微机第04章(外部特性).ppt
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1、1,2,第4章 微处理器外部特性,教学重点最小组态下的引脚信号和总线形成最小组态下的总线时序IBM PC总线,3,4.1 8088的引脚信号和总线形成,外部特性表现在其引脚信号上,学习时请特别关注以下几个方面:引脚功能指引脚信号的定义、作用;通常采用英文单词或其缩写表示信号流向指信号是从芯片向外输出,还是从外部输入芯片,抑或是双向的有效电平指起作用的有效信号电平:高/低电平;上升/下降边沿有效三态能力输出正常的低电平、高电平外,还可以输出高阻的第三态,4,4.1.1 8088的两种组态模式,两种组态构成两种不同规模的应用系统最小组态模式构成小规模的应用系统8088本身提供所有的系统总线信号最大
2、组态模式构成较大规模的应用系统,例如可以接入数值协处理器80878088和总线控制器8288共同形成系统总线信号,5,4.1.1 8088的两种组态模式(续),两种组态通过MN/-MX引脚信号进行选择引脚MN/-MX接高电平为最小组态模式引脚MN/-MX接低电平为最大组态模式两种组态下的内部操作并没有区别,IBM PC/XT机采用最大组态模式本书以最小组态展开基本原理,6,8088的引脚,1234567891011121314151617181920,4039383736353433323130292827262524232221,GND A14 A13 A12 A11 A10 A9 A8 A
3、D7 AD6 AD5 AD4 AD3 AD2 AD1 AD0 NMI INTR CLK GND,VCCA15A16/S3A17/S4A18/S5A19/S6-SS0(HIGH)MN/-MX-RDHOLD(-RQ0/-GT0)HLDA(-RQ1/-GT1)-WR(-LOCK)IO/-M(-S2)DT/-R(-S1)DEN(-S0)ALE-INTA-TESTREADYRESET,8088,7,4.1.2 最小组态的引脚信号,数据和地址线读写控制引脚中断请求和响应引脚总线请求和响应引脚其它引脚,8,1.数据和地址引脚,AD7AD0(Address/Data)地址/数据分时复用引脚,双向、三态在访问存
4、储器或外设的总线操作周期中,这些引脚在第1个时钟周期输出存储器或I/O端口的低8位地址A7A0其他时间用于传送8位数据D7D0,9,1.数据和地址引脚(续1),A15A8(Address)中间8位地址引脚,输出、三态在访问存储器或外设时,提供20位地址中中间8位的地址A15A8,10,1.数据和地址引脚(续2),A19/S6A16/S3(Address/Status)地址/状态分时复用引脚,输出、三态这些引脚在访问存储器的第1个时钟周期输出高4位地址A19A16在访问外设的第1个时钟周期全部输出低电平(访问外设时不使用)其他时间输出状态信号S6S3,11,2.读写控制引脚,ALE(Addres
5、s Latch Enable)地址锁存允许,输出、三态、高电平有效ALE引脚高有效时,表示复用引脚:AD7AD0和A19/S6A16/S3正在传送地址信息由于地址信息在这些复用引脚上出现的时间很短暂,所以系统可以利用ALE信号将地址信息锁存起来,12,2.读写控制引脚(续1),IO/-M(Input and Output/Memory)I/O或存储器访问,输出、三态该引脚输出高电平时,表示CPU将访问I/O端口,这时地址总线A15A0提供16位I/O口地址该引脚输出低电平时,表示CPU将访问存储器,这时地址总线A19A0提供20位存储器地址,13,2.读写控制引脚(续2),-WR(Write)
6、写控制,输出、三态、低电平有效有效时,表示CPU正在写出数据给存储器或I/O端口-RD(Read)读控制,输出、三态、低电平有效有效时,表示CPU正在从存储器或I/O端口读入数据,14,2.读写控制引脚(续3),IO/-M、-WR 和-RD 是最基本的控制信号3 者组合后,可产生4种基本的总线操作(周期),15,2.读写控制引脚(续4),READY 存储器或I/O口就绪,输入、高电平有效在总线操作周期中,8088 CPU会在第3个时钟周期的前沿测试该引脚如果测到高有效,CPU直接进入第4个时钟周期如果测到无效,CPU将插入等待周期TwCPU在等待周期中仍然要监测READY信号,有效则进入第4个
