 基 址 寄 存 器 。 16位 指 令 指 針 寄 存 器 IP (Instruction Pointer) IP始 終 指 向 當 前 代 碼 段 (CS)所 要 取 出 的 下 一 條 指 令的 地 址 。 每 取 出 一 個 字 節(jié) 指 令 后 ， IP自 動 加 1。 可 以 用轉(zhuǎn) 移 指 令 、 調(diào) 用 指 令 及 中 斷 和 復 位 等 改 變 IP值 。 計 算 機 原 理 講 義2021/6/7 6 總 線

6、 接 口 單 元 BIU 形 成 20位 物 理 地 址 的 加 法 器 段 地 址 左 移 4位 +段 內(nèi) 偏 移 量 20位 實 際 物 理 地 址 段 地 址 *16+段 內(nèi) 偏 移 量 20位 實 際 物 理 地 址例 ： CS的 內(nèi) 容 是 CFFFH， IP的 內(nèi) 容 是 1234H， 則 加 法 器 生 成 的 實 際 物 理 地 址 是 CFFF0+01234=D1224H 6個 字 節(jié) 的 指 令 隊 列 （ ISQ） 與 EU通 信 的 內(nèi) 部 寄 存 器 總 線 控 制 邏 輯 計 算 機 原 理 講 義2021/6/7 7 執(zhí) 行 單 元（ 二 ） 執(zhí) 行 單 元 （

7、EU） 16位 算 術(shù) 邏 輯 單 元 ALU 完 成 算 術(shù) 和 邏 輯 運 算 4個 16位 數(shù) 據(jù) 寄 存 器 AX、 BX、 CX、 DX， 又 可 以 分 為 8個 8位 寄 存 器 使 用 AH、 AL、 BH、 BL、 CH、 CL、 DH、 DL 數(shù) 據(jù) 寄 存 器 用 于 存 放 操 作 數(shù) 及 中 間 結(jié) 果 ,AX和 AL可用 作 累 加 操 作 ， 因 此 又 可 稱 作 累 加 器 。 4個 16位 地 址 指 針 寄 存 器 SP (Stack Pointer) 堆 棧 指 針 寄 存 器 BP (Base Pointer) 基 址 指 針 寄 存 器 SI (So

8、urce Index) 源 變 址 寄 存 器 DI (Destination Index) 目 的 變 址 寄 存 器 地 址 指 針 寄 存 器 用 于 存 放 操 作 數(shù) 的 地 址 ， 編 程 時 通 過 修改 寄 存 器 的 內(nèi) 容 達 到 修 改 地 址 的 目 的 。 計 算 機 原 理 講 義2021/6/7 8 寄 存 器 使 用 特 殊 說 明 寄 存 器 使 用 特 殊 說 明 ： SP 總 是 指 示 堆 棧 段 中 的 棧 頂 位 置 ， 專 門 用 于 數(shù) 據(jù) 進 棧 和 出 棧 的 位 置 指 示 ， 只 能 與 SS配 對 使 用 。 BP 指 示 堆 棧 段

9、中 一 個 數(shù) 據(jù) 區(qū) 的 基 址 位 置 ,通 常 與 SS配 對 使 用 。 SI 在 串 操 作 時 用 作 指 示 源 串 地 址 。 DI 在 串 操 作 時 用 作 指 示 目 標 串 地 址 。 * BX 既 可 用 作 數(shù) 據(jù) 寄 存 器 ， 也 可 用 作 基 址 指 針 寄 存 器 ， 此 時 通 常 與 DS配 對 使 用 。 SP、 BP、 SI、 DI既 可 指 示 地 址 ， 也 可 以 用 作 數(shù) 據(jù) 寄 存 器 ，存 放 操 作 數(shù) 及 中 間 結(jié) 果 。 計 算 機 原 理 講 義2021/6/7 9 執(zhí) 行 單 元 16位 數(shù) 據(jù) 暫 存 器 EU控 制 電

10、 路 16位 狀 態(tài) 標 志 寄 存 器 FLAG 6個 狀 態(tài) 標 志 ， 3個 控 制 標 志 IF、 DF、 TF， 剩 下 7位 保 留狀 態(tài) 標 志 ： CF 進 （ 借 ） 位 標 志 ， 若 運 算 結(jié) 果 最 高 位 產(chǎn) 生 進 位 或 借 位 則 CF置 “ 1” ， 否 則 置 “ 0” AF 輔 助 進 位 標 志 ， 若 低 字 節(jié) 的 第 4位 向 上 產(chǎn) 生 一 個 進 位 或 借 位 ， 則 AF置 “ 1” ， 否 則 置 “ 0”15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0OF DF IF TF SF ZF AF PF CF 計

11、算 機 原 理 講 義2021/6/7 10 標 志 寄 存 器 ZF 零 標 志 位 , 若 運 算 結(jié) 果 為 零 , 則 ZF置 “ 1” ,否 則 置 “ 0” SF 符 號 標 志 位 ， 若 算 數(shù) 運 算 的 結(jié) 果 為 負 ， SF置 “ 1” , 否 則 置 “ 0” OF 溢 出 標 志 位 ， 有 符 號 數(shù) 算 術(shù) 運 算 結(jié) 果 產(chǎn) 生 溢 出 ,OF 置 “ 1” ， 否 則 置 “ 0” PF 奇 偶 標 志 位 ， 邏 輯 運 算 中 低 8位 所 含 1的 個 數(shù) 為 偶 數(shù) 則 PF置 “ 1” ， 否 則 置 “ 0”控 制 標 志 ： DF 方 向 標

