第2节 8086总线的工作周期
80868088 CPU的工作时序
微机原理第2章8086/8088系统结构8086/8088 的工作时序1. 时钟周期、总线周期、指令周期微机原理时钟周期：是CPU的基本时间单位，记为T，其值为计算机主频的倒数。
微机原理时钟周期：是CPU 的基本时间单位，记为T ，其值为计算机主频的倒数。
总线周期：CPU 通过总线对存储器或I/O 进行1次访问所需要的时间。
它至少包含4个T ，记为T 1,T 2,T 3,T 4.1. 时钟周期、总线周期、指令周期1. 时钟周期、总线周期、指令周期微机原理的时间，它包含一个或多个总线周期。
常采用MIPS（Million Instructions Per Second）作单位。
微机原理(1) 8086读总线周期T 1T 2T3T 4一个总线周期CLK A 19~A 16S 6~S 3A 19/S 6 ~ A 16/S 3DATA INAD 15 ~ AD 0ALE 低=I/O ，高=MM/IORD DT/R DENA 15~A 02. 读/写工作时序微机原理(2) 8086写总线周期T 1T 2T 3T 4一个总线周期CLK A 19 ~ A 16S 6 ~ S 3A 19/S 6 ~ A 16/S 3DATA OUTAD 15 ~ AD 0ALE 高=I/O ，低=MM/IOWRDT/R DENA 15~A 0微机原理(3)8086具有等待状态的读总线周期T 1T 2T 3T W 一个总线周期CLK A 19~A 16A 19/S 6 ~ A 16/S 3DATA INAD 15 ~ AD 0ALE 低=I/O ，高=MM/IORD DT/RDEN A 15~A 0T 4READYWAITREADYS 6~S 3微机原理(4) 8088读总线周期T 1T 2T 3T 4一个总线周期CLK A 19~A 16S 6~S 3A 19/S 6 ~ A 16/S 3DATA INAD 7 ~ AD 0ALE 高=I/O ，低=MIO/MRD DT/R DENA 7~A 0A 15 ~ A 8A 15~A 8微机原理例1:在8088 CPU 中对存储器进行读操作时,CPU 引脚的IO/M 、RD 、WR 、DT/R 的输出电平分别是什么？例2:在若在1个总线周期中，插入了3个T W ，请问在该总线周期中对READY 信号进行了几次采样？低电平低电平高电平低电平4微机原理下次课见。
8086的总线操作和时序及工作模式
READY
RESET
GND A14 A13 A12 A11 A10 A9 A8 AD7 AD6 AD5 AD4 AD3 AD2 AD1 AD0 NMI
INTR CLK GND
8088
1
40
2
39
3
38
4
37
5
36
6
35
7
34
8
33
9
32
10
31
11
30
12
29
13
28
14
27
15
26
16
25
17
24
状态Ti
总线操作与时序
➢ 时序（Timing）是指信号高低电平（有效或无效）变化及 相互间的时间顺序关系
➢ 总线时序描述CPU引脚如何实现总线操作
5.1 时钟周期、总线周期和指令周期
描述总线操作的CPU时序有三级 ◦ 指令周期 → 总线周期 → 时钟周期 指令周期（Instruction Cycle） 1、 8086CPU执行一条指令所需要的时间称为指令周期 （Instruction Cycle） 。 2、一个指令周期由一个或若干个总线周期组成，不同指令 的指令周期不是等长的，最短为一个总线周期，长的指令周 期，如乘法指令周期，长达124个时钟周期。
地址总线
数据总线
数据总线
控制总线
第二章 8086 CPU[2-3]
![第二章 8086 CPU[2-3]](https://img.taocdn.com/s3/m/e08657c3da38376baf1faef3.png)
应用例子：发光二极管接口
+5V
D0～D7 A0～A15
IOW
20:49
D｜0 Q0
1
R
D7
...
...
...
...