7、时钟周期,否则继续插入等待周期Tw。,16,2.读写控制引脚(续5),-DEN(Data Enable)数据允许,输出、三态、低电平有效有效时,表示当前数据总线上正在传送数据,可利用他来控制对数据总线的驱动 DT/-R(Data Transmit/Receive)数据发送/接收,输出、三态该信号表明当前总线上数据的流向高电平时数据自CPU输出(发送)低电平时数据输入CPU(接收),17,2.读写控制引脚(续6),-SS0(System Status 0)最小组态模式下的状态输出信号它与IO/-M和DT/-R一道,通过编码指示CPU在最小组态下的 8 种工作状态:1.取指(000)5.中断响应(
8、100)2.存储器读(001)6.I/O读(101)3.存储器写(010)7.I/O写(110)4.过渡状态(011)8.暂停(111),与最大组态对比,18,3.中断请求和响应引脚,INTR(Interrupt Request)可屏蔽中断请求,输入、高电平有效有效时,表示请求设备向CPU申请可屏蔽中断该请求的优先级别较低,并可通过关中断指令CLI清除标志寄存器中的IF标志、从而对中断请求进行屏蔽,19,3.中断请求和响应引脚(续1),-INTA(Interrupt Acknowledge)可屏蔽中断响应,输出、低电平有效有效时,表示来自INTR引脚的中断请求已被CPU响应,CPU进入中断响应
9、周期中断响应周期是连续的两个,每个都发出有效响应信号,以便通知外设他们的中断请求已被响应、并令有关设备将中断向量号送到数据总线,20,3.中断请求和响应引脚(续2),NMI(Non-Maskable Interrupt)不可屏蔽中断请求,输入、上升沿有效有效时,表示外界向CPU申请不可屏蔽中断该请求的优先级别高于INTR,并且不能在CPU内被屏蔽当系统发生紧急情况时,可通过他向CPU申请不可屏蔽中断服务,21,4.总线请求和响应引脚,HOLD总线保持(即总线请求),输入、高电平有效有效时,表示总线请求设备向CPU申请占有总线该信号从有效回到无效时,表示总线请求设备对总线的使用已经结束,通知CP
10、U收回对总线的控制权,22,4.总线请求和响应引脚(续1),HLDA(HOLD Acknowledge)总线保持响应(即总线响应),输出、高电平有效有效时,表示CPU已响应总线请求并已将总线释放此时CPU的地址总线、数据总线及具有三态输出能力的控制总线将全面呈现高阻,使总线请求设备可以顺利接管总线待到总线请求信号HOLD无效,总线响应信号HLDA也转为无效,CPU重新获得总线控制权,23,5.其它引脚,RESET复位请求,输入、高电平有效该信号有效,将使CPU回到其初始状态;当他再度返回无效时,CPU将重新开始工作8088复位后CSFFFFH、IP0000H,所以程序入口在物理地址FFFF0H
11、,24,5.其它引脚(续1),CLK(Clock)时钟输入系统通过该引脚给CPU提供内部定时信号。8088的标准工作时钟为5MHzIBM PC/XT机的8088采用了4.77MHz的时钟,其周期约为210ns,25,5.其它引脚(续2),Vcc 电源,向CPU提供5V电源GND 地,向CPU提供参考地电平MN/-MX(Minimum/Maximum)组态选择,输入接高电平时,8088引脚工作在最小组态;反之,8088工作在最大组态,26,5.其它引脚(续3),-TEST测试,输入、低电平有效该引脚与WAIT指令配合使用当CPU执行WAIT指令时,它将在每个时钟周期对该引脚进行测试:如果无效,则
12、程序踏步并继续测试;如果有效,则程序恢复运行也就是说,WAIT指令使CPU产生等待,直到引脚有效为止在使用协处理器8087时,通过引脚和WAIT指令,可使8088与8087的操作保持同步,27,“引脚”小结,CPU引脚是系统总线的基本信号,可以分成以下类:8位数据线:D0D720位地址线:A0A19控制线:ALE、IO/-M、-WR、-RD、READYINTR、-INTA、NMI,HOLD、HLDARESET、CLK、电源线:Vcc、GND,28,“引脚”提问,提问1:CPU引脚是如何与外部连接的呢?解答:总线形成(第节),提问2:CPU引脚是如何相互配合,实现总线操作、控制系统工作的呢?解答