12、志 位DF=1 串 操 作 指 令 以 遞 減 順 序 處 理 數(shù) 據(jù) 串DF=0 串 操 作 指 令 以 遞 增 順 序 處 理 數(shù) 據(jù) 串 計 算 機 原 理 講 義2021/6/7 11 標 志 寄 存 器 IF 中 斷 允 許 標 志 IF=1 CPU允 許 接 收 外 部 可 屏 蔽 中 斷 請 求 ， 即 開 中 斷 IF=0 關(guān) 中 斷 TF 跟 蹤 標 志 位 TF=1 處 理 器 處 于 單 步 工 作 方 式 時 ， 每 執(zhí) 行 完 一 條 指 令 產(chǎn) 生 一 個 軟 件 中 斷 TF=0 正 常 工 作 狀 態(tài) 標 志 寄 存 器 舉 例 ： 0101 0100 0011

13、 1001 + 0100 0101 0110 1010 1001 1001 1010 0011 運 算 后 CF=0 PF=1 OF=1 OF=Cs Cp=1 AF=1 ZF=0 SF=1 計 算 機 原 理 講 義2021/6/7 12 BIU和 EU的 功 能（ 三 ） 總 線 接 口 部 件 （ BIU） 和 執(zhí) 行 部 件 （ EU） 的 功 能 指 令 隊 列 中 出 現(xiàn) 兩 個 字 節(jié) 為 空 時 自 動 按 CS值 和 IP值 組 成 20位 實 際物 理 地 址 到 存 儲 器 中 取 指 令 ， 一 次 取 兩 個 字 節(jié) 指 令 存 放 到 指 令 隊列 中 EU從 BIU

14、指 令 隊 列 中 讀 取 指 令 由 EU控 制 電 路 對 指 令 進 行 譯 碼 分 析 ， 指 出 操 作 性 質(zhì) 及 操 作 對 象 EU執(zhí) 行 指 令 ， 如 果 執(zhí) 行 指 令 時 必 需 訪 問 存 儲 器 或 者 I/O端 口 ， 則 在EU中 計 算 出 操 作 數(shù) 的 16位 地 址 偏 移 量 送 給 BIU， 由 BIU的 形 成 20位 絕 對 地 址 BIU根 據(jù) EU請 求 ， 將 操 作 數(shù) 的 20位 物 理 地 址 傳 遞 給 存 儲 器 BIU取 來 操 作 數(shù) 經(jīng) 總 線 控 制 邏 輯 傳 送 到 內(nèi) 部 EU數(shù) 據(jù) 總 線 EU將 取 來 的 操

15、作 數(shù) 從 內(nèi) 部 總 線 送 入 ALU， 進 行 指 令 指 定 的 操 作 1. EU運 算 出 的 結(jié) 果 ， 經(jīng) 內(nèi) 部 總 線 送 到 指 定 的 位 置 ， 若 需 要 傳 送 給 存儲 器 ， 則 由 EU請 求 BIU產(chǎn) 生 20位 實 際 目 標 地 址 ， 將 結(jié) 果 寫 入 存 儲 器 計 算 機 原 理 講 義2021/6/7 13 存 儲 器 和 I/O管 理（ 四 ） 存 儲 器 和 I/O管 理 Intel 8086為 標 準 的 16位 微 處 理 器 ， 20根 地 址 總 線 管 理 1MB的 存 儲 空 間 ， 用 低 16根 地 址 總 線 來 管 理

16、 64K的 I/O端 口 地 址 。1. 存 儲 器 的 分 段 管 理 ， 由 于 8086內(nèi) 部 寄 存 器 和 ALU均 是 16位 ， 為 了方 便 20位 地 址 管 理 ， 在 8086對 存 儲 器 的 管 理 設(shè) 計 中 ， 采 用 了 分 段 管理 技 術(shù) 。 分 段 管 理 技 術(shù) 8086把 1MB的 存 儲 器 按 照 使 用 需 要 分成 若 干 段 ， 每 段 的 大 小 不 超 過 64K(216)，把 每 段 起 始 位 置 的 20位 實 際 物 理 地 址 中 的 高 16位 稱 為 段 地 址 (段 基 址 )， 每 段 中某 個 存 儲 單 元 距 段

17、起 始 位 置 的 偏 移 量 稱為 偏 移 地 址 。 段 地 址 和 偏 移 地 址 合 稱 為邏 輯 地 址 。 數(shù) 據(jù) 段 段 基 址 (DS)數(shù) 據(jù) 段 內(nèi) 偏 移 地 址擴 展 段 段 基 址(ES)堆 棧 段 段 基 址 (SS)代 碼 段 段 基 址 (CS)每 段 地址 空 間最 大 64K 數(shù) 據(jù) 段擴 展 段堆 棧 段代 碼 段 計 算 機 原 理 講 義2021/6/7 14 邏 輯 地 址 與 物 理 地 址 邏 輯 地 址 與 實 際 物 理 地 址 對 存 儲 器 中 任 一 位 置 的 訪 問 都 是 在 該 位 置 所 屬 段 的 段 基 址 下 進 行 的

18、： 邏 輯 地 址 形 式 為 段 基 址 ： 段 內(nèi) 偏 移 (物 理 地 址 )20 = (段 基 址 )*16 + (段 內(nèi) 偏 移 ) (物 理 地 址 )20 = 段 基 址 左 移 4位 + 段 內(nèi) 偏 移 同 一 個 實 際 物 理 地 址 可 以 采 取 不 同 的 邏 輯 地 址 形 式 表 示 ， 即 不 同 段 可 以 相 互 重 疊 或 重 合 ，但 段 內(nèi) 地 址 連 續(xù) 。 例 1.設(shè) (CS)=4232H ,(IP)=66H 計 算 機 原 理 講 義2021/6/7 15 I/O端 口 地 址 管 理 I/O端 口 地 址 管 理 計 算 機 “ 端 口 ” 是

