3.2 8088 微处理单元（2）（课件）-《计算机原理》(电工版第五版) 同步精品课堂

计算机原理 -第14课时- 电工版第五版 8088 微处理单元（2） 教学目标 了解 8088 CPU 引脚的基本情况及功能转换方式 掌握 8088 在最小和最大工作模式下的引脚功能及系统结构 理解 8088 的典型时序，包括指令周期、总线周期和 T 状态 教学重难点 8088 不同工作模式下引脚的功能 8088 存储器读 / 写周期的时序 指令、引脚和时序之间的关系 让我们一起开启单片机的学习之旅。 导入新课 前面我们了解了 8088 的寄存器结构和功能结构，那么 8088 是如何与外部设备进行连接和通信的呢？ 8088 的引脚及其功能分别是什么？ 让我们一起继续8088 微处理单元的学习之旅。 新知讲授 8088 引脚 8088的两种组态模式 构成较小规模的应用系统，8088本身提供所有的系统总线信号，利用MN/MX引脚接高电平实现该模式。 构成较大规模的应用系统，8088和总线控制器8288共同形成系统总线信号，8088提供DB、AB，8288提供CB，利用MN/MX引脚接低电平实现该模式。 最小模式 最大模式 新知讲授 概述 8088 有 40 条引脚，双列直插式封装。为解决多功能与引脚的矛盾，内部设置多路开关，引脚功能转换有分时复用和通过工作模式控制两种情况。8088 有最小和最大两种工作模式。 8088最大模式和最小模式的合图 8088 引脚 新知讲授 地址 / 数据线 AD₇~AD₀ 是地址 / 数据线，双向，3 态，分时复用。在访问存储器和 I/O 的总线周期 T1 状态时，作为地址总线低 8 位，之后转换为数据总线，DMA 方式下浮空。 根据不同时钟周期的要求，决定当前是传送要访问的存储单元或I/O端口的低16位地址，还是传送16位数据，或是处于高阻状态。 最小 / 最大工作模式的共用引脚 地址线 A1₅～A₈ 是地址线，8 位地址信号，输出，三态。在整个总线周期内提供存储器高 8 位地址。DMA 方式下浮空。 新知讲授 地址 / 状态线 A19/S6～A16/S3：分时复用地址/状态总线（address/status bus），输出，三态。提供地址信号A19～A16 (20位地址总线的高4位地址 ) 及状态位 S6～S3。 最小 / 最大工作模式的共用引脚 S6=0，表示S6～S3当前表示的是状态位 ，S6=1，则表示当前表示的是地址。 S5指示当前中断允许标志IF的状态。 S4，S3的代码组合用来指明当前正在使用的段寄存器。S4，S3的代码组合及对应段寄存器的情况。 S4S3 = 00->ES; 01->SS; 10->CS; 11->DS 新知讲授 其他引脚 INTR： 中断请求（interrupt request）信号，输入，用来申请一个硬件中断。 NMI： 非屏蔽中断（non-maskable interrupt）输入信号。与 INTR 信号类似，但 NMI 中断不必检查 IF 标志位是否为 1。 RD ̅̅̅̅： 读信号，输出，三态。当它为低电平时，CPU 通过数据总线接收来自存储器或 I/O设备的数据。 READY：准备就绪信号，输入，高电平有效。 当READY信号高电平有效时，表示CPU要访问的存储器或I/O端口已经作好了输入/输出数据的准备工作 。 TEST：等待测试控制信号，输入，低电平有效，CPU进入等待状态。 RESET：复位信号，输入，高电平有效。 CLK：时钟信号，输入。CLK为CPU提供基本的定时脉冲信号。 VCC：电源输入引脚。 GND：接地引脚。 最小 / 最大工作模式的共用引脚 新知讲授 系统结构 8088 最小工作模式系统使用 8286 作为数据总线双向驱动器，2 - 3 片 8282 作为地址锁存器。 8088 最小工作模式系统 最小模式：系统中只有8088一个微处理器，所有的总线控制信号均为8088产生，系统中的总线控制逻辑电路，减少到最少。 新知讲授 8088 最小工作模式系统 - 控制信号 ALE 为地址锁存允许信号，高电平有效，下降沿锁存地址信号； DEN 为数据允许信号，低电平有效，作为 8286 输出允许信号； DT/R 确定数据传送方向，1 为发送，0 为接收； IO/M 输出低电平时访问存储器，高电平时访问 I/O； WR 为写信号，低电平有效； INTA 为中断响应信号，低电平有效； HOLD 为总线保持请求信号，高电平有效；HLDA 为总线保持响应信号，高电平有效； SSO 反映现行总线周期状态。 