第五章 8088的总线操作和时序 微机原理 第2版 课后答案 下载本文

第五章 8088的总线操作和时序

本章内容主要介绍8088执行指令的三种周期,以及它们之间的区别和相互联系,在此基础上结合 8088芯片引脚信号的功能分别介绍最小、最大组态下三总线信号在这些典型的总线周期中出现的时间关系。

5.1重点与难点

本章的学习重点包括8088芯片外部的三总线结构,最大组态与最小组态的基本配置,总线控制器8288在最大组态配置中的作用,在最大组态系统或最小组态系统中的时序配合问题。

3.1.1 8088的工作周期

在微型机系统中,CPU的操作都是在系统主时钟CLK的控制下按节拍有序进行的。CPU执行一条指令的时间(包括取指令、指令译码和执行该指令所需的全部时间)称为一个指令周期。把通过外系统总线对存储器或I/O端口进行一次读/写操作的过程称为总线周期,T状态就是CLK时钟周期。一个指令周期由若干个总线周期组成。每个总线周期通常包含4个T状态,即Tl、T2、T3、T4。在T1状态,CPU往地址/数据复用总线(AD7~0)和地址/状态复用总线(A19~16/S6~3)上发地址信息。在T2状态, 从地址/数据总线和地址/状态总线上撤消地址信息,并使地址/数据总线成为高阻态,为传送数据信息作准备。与此同时, 从地址/状态总线的输出4位状态信息。在T3状态, 地址/状态总线继续输出状态信息, 地址/数据总线用于传送数据信息。在存储器或外设不能及时地配合CPU传送数据时, 它们可以向CPU请求, 在T3周期之后插入一个或多个等待状态Tw。在T4状态, 一个总线周期结束。在一个总线周期中,A15~8始终输出地址信息。如果一个总线周期之后, 不立即执行下一个总线周期, 那么系统总线就会处于空闲状态Ti, 执行空闲周期。

3.1.2 8088的总线操作

1.8088芯片引脚构成及在最大最小组态下的意义。

8088的 芯片引脚可分为两种:与工作模式无关的和与工作模式有关的。

与工作模式相关的包括24~31、33、34脚。最小组态工作模式下,系统中只有一个8088微处理器,所有的总线控制信号直接由8088 CPU产生。 MN/(引脚33)连至电源, IO/用以区分是存储器访问还是I/O访问。作为CPU在写操作时输出的一个选通信号. 是CPU输出的中断响应信号。ALE是地址锁存允许信号。DT/是数据发送/接收信号,用以确定数据传送的方向。为数据允许信号。HOLD是系统中别的总线主设备要求占用总线时,向CPU发出的总线请求信号。HLDA为CPU向外输出的总线请求响应信号,是系统状态信号,与IO/线和DT/线一起,反映现行总线周期的状态。

最大组态工作模式下,系统中可以包含有多个微处理器,适用于构成较大规模的微机系统或多处理器微机系统。包含一个总线控制器8288,由CPU向总线控制器提供总线周期状态信号:、、,然后总线控制器对CPU的状态信息进行综合译码,产生全部总线控制信号去

控制总线。 此时,MN/接地,8088就处在最大组态,此时、、经过8288总线控制器进行状态译码和命令输出,产生有关存储器访问或I/O访问的总线周期和所需要的控制信号。 /,/都是请求/允许引脚,是由外部的总线主设备请求总线并促使CPU在现行总线周期结束后让出总线用的。有效时,系统中别的总线主设备不能获得对总线的控制。QS1、QS0提供一种状态允许外部追踪8088内部的指令队列。HIGH在最大组态时始终为高电平。

还有一些与工作方式无关的引脚。 AD7~0是地址/数据分时复用线。A15~8是高8位地址线。 A19~l6/S6~3是地址/状态分时复用线。为读选通信号。READY是准备就绪信号。INTR是可屏蔽中断请求信号。是检测输人信号,是由“Wait”指令来检查的。NMI为非屏蔽中断输人信号。RESET是复位输入信号,它引起处理器立即结束现行操作。CLK是时钟输入信号,提供了处理器和总线控制器的定时操作。Vcc是电源脚。GND是接地线。