19、 英 文 port的 義 譯 ， 可 以 認 為 是 計 算 機 與外 界 通 訊 交 流 的 出 口 。 其 中 硬 件 領(lǐng) 域 的 端 口 又 稱 接 口 。 8086對 I/O端 口 操 作 ， 需 要 專 門 的 IN、 OUT指 令 ， 并 且 只 能通 過 累 加 器 （ AX/AL） 來 完 成 。 8086CPU的 I/O端 口 尋 址 采 用 16位 地 址 線 ,用 16位 數(shù) 據(jù) 線 傳送 數(shù) 據(jù) ,尋 址 64KB地 址 空 間 . 8086CPU的 I/O端 口 的 地 址 范 圍 是 0000 0FFFFH 計 算 機 原 理 講 義2021/6/7 16 段 超

20、越（ 五 ） 段 超 越 段 寄 存 器 (CS、 DS、 ES、 SS)與 地 址 指 針 寄 存 器 (SP、 BP、SI、 DI)默 認 是 隱 含 配 對 使 用 ， 但 也 允 許 段 超 越 。 存 儲 器 操 作 類 型 隱 含 段 超 越 段 偏 移 量 取 指 令 CS 無 IP 堆 棧 SS 無 SP 數(shù) 據(jù) 變 量 DS CS,ES,SS 有 效 地 址 源 串 變 量 DS CS,ES,SS SI 目 的 串 變 量 ES 無 DI 基 址 BP指 針 SS CS,ES,DS 有 效 地 址 計 算 機 原 理 講 義2021/6/7 17 8086引 腳 信 號 和

21、工 作 模 式第 2.2節(jié) 8086引 腳 信 號 和 工 作 模 式 8086引 腳 信 號 和 功 能 20根 AB/16根 DB分 時 復 用 ； 先 傳 地 址 ， 后 傳 數(shù) 據(jù) 兩 種 工 作 模 式 ， 由 引 腳 決 定 最 小 模 式 ： 系 統(tǒng) 中 只 有 一 個 處 理 器 ； 為 高 電 平 最 大 模 式 ： 系 統(tǒng) 中 包 括 兩 個 或 多 個 處 理 器 ； 為 低 電 平不 同 模 式 下 ， 部 分 引 腳 定 義 不 同MN/MX MN/MX MN/MX 計 算 機 原 理 講 義2021/6/7 18 8086引 腳 圖（ 一 ） 8086引 腳 圖 8

22、086 CPU為 40引 腳 雙 列 直 插 （ DIP)封 裝 計 算 機 原 理 講 義2021/6/7 19 8086引 腳 分 類 圖 VCC GND AD0AD15 BHE/S7ALE(QS0)INTA(QS1)INTR NMI A16/S3A19/S6(S2)M/IORD(LOCK)WR(S0)DEN(S1)DT/R(RQ0)HOLD (RQ1)HLDAREADYRESET MN/MXCLKTEST 8086 系統(tǒng)控制 總 線控 制 CPU 控 制 總線信號 中斷控制 計 算 機 原 理 講 義2021/6/7 20 最 小 模 式 引 腳 信 號（ 二 ） 最 小 模 式 下 引

23、 腳 信 號 和 功 能 AD0 AD15: 地 址 數(shù) 據(jù) 復 用 總 線 雙 向 ， 三 態(tài) ， 高 電 平 有 效 。 分 時 傳 送 16位 數(shù) 據(jù) 和 地址 的 低 16位 。 由 ALE鎖 存 地 址 信 息 。 A16/S3 A19/S6: 地 址 狀 態(tài) 復 用 引 腳 輸 出 ， 三 態(tài) ， 高 電 平 有 效 。 分 時 輸 出 地 址 的 高 4位或 CPU當 前 狀 態(tài) 。 地 址 信 息 由 ALE鎖 存 。 BHE/S7: 高 8位 數(shù) 據(jù) 總 線 允 許 /狀 態(tài) 復 用 引 腳 輸 出 ， 三 態(tài) ， 低 電 平 有 效 。 BHE為 低 電 平 表 示 高 8

24、位數(shù) 據(jù) 線 D15 D8上 數(shù) 據(jù) 有 效 ， BHE由 ALE鎖 存 。 BHE和 A0可 用 于 分 別 選 中 奇 偶 地 址 ,并 控 制 讀 /寫 一 個 字 或 者 字 節(jié) 。 計 算 機 原 理 講 義2021/6/7 21 引 腳 信 號 和 功 能 ALE: 地 址 鎖 存 允 許 信 號 輸 出 、 高 電 平 有 效 。 表 示 總 線 上 的 信 息 是 地 址 信 息 。 M/IO: 存 儲 器 /輸 入 輸 出 口 控 制 信 號 輸 出 ， 三 態(tài) 。 高 電 平 表 示 當 前 的 信 息 是 存 儲 器 地 址 信息 ； 低 電 平 表 示 當 前 的 信

25、息 是 I/O口 地 址 信 息 。 RD: 讀 信 號 輸 出 ， 三 態(tài) ， 低 電 平 有 效 。 表 示 CPU正 在 從 存 儲 器 或I/O口 讀 入 信 息 。 WR: 寫 信 號 輸 出 ， 三 態(tài) ， 低 電 平 有 效 。 表 示 CPU正 向 存 儲 器 或 I/O 口 輸 出 數(shù) 據(jù) 。 計 算 機 原 理 講 義2021/6/7 22 引 腳 信 號 和 功 能 DT/R: 數(shù) 據(jù) 收 發(fā) 信 號 輸 出 ， 三 態(tài) ， 高 電 平 表 示 CPU正 在 發(fā) 送 數(shù) 據(jù) ； 低 電 平 表示 CPU接 收 數(shù) 據(jù) DEN: 數(shù) 據(jù) 允 許 信 號 輸 出 ， 三 態(tài)

26、， 低 電 平 有 效 。 表 示 CPU正 在 進 行 數(shù) 據(jù) 收 發(fā)操 作 INTR: 可 屏 蔽 中 斷 請 求 信 號 輸 入 ， 高 電 平 有 效 。 表 示 外 部 向 CPU提 出 中 斷 申 請 。 INTA: 中 斷 響 應(yīng) 信 號 輸 出 ， 低 電 平 有 效 。 表 示 外 設(shè) 的 中 斷 申 請 得 到 響 應(yīng) 。 NMI: 非 屏 蔽 中 斷 申 請 信 號 輸 入 ， 上 升 沿 有 效 。 表 示 外 部 有 非 屏 蔽 中 斷 申 請 。 非屏 蔽 中 斷 不 受 軟 件 控 制 ， CPU必 須 響 應(yīng) 。 計 算 機 原 理 講 義2021/6/7 23