8088 最小工作模式系统 新知讲授 8088 最小工作模式系统 - 锁存器和驱动器 8088 微处理器工作在最小模式下，利用锁存器 8282 锁存地址，CPU 的 ALE 接 STB，OE 为输出控制信号。 8286 为双向总线驱动器，A₇~A₀接 AD₇~AD₀，B₇~B₀接数据总线，DT/R 接 T 引脚，DEN 接 OE 引脚。 8088 最小工作模式系统 新知讲授 8088 最小工作模式系统——总线形成 采用3个三态透明锁存器8282进行锁存和驱动，提供20位地址总线的稳定信号传输能力。 地址总线设计 采用数据收发器8286进行驱动，也可由8088直接提供，支持8位数据总线的双向数据传输。 数据总线设计 系统控制信号由8088引脚直接提供，确保指令执行的准确性和时序控制。 控制信号设计 新知讲授 系统结构 当MN/MX直接接地就以最大模式下工作，8088 最大工作模式系统使用 8288 总线控制器产生控制信号。 8088 最大工作模式系统 最大模式：用于大型（中型）8086系统中。系统总是包含有两个或多个微处理器，其中一个主处理器就是8088，还有协处理器8087、8089等。通常由专门的总线控制器（8288）产生总线控制信号。 新知讲授 8088 最小工作模式系统 - 状态信号和控制信号 S₂、S₁、S₀ 输出 CPU 状态信号，8288 根据其组合产生控制信号，如 INTA、MRDC、MWTC、IORC、IOWC、AIOWC、AMWC 等。 ALE、DEN 和 DT/R 功能与最小模式类似，但 DEN 相位相反。 RQ/，GT：总线请求允许信号输入/总线请求允许输出信号，双向，低电平有效。 LOCK：总线封锁信号，输出，低电平有效。信号有效时，表示此时8086CPU不允许其他总线部件占用总线。（相当于INTA） QS1，QS0：指令队列状态信号，输出。 8088 最大工作模式系统 新知讲授 8088 最大工作模式系统——总线形成 采用三态透明锁存器8282锁存和驱动，确保地址信号的稳定传输。 系统地址总线形成 主要由总线控制器8288形成，生成MEMR*、MEMW*、IOR*、IOW*、INTA*等控制信号。 系统控制总线形成 通过三态双向缓冲器8286形成和驱动，也可由8088直接提供，实现数据的双向流动。 系统数据总线形成 01 02 03 新知讲授 基本概念 每一个时钟周期称为一个 “T 状态”，是总线操作最小时间单位。 CPU 从存储器或 I/O 端口存取一个字节所需时间为 “总线周期”，执行一条指令所需时间为 “指令周期”。8088 指令长度不等，指令周期由基本总线周期组成， 8088 的典型时序 /WR：这个是写信号（“/” 表示低电平有效） /RD：这个是读信号（同样是低电平有效）总线控制信号。 IO//M：这个是控制 CPU 到底是访问接口（I/O）还是内存（M），其中，访问内存是低电平有效。也就是在这个引脚是低电平时，CPU 访问内存。 DT//R：这个是控制的数据收发，如果低电平，就是 CPU 收数据，高电平CPU 发送数据。 新知讲授 存储器读周期 - 时序 一个基本的存储器读周期由 4 个 T 状态组成： 8088 的典型时序 T1 状态：IO/M 有效确定通信对象，地址线出现 20 位地址，ALE 有效锁存地址，DT/R 为低电平。 T2 状态：地址 / 状态线变为状态信号，AD₇~AD₀转为高阻，RD 为低电平读数据，DEN 为低电平打开接收通道。 T3 状态：CPU 在下降沿采样数据线获取数据。 T4 状态：控制信号变为无效。 若存储器速度慢，在 T3 和 T4 之间插入 Tw 状态。 新知讲授 存储器写周期 - 时序 存储器写周期也由 4 个 T 状态组成，与读周期时序基本类似，不同之处： T2 状态：CPU 把要写入的数据放在 AD₇~AD₀上，WR 信号有效进行写入，DT/R 输出高电平选通发送通道。具有 Tw 状态的写周期时序与读周期类似。 