微机 —— 8086微处理器总线周期、外部引脚及其他微处理器

总线周期

总线周期的概念
(1) 指令周期: 每条指令的执行由取指令、译码和执行等操作组成,执行一条指令所需要的时间称为指令周期,不同指令的指令周期是不等长的。 
(2) 总线周期: 8086CPU与外部交换信息是通过总线进行的,总线周期通常指的是CPU完成一次访问内存或I/O端口操作所需要的时间。
(3) 时钟周期:微处理器执行指令的最小时间单位,又称为T状态。

8086/8088CPU在与存储器或I/O端口交换数据时需要启动一个总线周期

一个总线周期包含多个时钟周期,执行一条指令需要一个或多个总线周期
一般一个总线周期由4个时钟周期组成。
按照数据的传送方向来分,总线周期可分为“读”总线周期(CPU从存储器或I/O端口读取数据)和“写”总线周期(CPU将数据写入存储器或I/O端口)

典型的总线周期波形图如图

总线周期波形
在T1状态CPU把要读/写的存储单元的地址或I/O端口的地址放到地址总线上。

若是“读”总线周期,CPU则从T3起到T4从总线上接收数据,T2状态时总线浮空,允许CPU有个缓冲时间把输出地址的写方式转换成输入数据的读方式;

若是“写”总线周期,CPU从T2起到T4,把数据送到总线上,并写入存储器单元或I/O端口

8086/8088的外部引脚

8086CPU引脚按功能可分为三大类:电源线和地线,地址/数据(状态)引脚以及控制引脚。

8086CPU引脚

1 电源线和地线
电源线VCC(第40引脚):输入,接入10%单一+5V电源。
地线GND(引脚120):输入,两条地线均应接地。 
2、 地址/数据(状态)引脚
地址/数据分时复用引脚AD15—AD0(Address Data):引脚39及引脚216,传送地址时单向输出,传送数据时双向输入或输出。
3、控制引脚
(1) NMI:引脚17,非屏蔽中断请求信号,输入,上升沿触发。
    此请求不受标志寄存器FLAGS中中断允许标志位IF状态的影响,只要此信号一出现,在当前指令执行结束后立即进行中断处理。
    
(2) INTR:引脚18,可屏蔽中断请求信号,输入,高电平有效。
    CPU在每个指令周期的最后一个时钟周期检测该信号是否有效,若此信号有效,表明有外设提出了中断请求,这时若IF=1,则当前指令执行完后立即响应中断;若IF=0,则中断被屏蔽,外设发出的中断请求将不被响应。
    程序员可通过指令STICLI将IF标志位置1或清零。 
    
(3)CLK:引脚19,系统时钟,输入。
   它通常与8284A时钟发生器的时钟输出端相连。该时钟信号有效高电平与时钟周期的比为13
   
(4)RESET:引脚21,复位信号,输入,高电平有效。
   复位信号使处理器马上结束现行操作,对处理器内部寄存器进行初始化。
   8086/8088要求复位脉冲宽度不得小于4个时钟周期。系统正常运行时,RESET保持低电平。 
   
(5)READY:引脚22,数据“准备好”信号线,输入。
   它实际上是所寻址的存储器或I/O端口发来的数据准备就绪信号,高电平有效。CPU在每个总线周期的T3状态对READY引脚采样。
   若为高电平,说明数据已准备好;
   若为低电平,说明数据还没有准备好,CPU在T3状态之后自动插入一个或几个等待状态TW,直到READY变为高电平,才能进入T4状态,完成数据传送过程,从而结束当前总线周期
    
(6)TEST:引脚23,等待测试信号,输入。
   当CPU执行WAIT指令时,每隔5个时钟周期对TEST引脚进行一次测试。若为高电平,CPU就仍处于空转状态进行等待,直到TEST引脚变为低电平,CPU结束等待状态,执行下一条指令,以使CPU与外部硬件同步
   
(7) RD:引脚32,读控制信号,输出。
    当RD=0时,表示将要执行一个对存储器或I/O端口的读操作,到底是从存储单元还是从I/O端口读取数据,取决于M/IO (8086)或IO/ M  (8088)信号
    
(8) BHE/S7:引脚34,高8位数据总线允许/状态复用引脚,输出。
    BHE在总线周期的T1状态时输出,当该引脚输出为低电平时,表示当前数据总线上高8位数据有效
    
(9) MN/MX:引脚33,最小/最大方式控制信号,输入
    MN/MX引脚接高电平时,8086/8088 CPU工作在最小方式,在此方式下,全部控制信号由CPU提供;
    MN/MX引脚接低电平时,8086/8088工作在最大方式。

8086/8088最大方式、最小方式的区别

当MN/MX接高电平时,系统工作于最小方式,即单处理器方式,它适用于较小规模的微机系统

当MN/MX接低电平时,系统工作于最大方式,即多处理器方式

最大方式和最小方式有关地址总线和数据总线的电路部分基本相同,即都需要地址锁存器及数据总线收发器

控制总线的电路部分有很大差别:

在最小工作方式下,控制信号可直接从8086/8088 CPU得到,不需要外加电路。
最大方式是多处理器工作方式,需要协调主处理器和协处理器的工作。

因此,8086/8088的部分引脚需要重新定义,控制信号不能直接从8086/8088 CPU引脚得到,需要外加8288总线控制器,通过它对CPU发出的控制信号(S0,S1,S2)进行变换和组合,以得到对存储器和I/O端口的读写控制信号和对地址锁存器8282及对总线收发器8286的控制信号,使总线的控制功能更加完善。

8086/8088 的三种工作方式

实方式

80386加电后或复位后自动进入这一模式。实模式的主要功能是初始化80386,为建立保护模式做准备。
在实模式下,80386的工作方式与8086相似,相当于一个高速8086/8088CPU,可保持80386与8086兼容。

保护方式

保护模式是80386最为常用的工作模式,可实现多任务,多道程序的复杂管理;
在保护模式下,采用虚拟存储器的概念,存储空间可使用虚拟地址空间,线性地址空间和物理地址空间。

虚拟8086方式

在虚拟8086模式下,不用虚拟地址的概念,存储器寻址机制与8086相同,但存储器管理机制与8086不同,它把1MB的存储空间分为256个页面,每页4KB,当多道程序同时运行时,可将多个任务分别转换到物理存储器的不同存储位置,实现了多任务同时运行。

从80286到Pentium系列的技术发展

1、80286
 16位数据线,24根地址线
 逻辑上有四个独立的处理元件:执行部件EU、地址部件AU、总线部件BU、指令部件IU。
 三组寄存器:通用寄存器、段寄存器、状态和控制寄存器
 具有实地址和虚地址保护方式:实地址方式与8086工作方式基本相同,为了和8086兼容,8028624根地址线中只有低20位A19-A0有用, 因此,在实地址方式可寻址空间为1MB。
 虚地址保护方式支持对虚拟存储器的管理, 使用24根地址线A23-A0可直接寻址16MB 物理地址空间.
2、80386
  32位数据线,32位地址线。
  逻辑上有六个独立的处理元件: 总线接口部件、代码预取部件、指令译码部件、   存储器管理部件、执行部件、控制部件。
  七组寄存器: 通用寄存器、段寄存器、专用寄存器、控制寄存器、系统地址寄存器、调试寄存器和测试寄存器。
  80386的最大特点是在CPU芯片上集成了一个存储器管理部件(MMU)可对64TB(246)的虚拟存储空间和4GB(232)的物理存储空间进行分段和分页管理。
  具有实地址模式、保护模式和虚拟8086模式三种工作方式
3、80486
 32位数据线,32位地址线
 相当于一片80386加上一片80387,再加上8KB的高速缓存(Cache)
 完全拥有80386的所有功能,诸如页式存储管理、段式存储管理、DEBUG功能、自测试功能、三种工作模式、多任务、流水线指令执行方式、32位整数算数逻辑运算等等
 在Intel CPU的历史上首次采用RISC技术,常用指令仅需一个时钟周期便可完成
 采用突发总线同RAM进行高速数据交换
4、Pentium Pro的特点
 具有3条超标量流水线、3个平行的译码器和5个执行单元。
 具有8KB的指令Cache和8KB的数据Cache。
 它是精简指令集(RISC)和复杂指令集计算机(CISC)的混合型。
 具有8个整数通用REG和8个浮点通用REG,除此之外还增加了40个通用寄存器。
 时钟频率为200250MHz
5、MMX Pentium的特点
 增加了57条MMX扩展指令,以增强视频信号、音频信号的处理功能和速度。
 采用了SIMD技术,可在单指令周期内输出多个数据。
 采用16KB指令Cache和16KB 数据Cache
 多用在便携机中,与Windows  95相结合
6、Pentium Ⅱ的特点
 时钟频率为266451MHz。
 Pentium Ⅱ是Pentium Pro和MMX Pentium的结合体
 采用了动态执行技术,使动画处理能力提高1.4倍。
 具有功耗控制功能
 采用双独立总线结构DIB(Dual Independent Bus)
 Pentium Ⅱ还采用了新的封装技术SEC(Single-Edge Contact,单边接触)插盒
7、Pentium Ⅲ的特点
新增70多条SSE指令(SSE,Streaming SIMD Extension,流水式单指令多数据扩展),进一步提高了CPU处理数据的功能。 
采用了新一代Pentium Ⅲ处理器“Coppermine”,使芯片的主频提高到850MHz以上并可工作在133MHz外频(外部时钟频率)。
posted @   柯星  阅读(1016)  评论(0编辑  收藏  举报  
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