27、 引 腳 信 號 和 功 能 HOLD: 總 線 保 持 請 求 信 號 輸 入 ， 高 電 平 有 效 。 表 示 其 他 模 塊 （ 如 DMAC)申 請 占 用 總 線 HLDA: 總 線 保 持 響 應(yīng) 信 號 輸 出 ， 高 電 平 有 效 。 表 示 CPU已 讓 出 總 線 。 READY： 準 備 好 信 號 輸 入 ， 高 電 平 有 效 。 高 電 平 表 示 存 儲 器 或 I/O口 已 準 備 好 接收 數(shù) 據(jù) ， 外 部 使 READY為 低 電 平 CPU要 插 入 等 待 周 期 。 TEST: 測 試 信 號 輸 入 ， 低 電 平 有 效 。 有 效 時 CP

28、U退 出 WAIT指 令 。 計 算 機 原 理 講 義2021/6/7 24 引 腳 信 號 和 功 能 RESET: 復 位 信 號 輸 入 ， 高 電 平 有 效 ， 至 少 保 持 4個 時 鐘 周 期 的 高 電 平 。復 位 時 CPU停 止 現(xiàn) 行 操 作 ， 并 開 始 進 行 初 始 化 ： 標 志 寄 存 器 FLAG， IP,DS,SS,ES及 指 令 隊 列 均 清 零 ； CS設(shè) 置 為 FFFFH， 復 位 結(jié) 束 時 CPU從 FFFF0H開 始 執(zhí) 行 程 序 CLK: 時 鐘 信 號 8086 4.77MHZ T=210ns； 單 相 ， 占 空 比 為 1/

29、3。 VCC,GND: 電 源 及 地 單 +5V， 滿 足 TTL規(guī) 范 計 算 機 原 理 講 義2021/6/7 25 最 大 模 式 引 腳 信 號（ 三 ） 最 大 模 式 下 引 腳 信號 和 功 能 最 大 模 式 下 8086有 8個 控 制 信 號 被 重 新 定 義 ，此 時 系 統(tǒng) 中 可 接 入 協(xié) 處 理器 8087或 8089。 S2,S1,S0:總 線 周 期 狀態(tài) 信 號 輸 出 ， 三 個 信 號 組 合產(chǎn) 生 系 統(tǒng) 控 制 信 號 ， 由 總線 控 制 器 8288譯 碼 。 S2 S1 S0 操 作 過 程 0 0 0 發(fā) 中 斷 響 應(yīng) 信 號 0 0

30、 1 讀 I/O端 口 0 1 0 寫 I/O端 口 0 1 1 暫 停 1 0 0 取 指 令 1 0 1 讀 內(nèi) 存 1 1 0 寫 內(nèi) 存 1 1 1 無 源 狀 態(tài) （ 過 渡 狀 態(tài) ） 計 算 機 原 理 講 義2021/6/7 26 最 大 模 式 引 腳 信 號 LOCK： 總 線 封 鎖 信 號 三 態(tài) ， 輸 出 ， 低 電 平 有 效 。 有 效 時 禁 止 其 他 部 件 占 用總 線 。 RQ0/GT0,RQ1/GT1:總 線 請 求 /允 許 信 號 雙 向 ， 低 電 平 有 效 。 有 兩 個 總 線 請 求 與 總 線 響 應(yīng) 信 號 ，支 持 多 處 理 器

31、 工 作 。 QS1,QS0:指 令 隊 列 狀 態(tài) 信 號 輸 出 ， 兩 個 信 號 組 合 指 示 指 令 隊 列 狀 態(tài) 。 計 算 機 原 理 講 義2021/6/7 27 最 小 和 最 大 模 式 引 腳 對 比 最 小 和 最 大 模 式 下 不 同 定 義 引 腳 對 比 最 小 模 式 最 大 模 式 HOLD RQ0/GT0 HLDA RQ1/GT1 WR LOCK M/IO S2 DT/R S1 DEN S0 ALE QS0 INTA QS1 計 算 機 原 理 講 義2021/6/7 28 8086與 8088的 區(qū) 別 8086與 8088在 引 腳 上 的 區(qū) 別

32、 8086微 處 理 器 8088微 處 理 器 16位 AB復 用 8位 AB復 用 BHE高 八 位 數(shù) 據(jù) 允 許 SS0/高 電 平 M/IO引 腳 選 擇 存 儲 器 /IO口 M/IO引 腳 選 擇 存 儲 器 /IO口 計 算 機 原 理 講 義2021/6/7 29 最 小 模 式 下 系 統(tǒng) 總 線 連 接 系 統(tǒng) 總 線（ 一 ） 最 小 模 式 下系 統(tǒng) 總 線 最 小 模 式 下的 系 統(tǒng) 總 線連 接 M/IORDWRINTR INTANMIHOLDHLDA READY A19A16ALE AD15AD0DT/R DENM/IORDWR INTRINTANMIHOLD

33、 HLDAREADY BHE A19A16BHE A15A0 D15D0 STBSTB DIROE OE OE HLDAHLDA82828282(2) 8286 地址總線 數(shù) 據(jù)總 線 控制總線 +5 MN/MX (2) MEMRMEMWIOR IOW M/IORDWR 存 儲 器 讀 命 令存 儲 器 寫 命 令I(lǐng)/O讀 命 令 I/O寫 命 令 計 算 機 原 理 講 義2021/6/7 30 Intel 8282 和 Intel 8286 最 小 模 式 系 統(tǒng) 總 線 連 接 說 明 Intel 8282 把 AD復 用 引 腳 連 接 到 地 址 總 線 上 的 8位 地 址 鎖 存