13、:总线时序(第4.2节),29,系统构成,30,4.1.3 最小组态的总线形成,AD7AD0,A15A8,A19/S6A16/S3,+5V,8088,ALE,8282,STB,系统总线信号,A19A16,A15A8,A7A0,D7D0,IO/-M-RD-WR,8282,STB,8282,STB,8286,T-OE,MN/-MXIO/-M-RD-WR,DT/-R-DEN,-OE,-OE,-OE,31,最小组态的总线形成,20位地址总线可采用3个三态透明锁存器8282进行锁存和驱动8位数据总线可采用数据收发器8286进行驱动系统控制信号由8088引脚直接提供,32,(1)地址总线形成锁存器,采用3
14、个8282进行锁存和驱动Intel 8282是三态透明锁存器,类似有Intel 8283和通用数字集成电路芯片373三态输出:输出控制信号有效时,允许数据输出;无效时,不允许数据输出,输出呈高阻状态透明:锁存器的输出能够跟随输入端的变化而变化,有问题!,三态,锁存,33,三态门和D触发器,三态门、D触发器、锁存器是微机接口电路中最常使用的几类器件三态门:驱动、隔离。多用在输入场合。D触发器和锁存器:信号的保持锁存。多用在输出场合。,控制1,控制2,控制3,控制4,总线,三态门,三态门,锁存器D触发器,锁存器D触发器,34,D触发器,D QC Q,电平锁存,D QC Q,上升沿锁存,电平锁存高电
15、平通过,低电平锁存上升沿锁存通常用负脉冲后沿触发锁存,负脉冲的后沿锁存,D QC Q,S,R,带有异步置位/清零端的电平控制的锁存器,正脉冲的后沿锁存,ALE,-WR,35,74LS273(8 D触发器),具有异步清零端的8D触发器TTL工作电平上升沿触发锁存,36,74LS373,具有三态输出的透明锁存器TTL工作电平LE 电平锁存高电平有效-OE 输出允许,37,Intel 8282,具有三态输出的透明锁存器TTL工作电平STB 电平锁存高电平有效-OE 输出允许,38,三态缓冲器,三态门具有单向导通和三态的特性,C为低平(无效)时:输出为高阻抗(三态)C为高电平(有效)时:输出为输入的反
16、相,C,A,F,输出场合表示反相输入场合表示低电平有效,C,A,F,C,A,F,C,A,F,39,74LS244,双4位单向缓冲器分成4位的两组每组的控制端连接在一起控制端低电平有效输出与输入同相,40,双向三态缓冲器,双向三态门具有双向导通和三态的特性,-OE0,导通 T1 AB T0 AB-OE1,不导通,41,Intel 8286,8位双向缓冲器控制端连接在一起,低电平有效可以双向导通输出与输入同相,-OE0,导通 T1 AB T0 AB-OE1,不导通,42,74LS245,8位双向缓冲器控制端连接在一起,低电平有效可以双向导通输出与输入同相,-E0,导通 DIR1 AB DIR0 A
17、B-E1,不导通,43,(2)8位数据总线的形成,采用数据收发器8286进行双向驱动 Intel 8286是8位三态双向缓冲器,类似功能的器件还有Intel 8287、通用数字集成电路245等另外,接口电路中也经常使用三态单向缓冲器,例如通用数字集成电路244就是一个常用的双4位三态单向缓冲器,44,(3)系统控制信号的形成,由8088引脚直接提供因为基本的控制信号8088引脚中都含有例如:IO/-M、-WR、-RD等其它信号的情况看详图,45,4.1.4 最大组态的引脚定义,8088的数据/地址等引脚在最大组态与最小组态时相同有些控制信号不相同,主要是用于输出操作编码信号,由总线控制器828
18、8译码产生系统控制信号:-S2、-S1、-S03个状态信号-LOCK总线封锁信号QS1、QS0指令队列状态信号-RQ/-GT0、-RQ/-GT12个总线请求/同意信号,46,IBM-PC的电路结构,8088微处理器,8087协处理器,8288总线控制器,I/O通道,8259中断控制器,随机存储器RAM,只读存储器ROM,8253定时控制器,8237DMA控制器,8255并行接口,控制总线,数据总线,地址总线,地址锁存器,数据收发器,扬声器接口,8284时钟发生器,键盘接口,系统配置开关,CPU子系统,板级总线,47,4.1.5 最大组态下的总线形成,系统总线信号,-MEMR-MEMW-IOR-
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- 微机 04 外部 特性
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