译
码
CP
器
R
Q7
1
74LS273
12
§2-4 8086的工作模式和总线操作
3、时钟发生器8284A
产生CLK信号，作为8086CPU的内部和外部的时间基准信号 提供系统时钟（CLK）、READY同步和RESET同步信号
第二章 8086 CPU
内容提要
引言 8086 CPU的内部结构 8086/8088 CPU的引脚功能 8086的存储器组织 8086的工作模式和总线操作
20:49
2
§2-4 8086的工作模式和总线操作
1、电源要求
8086/8088微处理器都是用+5.0V电源电压，其允许偏差为±10%。
OE
地址总线
存储器
I/O芯片
20:49
T 74LS245 /8286/82 87
OE
数据总线
15
§2-4 8086的工作模式和总线操作
2.4.3 总线操作时序
相关概念介绍
➢时钟周期
➢总线周期
➢指令周期
➢时序 ➢时序图
时序就是指系统中各总线信号（即地址、 数据和控制信号）产生的先后次序。
20:49
16
在8086/8088CPU中，一个总线周期至少包括4个时钟周期。
1~2个
若干个
T1 T2 T3 T4 Ti Ti T1 T2 T3 Tw Tw Tw T4 Ti Ti
【教学课件】第2章 8086微处理器
控制 电路
局部总线 接口
SYSB/RESB
1
20
2
19
3
18
4
17
5
8289 16
6
15
7
14
8
13
9
12
10
11
INIT
BCLK BREQ BPRN BPRO BUSY CBRQ
总线仲裁 信号
AEN
V CC S1 S0 CLK
LOCK
CRQLCK ANYRQST
AEN CBRQ BUSY
2021/8/17
DEN CEN
INTA IORC AIOWC IOWC
2021/8/17
23
2．总线仲裁控制器8289
仲裁电路
状态
S2
信号
S1
S0
状态 译码器
多路总线 接口
控制 输入
LOCK CLK
CRQLCK
RESB ANYRQST
IOB
S2 IOB
RESB BCLK INIT BREQ BPRO BPRN
GND
数据总线
2021/8/17
S0
S1
S2
INTR R Q / G T0
R Q / G T1
8288 总线控制器
IN T A
8259A 及有关电路
控制总线 中 断 请 求
22
1．总线控制器8288
状态
S2
信号
S1
S0
状态 译码器
控制 输入
CLK
AEN CEN IOB
控制 电路
命令 信号 发生器
控制信号 发生器
2.3.1 最小模式和最大模式的概念
8086CPU系统、总线操作和时序
8086CPU系统、总线操作和时序8086CPU系统、总线操作和时序第⼀节 8086的引脚信号与功能回顾：8086/8088微型计算机的组成、结构及微机系统的⼯作过程，微机系统的存储器组织及相关概念。
本讲重点：8086/8088CPU的两种⼯作模式，8086/8088CPU的外部结构，即引脚信号及其功能。
讲授内容：⼀、 8086/8088微处理器⼯作模式及外部结构1．8086/8088CPU的两种⼯作模式为了适应各种使⽤场合，在设计8088/8086CPU芯⽚时，就考虑了其应能够使它⼯作在两种模式下，即最⼩模式与最⼤模式。
所谓最⼩模式，就是系统中只有⼀个8088/8086微处理器，在这种情况下，所有的总线控制信号，都是直接由8088/8086CPU 产⽣的，系统中的总线控制逻辑电路被减到最少，该模式适⽤于规模较⼩的微机应⽤系统。