34、 器 。 在 最 小 系 統(tǒng) 中 ， 由 3片 8282（ 低 電 平 鎖 存 ， 功 能 同 74LS373） 鎖 存 地 址 A0 A19和 BHE。 ALE為 鎖 存 信 號 。 Intel 8286 把 AD復 用 引 腳 連 接 到 數(shù) 據(jù) 總 線 上 的 8位 數(shù) 據(jù) 緩 沖 器 。 在最 小 系 統(tǒng) 中 ， 由 2片 8286（ 雙 向 緩 沖 器 ， 功 能 同 74LS245）做 數(shù) 據(jù) 總 線 D15 D0的 緩 沖 器 ， DT/R做 方 向 選 擇 ， DEN為 選通 信 號 。 計 算 機 原 理 講 義2021/6/7 31 讀 /寫 控 制 控 制 信 號 M/I

35、O、 RD和 WR完成 信 息 傳 遞 控 制 。 組 合 起來 完 成 右 面 的 控 制 。 有 時 也 作 以 下 處 理 向I/O口輸I:WRIO 從I/O口輸I:RDIO 寫存儲存儲器:WRM 讀存儲器單元:RDM MEMRMEMW IORIOW M/IORDWR 存 儲 器 讀 命 令存 儲 器 寫 命 令 I/O讀 命 令I(lǐng)/O寫 命 令 計 算 機 原 理 講 義2021/6/7 32 中 斷 申 請 和 總 線 保 持 信 號 中 斷 控 制 信 號 INTR、 INTA、 NMI INTR: 外 部 可 屏 蔽 中 斷 請 求 引 腳 ， 高 電 平 有 效 INTA: 中

36、 斷 響 應(yīng) 信 號 ， 低 電 平 有 效 NMI: 不 可 屏 蔽 中 斷 請 求 引 腳 ， 上 升 沿 有 效 總 線 控 制 信 號 HOLD、 HLDA HOLD： 總 線 保 持 請 求 引 腳 ,高 電 平 有 效 HLDA： 總 線 保 持 響 應(yīng) 引 腳 ， 高 電 平 有 效 HLDA控 制 8282的 OE， 當 CPU總 線 保 持 響 應(yīng) 時 讓 出 總 線 計 算 機 原 理 講 義2021/6/7 33 最 大 模 式 下 系 統(tǒng) 總 線 連 接（ 二 ） 最 大 模 式 下系 統(tǒng) 總 線1. 最 大 模 式 下 系統(tǒng) 總 線 的 連 接 ALEBHE A19

37、A16BHEA15 A0STBSTBDIR OEOEOE82828282(2)8286 地址總線數(shù) 據(jù)總 線(2)DT/R DENMRDCMWTCIORCIOWCINTA INTAMEMRMEMWIORIOWS0S1S2 S0S1S28288INTRNMIINTRNMI8086 AEN_8237AEN_8237A19 A16 D15D0MN/MXA15 A0 計 算 機 原 理 講 義2021/6/7 34 總 線 控 制 器 8288 總 線 控 制 器 8288 8288根 據(jù) 8086 CPU在最 大 模 式 的 狀 態(tài) 信 號 S2、S1、 S0建 立 控 制 時 序 。 S2 S1

38、S0 8086總 線 周 期 8288命 令 輸 出 0 0 0 中 斷 響 應(yīng) INTA 0 0 1 讀 I/O口 IORC 0 1 0 寫 I/O口 IOWC,AIOWC 0 1 1 暫 停 1 0 0 取 指 令 代 碼 MRDC 1 0 1 讀 存 儲 器 MRDC 1 1 0 寫 存 儲 器 MWTC,AMWC 1 1 1 過 渡 狀 態(tài) 12345 678910 111213141516171819 20IOBCLKDT/RALE AENMRDCAMWCMWTCS1 GND IOWCAIOWCIORCINTA CENAENMCE/PDENS2S0 VCC82888288引 腳 圖

39、計 算 機 原 理 講 義2021/6/7 35 8288內(nèi) 部 功 能 框 圖 8288內(nèi) 部 功 能 框 圖 8288共 有 2組 輸 入 信 號 和 2組 輸 出 信 號 。 S0S1S2 CLKAENCENIOB MRDCMWTCAMWCIORC IOWCAIOWCINTA DT/RDENMCE/PDENALE 狀 態(tài)譯 碼器 邏 輯控 制 命 令信 號發(fā) 生器 控 制信 號發(fā) 生器 8288內(nèi) 部 框 圖 計 算 機 原 理 講 義2021/6/7 36 8288引 腳 信 號 8288引 腳 信 號 說 明 狀 態(tài) 輸 入 信 號 ： S2、 S1、 S0用 于 接 收 CPU的

40、狀 態(tài) 信 息 。 控 制 輸 入 信 號 ： CLK： 系 統(tǒng) 時 鐘 輸 入 引 腳 ， 使 得 8288與 CPU及 整 個 系 統(tǒng) 同 步 。 AEN： 芯 片 工 作 允 許 ， 低 電 平 有 效 。 多 處 理 器 系 統(tǒng) 中 由 總 線 仲 裁 器 控 制 8288工 作 。 單 處 理 器 中 ， AEN直 接 接 地 。 CEN： 片 選 信 號 ， CEN為 高 電 平 允 許 8288工 作 ， 否 則 禁 止 工 作 。 IOB： 工 作 方 式 選 擇 ， IOB接 地 ， 8288為 單 處 理 器 工 作 方 式 ； IOB接 +5V為 多 處 理 器 工 作