8088 的典型时序 T1状态——1O/M输出低电平，表示存储器操作；输出20位存储器地址A19~A0; ALE输出正脉冲，表示锁存总线输出地址 T2状态——输出控制信号WR和数据D7~D0 T3和Tw状态——检测数据传送是否能够完成 T4状态——完成数据传送 新知讲授 指令原型：MOV AX,[2300H] 本指令属于 8086CPU 的直接寻址方式数据传送指令，核心功能是将内存指定地址中的数据，传送至通用寄存器 AX 中，各部分含义与关键信息拆解如下： 综合举例 - 指令理解 字段 含义说明 MOV 操作码（Opcode），表示 “数据传送” 操作，告知 CPU 本次执行的核心动作是数据搬运 AX 目的操作数，为 16 位通用寄存器（累加器），是数据的最终存放位置 [2300H] 源操作数，采用直接寻址，2300H是内存单元的偏移地址（有效地址 EA），需结合默认段寄存器（DS）计算物理地址（物理地址 = DS×16+2300H），源数据存于该物理地址及下一个连续地址单元（共 2 个字节） 新知讲授 指令执行过程 以 8086CPU 的流水线工作机制为基础，指令 MOV AX,[2300H] 的执行需经历 “取指令周期” 和 “执行指令周期” 两个阶段，具体流程与周期次数如下： 综合举例 - 指令执行过程 取指令周期，因指令长度为3个字节，所以执行3次。 执行指令周期，由于是数据传送且数据长度为两个字节，所以执行两次存储器读周期。 结束本条指令，为取下 一 条指令做好准备。 新知讲授 引脚输出 在指令 MOV AX,[2300H] 的取指和执行过程中，8086CPU 的地址总线、数据总线及控制引脚需协同工作，输出对应信号以完成地址传输、数据读写和时序同步，各引脚的输出规律与作用如下： 综合举例 - 引脚输出 地址总线（A19~A0）：3 次输出指令地址，2 次输出数据地址 地址锁存允许引脚（ALE）：同步锁存地址，保障地址稳定 数据总线（D15~D0）：3 次传指令，2 次传数据 存储器 / IO 选择引脚（IO/M#）：始终为低电平，明确访问对象 其他关键控制引脚：配合时序完成读写 随堂检测1 在最小工作模式系统中，（ ）信号有效时，将地址 / 状态线和地址 / 数据线上的地址信号锁存到 8282 地址锁存器中。 A. ALE B. DEN C. DT/R D. IO/M 【答案】A 【解析】在总线周期的 T1 期间，ALE 为高电平，在 ALE 的下降沿期间将地址 / 状态线 和地址 / 数据线上出现的地址信号，锁存到 8282 地址锁存器中，所以选 A。 练一练 随堂检测2 8088 最大工作模式下，8288 根据哪些信号产生控制信号？ 答案：8288 根据 S₂、S₁、S₀状态信号的不同组合，产生访问存储器或 I/O 端口的控制信号。 指令 MOV AX,[2300H] 的执行过程包括哪些阶段？ 答案：包括取指令周期（执行 3 次）和执行指令周期（执行两次存储器读周期），结束本条指令后为取下一条指令做好准备。 练一练 随堂检测3 简述 8088 的两种工作模式及其特点。 答案： 最小工作模式系统：通常指计算机系统中只有一个微处理单元，即 8088 CPU，系统中的所有控制信号都由 8088 直接产生。系统使用 8286 作为数据总线的双向驱动器，使用 2 - 3 片 8282 作为地址锁存器。  最大工作模式系统：通常指系统中存在两个或两个以上的微处理单元，系统中的控制信号大部分由总线控制器 8288 产生。8288 根据 S2. S1. S0 状态信号译码后产生多种控制信号，具有较强的驱动能力。 练一练 随堂检测4 在存储器读周期的 T2 状态下，（ ）信号变为低电平，打开双向数据总线驱动器 8286 的接收通道。 A. RD B. DEN C. DT/R D. 以上都是 【答案】D 【解析】在 T2 状态下，RD 为低电平，从选中的内存单元读出数据，送到数据总线上；DEN 信号变为低电平，和 DT/R 一起作为双向数据总线驱动器 8286 的选通信号，打开它的接收通道，使数据线上的信息得以通过它传送到 CPU 的 AD₇~AD₀，所以选 D。 练一练 师生互动 1 分组讨论 8088 在不同工作模式下的优缺点，以及如何根据实际需求选择合适的工作模式。 课题小结 1. 最小 / 最大工作模式的共用引脚 8088 微处理单元（2） 2. 8088 最小工作模式系统 系统结构 控制信号 锁存器和驱动器 地址 / 数据线 地址线 地址 / 状态线 其他引脚 系统结构 状态信号和控制信号 其他信号 3. 最大工作模式系统 4.8088 的典型时序 谢谢观看 THANKS Lavf58.46.101 $