最⼤模式是相对于最⼩模式⽽⾔的，最⼤模式⽤在中、⼤规模的微机应⽤系统中，在最⼤模式下，系统中⾄少包含两个微处理器，其中⼀个为主处理器，即8086/8086CPU，其它的微处理器称之为协处理器，它们是协助主处理器⼯作的。
与8088/8086CPU配合⼯作的协处理器有两类，⼀类是数值协处理器8087 另⼀类是输⼊/输出协处理器8089。
8087是⼀种专⽤于数值运算的协处理器，它能实现多种类型的数值运算，如⾼精度的整型和浮点型数值运算，超越函数（三⾓函数、对数函数）的计算等，这些运算若⽤软件的⽅法来实现，将耗费⼤量的机器时间。
换句话说，引⼊了8087协处理器，就是把软件功能硬件化，可以⼤⼤提⾼主处理器的运⾏速度。
8089协处理器，在原理上有点像带有两个DMA通道的处理器，它有⼀套专门⽤于输⼊/输出操作的指令系统，但是8089⼜和DMA控制器不同，它可以直接为输⼊/输出设备服务，使主处理器不再承担这类⼯作。
所以，在系统中增加8089协处理器之后，会明显提⾼主处理器的效率，尤其是在输⼊/输出操作⽐较频繁的系统中。
8086总线周期时钟周期
2. 总线接口部件 BIU 负责CPU与存储器、I/O设备之间传送数据、地址、 状态及控制信息。 组成：
● 4个段地址寄存器（CS、DS、ES、SS） ● 16位的指令指针寄存器IP(Instruction Pointer) ● 20位的地址加法器 ● 6字节的指令队列缓冲器 ● 总线控制逻辑
注意：一个存储单元的物理地址是惟一的，而它对应 的逻辑地址是不惟一的。
30
（3）指令指针寄存器IP—— 16位
功能：用来存放将要执行的下一条指令在代码段中的 偏移地址。在程序运行过程中，BIU自动修改 IP中的内容，使它始终指向将要执行的下一条 指令。
注意：程序不能直接访问IP，但是可通过某些指令修 改IP的内容。例如, 执行转移指令时，会将转 移的目标地址送入IP中，以实现程序的转移。
19
在8086存储空间中，把16字节的存储空间称作一内存节 (paragraph)。要求各个逻辑段从节的整数边界开始，即段 首地址低4位应该是“0”，把段首地址的高16位存放在段寄 存器DS或CS或SS或ES中。
00000H 00010H 00020H …… FFFF0H
20
允许段在整个存储空间浮动，即段与段之间可以 部分重叠、完全重叠、连续排列。在整个存储空间中 可设置若干个逻辑段。
地址指针自动增量；DF=1，表示地址指针自动减量。DF 可通过STD指令置位，也可通过CLD指令复位。
● IF（Interrupt Flag） 中断允许标志位 ----- 用于控制CPU是否允许响应可屏蔽中断请求。 IF=1，表示允许CPU响应可屏蔽中断请求。 IF=0， 表示禁止CPU响应可屏蔽中断请求。 IF可通过STI指令置 位（置1），也可通过CLI指令复位（清零）。
第2章28086工作模式、基本时序
8086有3个空闲周期，8088中无
T1
T2
T3
T4
Ti
Ti
Ti
T1
T2
T3
T4
CLK
ALE
INTA AD7-AD0
中断类型码
4．总线响应周期 当系统中有其它的总线主设备请求总线控制时， CPU进入
总线响应周期。
CLK HOLD
T1或T4下降沿
...
...
...
HLDA
... ...
...
数据、地址总线
... AD15-0、A9-16、S6-3
... 8086使用总线
...