41、方 式 。 計 算 機 原 理 講 義2021/6/7 37 8288引 腳 信 號 控 制 輸 出 信 號 ALE、 DT/R、 DEN 與 最 小 模 式 下 信 號 相 同 ， 僅 DEN極 性 相 反 ， 用 于 鎖存 地 址 和 數(shù) 據(jù) 總 線 緩 沖 。 MCE/PDEN 總 線 主 模 塊 允 許 /外 設(shè) 數(shù) 據(jù) 允 許 單 處 理 器 工 作 時 為 MCE， 用 于 控 制 主 從 方 式 時 工 作 芯片 間 的 協(xié) 調(diào) 工 作 。 多 處 理 器 系 統(tǒng) 中 為 PDEN， 作 數(shù) 據(jù) 總 線 收 發(fā) 器 的 開 啟信 號 。 計 算 機 原 理 講 義2021/6/7

42、 38 8288引 腳 信 號 輸 出 命 令 信 號 MRDC 讀 存 儲 器 此 信 號 用 來 通 知 存 儲 器 將 所 尋 址 的 存 儲 器 單 元 中 的 數(shù)據(jù) 送 到 數(shù) 據(jù) 總 線 上 。 MWTC 寫 存 儲 器 此 信 號 用 來 通 知 存 儲 器 接 收 數(shù) 據(jù) 總 線 上 的 數(shù) 據(jù) ， 并 將數(shù) 據(jù) 寫 入 所 尋 址 的 單 元 中 。 IORC 讀 I/O口 此 信 號 用 來 通 知 I/O接 口 將 所 尋 址 的 端 口 中 的 數(shù) 據(jù) 送到 數(shù) 據(jù) 總 線 。 計 算 機 原 理 講 義2021/6/7 39 8288引 腳 信 號 IOWC 寫 I/

43、O 此 信 號 用 來 通 知 I/O接 口 接 收 數(shù) 據(jù) 總 線 上 的 數(shù) 據(jù) ， 并 將數(shù) 據(jù) 送 到 所 尋 址 的 端 口 中 。 AMWC 提 前 寫 存 儲 器 命 令 功 能 與 MWTC完 全 一 樣 ， 只 是 比 MWTC命 令 提 前 一 個 時 鐘 周期 發(fā) 出 。 AIOWC 提 前 寫 I/O口 命 令 功 能 與 IOWC完 全 一 樣 ， 只 是 比 IOWC命 令 提 前 一 個 時 鐘 周期 發(fā) 出 。 AMWC和 AIOWC命 令 是 為 了 讓 一 些 較 慢 的 設(shè) 備 或 存 儲 器 能夠 得 到 一 個 額 外 的 時 鐘 周 期 去 執(zhí) 行

44、寫 入 操 作 。 INTA 可 屏 蔽 中 斷 響 應(yīng) 信 號與 最 小 模 式 下 含 義 相 同 計 算 機 原 理 講 義2021/6/7 40 最 大 模 式 下 連 接 說 明 最 大 模 式 下 系 統(tǒng) 總 線 連 接 說 明 8086的 S0,S1,S2連 接 8288， 由 8288譯 碼 產(chǎn) 生 總 線 控 制MEMR: 存 儲 器 讀 信 號MEMW: 存 儲 器 寫 信 號IOR: I/O讀 信 號IOW: I/O寫 信 號INTA: 中 斷 響 應(yīng) 信 號 由 8288產(chǎn) 生 ALE信 號 ， 鎖 存 地 址 A19 A0和 BHE信 號 由 8288產(chǎn) 生 的 DT

45、/R控 制 緩 沖 器 8286的 數(shù) 據(jù) 傳 輸 方 向 ，由 DEN和 INTA任 一 有 效 打 開 三 態(tài) 門 。 INTR和 NMI與 小 模 式 相 同 計 算 機 原 理 講 義2021/6/7 41 最 大 模 式 下 連 接 說 明 8288的 AEN和 IOB接 地 ， CEN接 +5V 三 片 8282的 OE端 ： 在 有 DMA芯 片 （ 8237） 的 系 統(tǒng) 中 ， 接 AEN_8237， DMA占用 總 線 時 ， 在 AEN_8237上 輸 出 高 電 平 ， 禁 止 CPU占 用 AB 在 沒 有 DMA芯 片 的 系 統(tǒng) 中 直 接 接 地 ， 最 小 模

46、 式 下 的 HOLD和 HLDA信 號 在 最 大 模 式 下 變 成 了RQ0/GT0、 RQ1/GT1。 計 算 機 原 理 講 義2021/6/7 42 最 大 模 式 下 連 接 說 明 8086和 8088在 工 作 電 路 上 的 區(qū) 別 最 小 模 式M/IO和 M/IO不 同 ， 前 者 為 8086的 信 號 ， 后 者 為 8088的信 號 。BHE引 腳 為 狀 態(tài) 引 腳 SS0；8286用 一 片 即 可 最 大 模 式 BHE不 用 ， 接 為 高 電 平8286用 一 片 即 可 計 算 機 原 理 講 義2021/6/7 43 Intel 8284第 2.3節(jié)

47、 8086操 作 時 序 Intel 8284及 系 統(tǒng) 時 鐘 電 路（ 一 ） 時 鐘 發(fā) 生 器 Intel 8284 Intel 8284引 腳 圖 8086/8088內(nèi) 部 無 時 鐘 發(fā) 生 器 ， 所 使 用 時 鐘 由 8284提 供 計 算 機 原 理 講 義2021/6/7 44 8284內(nèi) 部 邏 輯 圖 8284內(nèi) 部 邏 輯 圖F/C DC Q CD Q1/3 1/2時 鐘震 蕩 器RESX1X2EFICSYNCRDY1AEN1RDY2AEN2ASYNC RESETOSCPCLKCLKREADYCD Q 計 算 機 原 理 講 義2021/6/7 45 8284引 腳

