2022年第五章的总线操作和时序微机原理第版课后答案.docx

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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 第五章 8088 的总线操作和时序本章内容主要介绍 8088 执行指令的三种周期,以及它们之间的区分和相互联系,在此基础上结合 8088 芯片引脚信号的功能分别介绍最小、最大组态下三总线信号在这些典型的总线周期中显现的时间关系；5.1 重点与难点本章的学习重点包括 8088 芯片外部的三总线结构,最大组态与最小组态的基本配置,总线掌握器 8288 在最大组态配置中的作用,在最大组态系统或最小组态系统中的时序协作问题；3.1.1 8088 的工作周期在微型机系统中,CPU的操作都是在系统主时钟 CLK的掌握下按节拍有序进行的；CPU执行一条指令的

2、时间（包括取指令、 指令译码和执行该指令所需的全部时间）称为一个指令周期；把通过外系统总线对储备器或 I O端口进行一次读写操作的过程称为总线周期,T状态就是 CLK 时钟周期；一个指令周期由如干个总线周期组成；每个总线周期通常包含 4个 T 状态,即 Tl、T2、T3、T4；在 T1状态, CPU往地址 / 数据复用总线（AD70）和地址 / 状态复用总线（ A1916/S 63）上发地址信息；在 T2 状态 , 从地址 / 数据总线和地址 / 状态总线上撤消地址信息 , 并使地址 / 数据总线成为高阻态 , 为传送数据信息作预备；与此同时 , 从地址 /状态总线的输出 4 位状态信息；在

3、T3状态 , 地址 / 状态总线连续输出状态信息 , 地址 / 数据总线用于传送数据信息；在储备器或外设不能准时地协作 CPU传送数据时 , 它们可以向 CPU恳求 , 在 T3周期之后插入一个或多个等待状态Tw；在 T4 状态 , 一个总线周期终止；在一个总线周期中, A158 始终输出地址信息； 假如一个总线周期之后, 不立刻执行下一个总线周期, 那么系统总线就会处于闲暇状态Ti, 执行闲暇周期；3.1.2 8088的总线操作18088 芯片引脚构成及在最大最小组态下的意义；8088 的 芯片引脚可分为两种：与工作模式无关的和与工作模式有关的；与工作模式相关的包括 24 31、33、34

4、脚；最小组态工作模式下,系统中只有一个 8088微处理器,全部的总线掌握信号直接由 8088 CPU 产生； MN（引脚 33）连至电源 , IO/用以区分是储备器拜访仍是 I/O 拜访；作为 CPU在写操作时输出的一个选通信号 . 是 CPU输出的中断响应信号；ALE 是地址锁存答应信号；DT/是数据发送接收信号,用以确定数据传送的方向；为数据答应信号；HOLD是系统中别的总线主设备要求占用总线时,向 CPU发出的总线恳求信号；HLDA为 CPU向外输出的总线恳求响应信号,是系统状态信号, 与 IO/线和 DT/线一起,反映现行总线周期的状态；最大组态工作模式下,系统中可以包含有多个微处理器

5、,适用于构成较大规模的微机系统或多处理器微机系统；包含一个总线掌握器8288,由 CPU向总线掌握器供应总线周期状名师归纳总结 态信号：、,然后总线掌握器对CPU的状态信息进行综合译码,产生全部总线掌握信号去第 1 页,共 6 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 掌握总线；此时, MN接地, 8088 就处在最大组态,此时、经过8288 总线掌握器进行状态译码和命令输出, 产生有关储备器拜访或I/O 拜访的总线周期和所需要的掌握信号； / ,/ 都是恳求 / 答应引脚,是由外部的总线主设备恳求总线并促使CPU在现行总线周期终止后让出总线用的；有效时,系

6、统中别的总线主设备不能获得对总线的掌握；QS1、QS0 供应一种状态答应外部追踪 8088 内部的指令队列；HIGH在最大组态时始终为高电平；仍有一些与工作方式无关的引脚； AD70 是地址数据分时复用线；A158 是高 8 位地址线； A19l6 /S63是地址 / 状态分时复用线；为读选通信号；READY是预备就绪信号；INTR 是可屏蔽中断恳求信号；是检测输人信号,是由“Wait ” 指令来检查的；NMI为非屏蔽中断输人信号； RESET是复位输入信号,它引起处理器立刻终止现行操作；CLK是时钟输入信号,供应了处理器和总线掌握器的定时操作；Vcc 是电源脚； GND是接地线；28088

7、的最小组态系统与时序在最小组态系统中,除 8088 CPU、储备器、 I/O 接口外,仍包含 8284 时钟发生器、地址锁存器 8282 8283 及 82868287 总线收发器；全部的总线掌握信号如 IO/ 、 ALE、DT/、等均由 CPU直接产生；8088 CPU 的地址 / 数据总线（ AD70）和地址 / 状态总线（ A1916/S63）是分时复用总线,即 CPU在与储备器或I/O 端口进行数据交换时,总是在T1 状态第一送出拜访储备器或I/O端口的地址信息, 随后又用这些引脚来传送数据和状态信号；信号的下降沿将地址锁入地址锁存器中；8088 CPU利用 T1状态中的 ALE最小组