... 3）8087，8089使用总线
5）8086重新控制总线
课后作业： 2.4 2.14 2.19 2.20 2.21
READY RDY2
5 6
READY，当外部器件准备好后向CPU AEN2 7
发出就绪信号。
CLK 8 GND 9
8284A
18 VCC 17 X1 16 X2 15 ASYNC
14 EFI 13 E/C 12 OSC 11 RES 10 RESET
（2）地址锁存电路
8086为了实现AD0-15引脚的复用功能，须 使用地址锁存电路。
I/O
I/O 设备
系 统
控制器产生。
CPU 245
（3）用于构成多处理机和
总
DB 线
数学协处理器大型系统。
8288
CB
2.4 8086微处理器的基本工作时序
2.4.1 时钟周期、总线周期和指令周期
时钟周期 T：CPU工作的时间脉冲。由时钟发生电路提供，每个时间脉冲 的间隔时间为时钟周期。 总线周期： 每4个时钟周期完成一次总线操作，即一个操作数的读/写操 作，称为总线周期。
2-3 8086系统总线时序
如果在一个总线周期后不立即执行下一个总线周期 即总线上无数据传输操作 系统总线处于空闲状态，则执行空闲周期T 系统总线处于空闲状态，则执行空闲周期 i 空闲周期 Ti也以时钟周期 为单位 也以时钟周期T为单位 两个总线周期之间插入几个Ti与 两个总线周期之间插入几个 与8086CPU执行的指令有关 执行的指令有关 如8086执行一条乘法指令时，需要 执行一条乘法指令时， 执行一条乘法指令时 需要124个T周期 个 周期 而其间使用总线的时间极少，大部分时间用于 而其间使用总线的时间极少，大部分时间用于CPU内部运算 内部运算 故指令周期中插入的T 多达100多个 故指令周期中插入的 i多达 多个
一个总线周期完成一次数据传送，至少包含两个过程： 一个总线周期完成一次数据传送，至少包含两个过程： （1）传送地址 ） （2）传送数据 ） CPU在T1周期将要访问的存储器或 端口的地址送上总线 将要访问的存储器或I/O端口的 在 周期将要访问的存储器或 端口的地址送上总线 周期通过总线 通过总线传送数据 在T2～T4周期通过总线传送数据 即数据传送必须在T 即数据传送必须在 2～T4这3个周期内完成 个周期内完成 否则在T 过后CPU将开始下一个总线周期。 将开始下一个总线周期。 否则在 4过后 将开始下一个总线周期 如果存储器或外设由于本身速度或其他原因，无法在3个 周期中 如果存储器或外设由于本身速度或其他原因，无法在 个T周期中 完成与CPU的数据交换，则 的数据交换， 完成与 的数据交换 发出请求延长总线周期的低电平信号到CPU的READY引脚 的 发出请求延长总线周期的低电平信号到 引脚 CPU检测到 检测到READY为低时，就在 3与T4之间插入等待周期 TW 为低时， 之间插入等待周期 检测到 为低时 就在T 插入T 插入 W的个数与外设请求信号的持续时间长短有关 通过插入T 周期，以降低系统的速度为代价，实现了高速CPU 通过插入 W周期，以降低系统的速度为代价，实现了高速 与低速的存储器或外设同步工作。 与低速的存储器或外设同步工作。
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T1
T2 T3 Tw Tw Tw T4
READY
前沿检测
一条指令的执行包括取指令、分析指令和执行指令。 一条指令的执行包括取指令、分析指令和执行指令。 从取指令开始到指令执行完毕所花费的时间称为一个指令周期 从取指令开始到指令执行完毕所花费的时间称为一个指令周期 。 一个指令周期由一个或若干个总线周期组成
总线周期
1~2个 T1 T2 T3 T4 Ti Ti T1
若干个 T2 T3 Tw Tw Tw T4 Ti Ti
总线周期
总线周期
空闲时钟周期Ti， 空闲时钟周期 ，在两个总线周期之间插入 等待时钟周期Tw，在总线周期的 和 之间插入 等待时钟周期 ，在总线周期的T3和T4之间插入
返回
等待状态 CLK
个时钟周期T为 个时钟周期 例如: 的主频f为 例如 8086的主频 为5MHz 则1个时钟周期 为 的主频
1/f =1/(5*106) =200ns 8086CPU与其它部件交换信息都是通过总线进行的。 与其它部件交换信息都是通过总线进行的。 与其它部件交换信息都是通过总线进行的 CPU从存储器或外设存或取一个字节或字所需的时间称为总线周期。 从存储器或外设存或取一个字节或字所需的时间称为总线周期。 从存储器或外设存或取一个字节或字所需的时间称为总线周期 一个基本的总线周期由四个时钟周期组成
本节重点: 本节重点 1.时钟周期、总线周期、指令周期的含义，三者之间的关系。 时钟周期、总线周期、指令周期的含义，三者之间的关系。 时钟周期 2.时钟周期的计算 时钟周期的计算