48、 功 能 8284引 腳 及 功 能 時 鐘 信 號 X1、 X2： 內(nèi) 部 震 蕩 器 ， 外 接 晶 體 即 可 震 蕩 。 EFI： 外 部 時 鐘 輸 入 端 F/C： 時 鐘 選 擇 端 ， 高 電 平 選 擇 外 時 鐘 ， 低 電 平 選 擇 內(nèi) 時 鐘 OSC： 內(nèi) 部 時 鐘 同 頻 信 號 。 PCLK： 輸 入 時 鐘 6分 頻 信 號 ， 占 空 比 1/2 CLK： 輸 入 時 鐘 3分 頻 信 號 ， 占 空 比 為 1/3。 為 8086 提 供 時 鐘 CSYNC： 外 部 時 鐘 同 頻 信 號 。 使 用 內(nèi) 部 時 鐘 時 ， CSYNC接 地 ； 若 C

49、SYNC為 高 電 平 ， 則 8284內(nèi) 部 邏 輯 停 止 輸 出 。 計 算 機 原 理 講 義2021/6/7 46 8284引 腳 功 能 8284所 產(chǎn) 生 的 信 號 有 三 個 ： OSC、 CLK、 PCLK。 在 多 CPU系 統(tǒng) 中 ， 需 要 使 所 有 的 時 鐘 同 步 ， 因 此 設(shè) 置 了 CSYNC 復 位 邏 輯 輸 入 RES經(jīng) 斯 密 特 觸 發(fā) 器 整 形 后 ， 由 系 統(tǒng) 時 鐘 同 步 產(chǎn) 生RESET信 號 ,給 計 算 機 系 統(tǒng) 復 位 。 準 備 好 控 制 邏 輯 (輸 出 READY信 號 ) 準 備 好 控 制 電 路 有 兩 組

50、控 制 信 號 RDY1.AEN1和 RDY2.AEN2,由 ASYNC控 制 是 否 多 插 入 一 個 時 鐘 周 期 。 ASYNC為 低 電 平 時 ，則 多 插 入 一 個 時 鐘 周 期 。 RDY1、 RDY2： 外 設(shè) 準 備 好 輸 入 信 號 AEN1、 AEN2： 允 許 外 設(shè) 工 作 信 號 ASYNC： 同 步 級 數(shù) 選 擇 信 號 計 算 機 原 理 講 義2021/6/7 47 8086時 鐘 電 路（ 二 ） 8086時 鐘 電 路電 路 說 明 ： 時 鐘 使 用 8284片 內(nèi) 震 蕩 器 ， 晶 振 為 14.31818MHZ。 8086 CPU時 鐘

51、 為 4.77MHZ。 OSC和 PCLK供 系 統(tǒng) 其 他 部 件 使 用51051014.31818MHZ RESETREADYCLK輸 出 到 系 統(tǒng) 其 他 部 件PWRGOODDMAWAITRDY/WAIT+5V RESRDY1AEN1F/CASYNCRDY2AEN2OSC PCLKX2X1CLKREADYRESET8284 8086 計 算 機 原 理 講 義2021/6/7 48 8086時 鐘 電 路 電 源 正 常 工 作 后 給 出 PWRGOOD信 號 ， 使 系 統(tǒng) 復 位 。 若 電源 無 此 信 號 ， 則 可 使 用 阻 容 復 位 電 路 。 CPU的 READ

52、Y信 號 由 8284給 出 ， 提 供 一 個 周 期 的 延 時 。DMAWAIT和 RDY/WAIT由 接 口 和 存 儲 器 讀 寫 邏 輯 產(chǎn) 生 。+5V RES 計 算 機 原 理 講 義2021/6/7 49 微 機 啟 動 過 程（ 三 ） 微 機 啟 動 過 程 微 處 理 器 接 收 到 （ 連 續(xù) 4個 T） RESET信 號 ， 進 行 復 位 ， 開 始 執(zhí) 行 初始 化 ， CS置 0FFFFH， IP置 為 0， ISQ清 空 ， 其 余 寄 存 器 為 0； 從 存 儲 器 FFFFH： 0000H取 第 一 條 指 令 ， 一 般 在 此 處 放 一 條 跳

53、 轉(zhuǎn) 指令 ， 例 如 JMP F000H： E05BH， 跳 轉(zhuǎn) 到 系 統(tǒng) 復 位 程 序 開 始 的 位 置 ； 判 斷 0040H： 0072H處 的 數(shù) 據(jù) 是 否 是 1234H， 如 果 是 ， 則 不 進 行 硬件 自 檢 ， 否 則 進 行 硬 件 自 檢 ； 從 磁 盤 的 0面 0道 1扇 區(qū) 裝 入 引 導 程 序 ， 裝 到 0000H:7C00H， 執(zhí) 行 引導 操 作 ； 按 引 導 程 序 的 指 令 ， 順 序 裝 入 其 他 程 序 模 塊 ， 完 成 操 作 系 統(tǒng) 的 引導 操 作 ； 注 ： 在 3、 4步 之 間 微 機 還 會 檢 查 在 C000

54、0H開 始 的 擴 展 ROM空 間 中 是 否 有 程 序 ，如 果 有 ， 并 且 校 驗 正 確 ， 則 先 執(zhí) 行 這 些 程 序 計 算 機 原 理 講 義2021/6/7 50 時 鐘 周 期 8086的 操 作 和 時 序（ 一 ） 時 鐘 周 期 、 總 線 周 期 和 指 令 周 期 計 算 機 是 在 時 鐘 脈 沖 CLK統(tǒng) 一 控 制 下 一 個 節(jié) 拍 一 個 節(jié)拍 地 工 作 。 時 鐘 周 期 T（ T狀 態(tài) ） 時 鐘 脈 沖 的 一 個 循 環(huán) 時 間 叫 做 一 個 時 鐘 周 期 。 每 個時 鐘 周 期 T又 稱 為 一 個 “ 狀 態(tài) ” 。 它 是