2.8088的最小组态系统与时序

在最小组态系统中,除8088 CPU、存储器、I/O接口外,还包含8284时钟发生器、地址锁存器8282/8283及8286/8287总线收发器。所有的总线控制信号如IO/、、、、ALE、DT/、等均由CPU直接产生。

8088 CPU的地址/数据总线(AD7~0)和地址/状态总线(A19~16/S6~3)是分时复用总线,即CPU在与存储器或I/O端口进行数据交换时,总是在T1状态首先送出访问存储器或I/O端口的地址信息,随后又用这些引脚来传送数据和状态信号。8088 CPU利用T1状态中的ALE信号的下降沿将地址锁入地址锁存器中。

最小组态下,存储器读周期时序是这样的。首先 IO/信号在Tl状态开始后就变为低,表示与存储器通信。其次,从Tl状态开始, Al9~0出现的信号是20位地址信号,ALE在T1状态把地址信息锁存到地址锁存器中,在T2状态,A19~16线上出现的地址信号变为状态信号S6~3。在T2状态AD7~0转为高阻态,为以后读人数据作好准备。在T2状态信号起变为有效(此时信号为无效),用以控制数据传送的方向。由地址信号经过译码,找到指定的存储单元,在T3状态,指定单元的内容出现在数据线上。由于进行的是读操作,与总线收发器有关的控制信号,DT/应为低电平,另一控制信号也在T2状态开始有效。8088 CPU在T4状态的前沿(下降沿)采样数据线,获取数据。

当使用的存储器(或外设)工作速度较慢,不能满足上述基本时序的要求,则可用一个READY信号的产生电路,使8088在T3状态T4状态之间插入Tw状态,来解决8088与存储器或外设之间的时间配合问题。

存储器写周期时序是这样的。首先也要有IO/信号,表示是进行存储器操作。其次要有写入存储单元的地址,以及ALE信号。不同的是要写入存储器的数据,在T2状态,也即当16位地址线A15~0已由ALE锁存后,CPU就把要写入的8位数据放至AD7~0上了。写操作下,由信号来代替信号,它在T2状态开始有效。实现写操作时,DT/应为高电平。8088在T4状态,使控制信号变为无效,T4开始对存储器的写入过程已经完成。

8088与外设传送数据的时序,与CPU同存储器之间的时序,几乎完全相同,只是IO/信号应为高。

3.8088的最大组态系统与时序

最大组态系统配置与最小组态系统配置相比,最主要的区别是增加了一个总线控制器8288和一个总线仲裁器8289。8088 CPU输出的状态信号、、,同时送给8288和8289,由8288将CPU的状态信号转换成CPU系统所需要的总线命令和总线控制信号;对存储器和I/O端口进行读写的信号、对地址锁存器8282和总线收发器8286的控制信号,以及中断控制器8259的控制信号;由总线仲裁器8289对系统多个处理器提出的共享总线资源的要求进行裁决。

在最大组态下8088的基本总线周期仍由4个T状态组成。在T1状态,8088发出20位地址信号,同时送出状态信号、、信号给8288总线控制器。8288进行译码,产生相应的命令和控制信号输出。8288 在T1期间送出地址锁存允许信号ALE,将CPU输出的地址信息锁存至地址锁存器中,再输出到系统地址总线上。在T2状态,8088开始执行数据传送操作,8088内部的多路转换开关进行切换,将地址/数据线AD7~0上的地址信息撤消,切换成数据总线,为读写数据作准备。8288发出数据总线允许信号DEN和数据发送/接收控制信号DT/,允许总线收发器工作,使数据总线与8088的数据线接通,并控制数据传送的方向。同样,把地址/状态线A19~16/S6~3切换成与总线周期有关的状态信息,指示若干与周期有关的情况。在T3周期开始的前沿(时钟下降沿),8088采样READY线。如果READY信号有效〔高电平〕,则在T3状态结束后进入T4状态。在T4周期开始的时钟下降沿,把数据总线上的数据读入CPU或写到地址选中的存储单元。在T4状态,8088完成数据传送,状态信号、、变为无操作的状态。在此期间,8088结束总线周期,恢复各信号线的初态,准备执行下一个总线周期。

3.2 例题解析

1.假定某CPU的时钟频率为5MHz,那么一个基本的总线周期为多长时间?

