微型计算机概述(7)

2019-04-21 17:09

2. 为什么要研究时序

(1) 可以进一步了解在微机系统的工作过程中,CPU各引脚上信号之间的相对时间系,是判断系统工作是否正常的一种重要途径; (2) 可以深入了解指令的执行过程;

内部电路、部件的工作情况,用户是看不到的,通过检测CPU引脚信号线上,各信

(3) 可以使我们在程序设计时,选择合适的指令或指令序列,以尽量缩短程序代码执行时间有可能不相同的。

时间。因为对于实现相同的功能,可以采用不同的指令或指令序列,而这些指令或

(4) 对于学习各功能部件与系统总线的连接及硬件系统的调试,都十分有意义,因端口协调工作时,存在一个时序上的配合问题。

(5) 才能更好地处理微机用于过程控制及解决实时控制的题, 3. 指令周期、总线周期及时钟周期

微机系统的工作,必须严格按照一定的时间关系来进行,CPU定时所用 的周期有三种,即指令周期、总线周期和时钟周期。 (1).指令周期

一条指令从其代码被从内存单元中取出到其所规定的操作执行完毕,所 用的时间,称为相应指令的指令周期。由于指令的类型、功能不同,因此, 不同指令所要完成的操作也不同,相应地,其所需的时间也不相同。也就是 说,指令周期的长度因指令的不同而不同。 (2).总线周期

我们把CPU通过总线与内存或I/O端口之间,进行一个字节数据交换所进行的操作,称为一总线操作的时间即为总线周期。虽然,每条指令的功能不同,所需要进行的操作也不同,指令

但是,我们可以对不同指令所需进行的操作进行分解,它们又都是由一些基本的操作组合而成

作、I/O端口的读/写操作、中断响应等,这些基本的操作都要通过系统总线实现对内存或I/

指令所要完成的操作,是由一系列的总线操作组合而成的,而线操作的数量及排列顺序因指令

8088的总线操作,就是8088CPU利用总线(AB、DB、CB)与内存及I/O端口

与这些过程相对应的总线上的信号变化的相对时间关系,就是相应总线操作的时序(3).时钟周期

时钟周期是微机系统工作的最小时间单元,它取决于系统的主频率,系统完成任何均是时钟周期的整数倍。时钟周期又称为T状态。

时钟周期是基本定时脉冲的两个沿之间的时间间隔,而基本定时脉冲是由 外部振荡器产生的,通过CPU的CLK输入端输入,基本定时脉冲的频率,我

们称之为系统的主频率。例如8088CPU的主频率是5MHz,其时钟周期为200ns。 一个基本的总线周期由4个T状态组成,我们分别称为 在每个T状态下,CPU完成不同的动作。 4. 8086/8088微机系统的主要操作

8086/8088微机系统,能够完成的操作有下列几种主要类型: ? 系统的复位与启动操作; ? 暂停操作;

? 总线操作;(I/O读、I/O写、存贮器读、存贮器写) ? 中断操作;

? 最小模式下的总线保持; ? 最大模式下的总线请求/允许。

4个状态,

二、 典型的8088时序分析

1.引言

指令所执行的操作,可以分为内部操作和外部操作。不同的指令其内、外部操

些操作可以分解为一个个总线操作。即总线操作的不同组合,就构成了不同指令的

作的类型是有限的,我们如果能够明确不同种类总线操作的时序关系,且可以根据

它们分解为不同总线操作的组合,那么,任何指令的时序关系,我们就都可以知道2.最小模式下的典型时序

CPU为了与存贮器或I/O端口进行一个字节的数据交换,需要执行一次总

线操作,按数据传输的方向来分,可将总线操作分为读操作和写操作两种类型; 按照读/写的不同对象,总线操作又可分为存贮器读/写与I/O读/写操作,下面 我们就最小模式下的总线读/写操作时序,来进行具体分析。 (1). 最小模式下的总线读操作时序

时序如图图1-15(P21)所示,一个最基本的读周期包含有4个状态,即 、 ? ①

、 状态

有效,用来指出本次读周期是存贮器读还是I/O读,它一直保持到

,必要时可插入1个或几个

②地址线信号有效,高4位通过地址/状态线送出,低16位通过地址/数据线送出地址,即存贮器单元地址或I/O端口地址。

③ALE有效,在最小模式的系统配置中我们讲过,地址信号通过地址锁存器8282锁存信号,下降沿有效。 ④

(对8088无用)有效,用来表示高8位数据总线上的信息有效,现在通

。 使

效地址信息, 常作为奇地址存贮体的选通信号,因为奇地址存贮体中的信息

来传输,而偶地址体的选通则用 ⑤当系统中配有总线驱动器时, 据(

变低,用来表示本周期为读周期,并

? 状态

⑥高四位地址/状态线送出状态信息,

⑦低16位地址/数据线浮空,为下面传送数据准备。 ⑧ ⑨ ⑩ ?

引脚成为

(无定义)。

有效,表示要对存贮器/I/O端口进行读。

有效,使得总线收发器(驱动器)可以传输数据( 状态

)。

)。

从存贮器/I/O端口读出的数据送上数据总线(通过 ?

状态

若存贮器或外设速度较慢,不能及时送上数据的话,则通过READY线通知CPU,CP束末的下降沿)检测READY,若发现READY=0,则在 前沿处检测READY,等到READY变高后,则自动脱离 ? 在

状态 与

(或

结束后自动插入1个或几进入

)的交界处(下降沿),采集数据,使各控制及状态线进入无

(2). 最小模式下的总线写操作时序

时序如图1-16(P21)所示,最基本的总线写周期也包括四个状态 必要时插入

图1-16 总线写周期时序

? 状态

为高不是低。

基本上同读周期,只有此时 ?

状态

与读周期有两点不同: ① ② ? ? ?

变成

不是浮空,而是发出要写入存贮器/I/O端口的数据。 状态 状态 状态 、

三个状态同读周期。

已完成CPU→存贮器/I/O端口的数据传送,使数据线上的数据无效,同时,使各控 (3).中断响应周期(对可屏蔽中断)

波形图如图1-17(P22)所示,由两个连续的总线周期所组成。


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