55、CPU工 作 的 最 小 時間 單 位 ， 所 有 操 作 都 以 這 個 時 鐘 周 期 為 基 準 ， 是 計 算 機系 統(tǒng) 工 作 速 度 的 重 要 標 志 。8086 CPU的 F=4.77M， T=210ns 計 算 機 原 理 講 義2021/6/7 51 總 線 周 期 總 線 周 期 CPU從 存 儲 器 或 I/O端 口 存 取 一 個 字 或 字 節(jié) 的 時 間 稱 為總 線 周 期 。 8086的 總 線 周 期 分 為 ： 存 儲 器 讀 寫 周 期 I/O端 口 讀 寫 周 期 中 斷 響 應(yīng) 周 期 每 種 類 型 對 應(yīng) 相 應(yīng) 的 總 線 操 作 。 一 個

56、基 本 的 總 線 周 期 由 4個 T狀 態(tài) 組 成 ： T1， T2， T3，T4， 但 有 時 也 會 插 入 Tw、 Ti狀 態(tài) . Tw： 等 待 時 鐘 周 期 ， 在 總 線 周 期 的 T3和 T4之 間 插 入 ，總 線 處 于 等 待 狀 態(tài) 計 算 機 原 理 講 義2021/6/7 52 指 令 周 期 Ti： 空 閑 時 鐘 周 期 ， 在 兩 個 總 線 周 期 之 間 插 入 ， 總 線處 于 空 閑 狀 態(tài) ， 即 高 阻 狀 態(tài) 。 指 令 周 期 執(zhí) 行 一 條 指 令 所 需 要 的 時 間 稱 為 指 令 周 期 。 8086指 令 周 期 最 短 為

57、2個 時 鐘 周 期 ， 最 長 為 200個 時 鐘 周 期 。T1 T2 Tw T4 Ti Ti T1總 線 周 期 空 閑周 期T3 計 算 機 原 理 講 義2021/6/7 53 存 儲 器 讀 周 期（ 二 ） 總 線 操 作 時 序 最 小 模 式 下 存 儲 器 讀 周 期 時 序 圖 T1 T2 T3 T4 T1CLKM/IOBHEADALERD DT/RDENREADY 地 址 狀 態(tài)地 址 數(shù) 據(jù)150A1916 S3S6存 儲 器 讀 周 期 時 序 計 算 機 原 理 講 義2021/6/7 54 存 儲 器 讀 周 期 存 儲 器 讀 周 期 時 序 說 明 T1開

58、 始 使 M/IO,DT/R有 效 ， 輸 出 地 址 信 號 A19 A16、A15 A0和 BHE信 號 ， ALE有 效 (高 電 平 )。 T1上 升 沿 ， ALE無 效 ， 變 為 低 電 平 ,鎖 存 地 址 和 BHE。 T1下 降 沿 （ T2開 始 ） 輸 出 狀 態(tài) S3 S6， AD15 AD0浮 空 ，BHE無 效 ， 輸 出 S7。 RD和 DEN信 號 有 效 ， 打 開 三 態(tài) 門 讀 取數(shù) 據(jù) 。 T3上 升 沿 檢 測 READY信 號 ， 若 READY為 高 電 平 ， 則 下 一 個為 T4狀 態(tài) ； 否 則 插 入 等 待 時 鐘 周 期 Tw 。

59、T3下 降 沿 RD和 DEN無 效 ， 數(shù) 據(jù) 總 線 浮 空 。 T4上 升 沿 DT/R無 效 。 讀 取 數(shù) 據(jù) 時 間 RD或 DEN為 2T=420ns 計 算 機 原 理 講 義2021/6/7 55 帶 Tw的 存 儲 器 讀 周 期 具 有 等 待 周 期 的 存 儲 器 讀 周 期 時 序 圖T1 T2 T3 T4 T1地 址 狀 態(tài)地 址 數(shù) 據(jù)CLKM/IOA BHEADALERDDT/R DENREADY1501916 S3S6具 有 等 待 周 期 的 存 儲 器 讀 周 期 時 序TW 時 序 說 明 在 T3上 升 沿 檢測 READY， 若 為 低電 平 ，

60、則 下 一 個 T狀 態(tài) 為 Tw； 若 為高 電 平 ， 則 下 一個 狀 態(tài) 為 4。 插 入 一 個 Tw的RD有 效 時 間 為3T=630ns 計 算 機 原 理 講 義2021/6/7 56 存 儲 器 寫 周 期 最 小 模 式 下 存 儲 器 寫 周 期 時 序 圖T1 T2 T3 T4 T1地 址 狀 態(tài)地 址 數(shù) 據(jù)CLKM/IOA BHEADALEWR DT/RDENREADY1501916 S3S6存 儲 器 寫 周 期 時 序 計 算 機 原 理 講 義2021/6/7 57 存 儲 器 寫 周 期 時 序 說 明 說 明 DT/R為 高 電 平 。 AD15 AD0

61、輸 出 地 址 后 ， 緊 接 著 輸 出 數(shù) 據(jù) ， T4上 升 沿 浮空 。 T1下 降 沿 輸 出 寫 信 號 WR。 計 算 機 原 理 講 義2021/6/7 58 I/O端 口 讀 時 序 最 小 模 式 下 I/O端 口 讀 時 序 時 序 圖 T1 T2 T3 T4 T1地 址 狀 態(tài)地 址 數(shù) 據(jù)CLKM/IOA BHEADALERD DT/RDENREADY1501916 S3S6輸 入 周 期 時 序 計 算 機 原 理 講 義2021/6/7 59 I/O端 口 讀 時 序 時 序 說 明與 存 儲 器 讀 周 期 的 區(qū) 別 是 M/IO為 低 電 平 ， 其 余 均 相 同 .注 ： 最 小 模 式 下 I/O端 口 寫 時 序 與 存 儲 器 寫 時 序 是 一 樣 的 ， 只是 M/IO為 低 電 平 計 算 機 原 理 講 義部 分 資 料 從 網(wǎng) 絡(luò) 收 集 整理 而 來 ， 供 大 家 參 考 ，感 謝 您 的 關(guān) 注 ！