答:一个基本的总线周期由4个T状态组成,而每一个T状态就是时钟周期的长度, 8088的时钟频率为5MHz,故一个T状态为200ns,所以一个基本的总线周期为800ns。

2.8088如何解决地址线和数据线的复用问题?ALE何时处于有效状态?有效时起什么作用?

答:

8088 CPU的地址/数据总线(AD7~0)和地址/状态总线(A19~16/S6~3)是分时复

用总线, CPU在与存储器或I/O端口进行数据交换时,总是在T1状态首先送出要访问的存储器或I/O端口的地址信息,随后又用这些引脚来传送数据和状态信号,而在对存储器或I/O端口进行读写操作时,在整个读写总线周期内地址不应有变化。因此,就必须在总线周期T1状态先将地址锁存起来,以便在读写总线周期内保持地址稳定。8088 CPU利用T1状态中的ALE信号的下降沿将地址锁入地址锁存器中。ALE:地址锁存允许信号。高电平有效。用于将地址选通到地址锁存器。在下跳沿中发生锁存,用来将8088输出的地址码打人地址

锁存器。

3.分析8088 CPU 最大方式下的读/写操作时序。 答:

在最大组态下8088的基本总线周期仍由4个T状态组成。

在T1状态,8088发出20位地址信号,同时送出状态信号、、信号给8288总线控制器。8288对、、进行译码,产生相应的命令和控制信号输出。8288 在T1期间送出地址锁存允许信号ALE,将CPU输出的地址信息锁存至地址锁存器中,再输出到系统地址总线上。在T2状态,8088开始执行数据传送操作。此时,8088内部的多路转换开关进行切换,将地址/数据线AD7~0上的地址信息撤消,切换成数据总线,为读写数据作准备。8288发出数据总线允许信号DEN和数据发送/接收控制信号DT/,允许总线收发器工作,使数据总线与8088的数据线接通,并控制数据传送的方向。同样,地址/状态线A19~16/S6~3上的高4位地址信息被切换成与总线周期有关的状态信息,指示若干与周期有关的情况。在T3周期开始的前沿(时钟下降沿),8088采样READY线。如果READY信号有效〔高电平〕,则在T3状态结束后进入T4状态。如果访问的是慢速存储器或是外设接口,则应该在Tl输出的地址,经过译码选中某个单元或设备后,立即驱动READY信号到低电平。8088在T3的前沿采样到READY信号无效,就在T3状态后插人等待周期Tw。在Tw状态的时钟下降沿,8088再采样READY信号,只要READY为低电平,就继续插人Tw状态,直至采样到READY为高电平,才进入T4状态。在T4周期开始的时钟下降沿,把数据总线上的数据读入CPU或写到地址选中的单元。在T4状态,8088完成数据传送,状态信号、、变为无操作的过渡状态。在此期间,8088结束总线周期,恢复各信号线的初态,准备执行下一个总线周期。

4.8088有两种工作方式,即最大组态工作方式和最小组态工作方式,工作于何种方式由控制总线中的一条( )信号线来决定。

(A)NMI (C)MN/

(B)LOCK (D)IO/

答:当8088 CPU的MN/引脚接+5V电源时,8088 CPU工作于最小组态工作方式下;当8088CPU的MN/引脚接地时,8088CPU工作于最大方式,选择C是正确的。

5.8088处理器最小组态工作方式和最大组态工作方式的主要差别是( )。

(A)容量不同

(B)I/O端口数不同

(D)单处理器和多处理器的不同

(C)数据总线的位数不同

答:8088 CPU工作于最小组态工作方式,用于构成小型的单处理器系统;8088 CPU工作于最大组态工作方式,用于构成多处理器系统,与最小组态工作方式下8088系统配置相比较,最大组态工作方式系统增加了专用的总线控制器8288,选择答案D是正确的。

5.3 习题与参考答案

1. Intel8088有那几种工作周期?它们之间的关系如何?