基本概念

  • 时钟周期:CPU处理动作的最小单位(T1~T4)
  • 总线周期:至少包含传送地址和传送数据两个过程
    • T1:CPU输出地址
    • T2~T4:数据传送
  • 等待周期TWT_W:当外设没有准备后,在T3周期后面插入等待周期。如果当前没有执行指令则处于空闲周期
  • 指令周期:取值+执行
    从整体上看,总线周期至少包含4个时钟周期,指令周期包括多个总线周期

研究原因

  • 了解CPU工作时各引脚信号的相对时间关系
  • 深入了解指令的执行过程
  • CPU与存储器、I/O等的时序配合
  • 实时控制:精确计算程序运行时间

典型时序分析

内存读时序


最小模式总线时序

总线读操作

(DS)=1000H,(SI)=2345H,(12345H)=78H ,MOV AL,[SI]

时序分析

首先看T1周期
从上到下看,首先送出地址线,ALE高电平有效,进行地址锁存。
M/IO,低电平时读IO,高电平是读存储器。
T1周期,读信号无效。DT/R读操作,为低电平。目前是地址输出,所以DEN数据使能无效
T2周期,读信号低电平有效,数据使能,因为数据是输入的,地址是输出的,两种方向是不相同的,所以需要将总线先置为高阻态,为总线方向转换做准备。需要等待一个时钟周期。
T3周期,数据从总线上输入,保持读信号有效
T4周期,读信号撤销,DEN跟随读信号,变为高电平无效。为了保证数据能够正确输入,数据在读信号撤销后还保持一段时间。

总线写周期

时序分析

在T1周期,首先送出地址,ALE高电平有效,进行地址锁存。
T2周期,写信号低电平有效,DEN有效 .因为数据是从CPU直接发出的,不需要等待,所以数据在T2周期就出现在数据总线上。
T3周期,写信号、DEN和数据保持有效
T4周期,撤销写信号、DEN信号变为无效状态,为了保持数据正确输出,数据继续保持一段时间。

读写操作不同点

(1)  CPU不是输出读信号,而是输出写信号。
(2) DT/R整个总线周期为高电平,表示本总线周期为写周期,在接有数据总线收发器的系统中,用来控制数据传输方向。
(3) AD15~AD0在T2到T4状态输出数据,输出地址与输出数据为同一方向,无需像读周期那样要高阻态作缓冲,故T2状态无高阻态。

中断响应

时序分析

中断响应操作,响应的条件是CPU的INTR引脚高电平,IF=1。
在第一个总线周期CPU发出ALE信号,作为地址锁存信号;
INTA中断应答信号低电平,通知外设CPU已接受其中断请求,同时使数据总线、地址总线悬空。
第二个总线周期,被响应的外设向数据总线发送一个字节的中断类型号,CPU读入后查中断向量表,找到中断服务程序入口地址,转去执行中断服务程序。

最大模式时序与最小模式时序区别

  • (1)控制信号ALE、DEN和DT/R

- 最大模式中,ALE、DEN和DT/R由总线控制器8288发出,DEN高电平有效。

- 最小模式中这三个信号由8086 CPU直接发出。DEN是低电平有效。

  • (2)命令信号存储器读写和IO读写信号,和状态信号S2、S1和S0。由于在最大模式下必须使用总线控制器8288,因此在其时序图中必然出现访问存储器和I/O接口的命令信号。

习题

在最小模式下8086处理器的读信号和写信号在第几个时钟周期发出

解答:T2

中断响应的两个总线周期分别完成什么工作

解答:第一总线周期完成中断响应信号发送;第二总线周期发送中断类型信号

8086/8088处理器中断响应的第二个总线周期完成

解答:外设发送中断类型码给CPU