8、态下,储备器读周期时序是这样的；第一 IO/ 信号在 Tl 状态开头后就变为低,表示与储备器通信；其次,从 Tl 状态开头, Al9 0显现的信号是 20 位地址信号, ALE 在 T1状态把地址信息锁存到地址锁存器中,在T2 状态, A1916 线上显现的地址信号变为状态信号S63；在 T2状态 AD70 转为高阻态, 为以后读人数据作好预备；在 T2状态信号起变为有效（此时信号为无效）,用以掌握数据传送的方向；由地址信号经过译码,找到指定的储备单元,在 T3 状态,指定单元的内容显现在数据线上；由于进行的是读操作,与总线收发器有关的掌握信号, DT/应为低电平,另一掌握信号也在（下降沿）采

9、样数据线,猎取数据；T2 状态开头有效； 8088 CPU在 T4 状态的前沿当使用的储备器 （或外设）工作速度较慢,不能满意上述基本时序的要求,就可用一个READY信号的产生电路,使 8088 在 T3状态 T4 状态之间插入 Tw状态,来解决 8088 与储备器或外设之间的时间协作问题；储备器写周期时序是这样的；第一也要有IO/ 信号,表示是进行储备器操作；其次要有名师归纳总结 写入储备单元的地址,以及ALE 信号；不同的是要写入储备器的数据,在T2 状态,也即当第 2 页,共 6 页16 位地址线 A150 已由 ALE锁存后, CPU就把要写入的8 位数据放至AD7 0 上了；写操作下

10、,由信号来代替信号,它在 T2状态开头有效； 实现写操作时, DT/应为高电平； 8088 在 T4 状态,使掌握信号变为无效,T4 开头对储备器的写入过程已经完成；- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 8088 与外设传送数据的时序,与CPU同储备器之间的时序,几乎完全相同,只是IO/信号应为高；38088 的最大组态系统与时序最大组态系统配置与最小组态系统配置相比,最主要的区分是增加了一个总线掌握器8288 和一个总线仲裁器 8289；8088 CPU 输出的状态信号、,同时送给 8288 和 8289,由8288 将 CPU的状态信号转换成 CPU系

11、统所需要的总线命令和总线掌握信号；对储备器和 I/O端口进行读写的信号、对地址锁存器 8282 和总线收发器 8286 的掌握信号, 以及中断掌握器8259 的掌握信号； 由总线仲裁器 决；8289 对系统多个处理器提出的共享总线资源的要求进行裁在最大组态下8088 的基本总线周期仍由4 个 T 状态组成；在T1状态, 8088 发出 20 位地址信号,同时送出状态信号、信号给8288 总线掌握器； 8288 进行译码,产生相应的命令和掌握信号输出；8288 在 T1期间送出地址锁存答应信号ALE,将 CPU输出的地址信息锁存至地址锁存器中,再输出到系统地址总线上；在T2状态, 8088 开头

12、执行数据传送操作,8088 内部的多路转换开关进行切换,将地址 / 数据线 AD70 上的地址信息撤消,切换成数据总线,为读写数据作预备；8288 发出数据总线答应信号 DEN和数据发送 / 接收掌握信号 DT/,答应总线收发器工作,使数据总线与8088 的数据线接通,并掌握数据传送的方向；同样,把地址 / 状态线 A1916/S 63 切换成与总线周期有关的状态信息,指示如干与周期有关的情形；在 T3 周期开头的前沿 （时钟下降沿） ,8088 采样 READY线；假如 READY信号有效 高电平 ,就在 T3 状态终止后进入T4状态；在 T4 周期开头的时钟下降沿,把数据总线上的数据读入C

13、PU或写到地址选中的储备单元；在T4 状态, 8088 完成数据传送,状态信号、变为无操作的状态；在此期间,8088 终止总线周期,复原各信号线的初态,预备执行下一个总线周期；3.2 例题解析1假定某 CPU的时钟频率为5MHz,那么一个基本的总线周期为多长时间？答：一个基本的总线周期由 4 个 T 状态组成,而每一个 T 状态就是时钟周期的长度, 8088的时钟频率为 5MHz,故一个 T 状态为 200ns,所以一个基本的总线周期为 800ns；28088 如何解决地址线和数据线的复用问题？作用？ALE何时处于有效状态？有效时起什么答：8088 CPU 的地址 / 数据总线（ AD70）和

14、地址 / 状态总线（ A1916/S63）是分时复用总线, CPU 在与储备器或 I/O 端口进行数据交换时,总是在 T1状态第一送出要拜访的存储器或 I/O 端口的地址信息,随后又用这些引脚来传送数据和状态信号,而在对储备器或I/O 端口进行读写操作时,在整个读写总线周期内地址不应有变化；因此,就必需在总线周期 T1 状态先将地址锁存起来,以便在读写总线周期内保持地址稳固；8088 CPU利用 T1状态中的 ALE信号的下降沿将地址锁入地址锁存器中；ALE：地址锁存答应信号；高电平有效；名师归纳总结 用于将地址选通到地址锁存器；在下跳沿中发生锁存,用来将8088 输出的地址码打人地址第 3

15、页,共 6 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 锁存器；3. 分析 8088 CPU 最大方式下的读 / 写操作时序；答：在最大组态下 8088 的基本总线周期仍由 4 个 T 状态组成；在 T1状态, 8088 发出 20 位地址信号,同时送出状态信号、信号给 8288 总线掌握器；8288 对、进行译码,产生相应的命令和掌握信号输出；8288 在 T1期间送出地址锁存答应信号 ALE,将 CPU输出的地址信息锁存至地址锁存器中,再输出到系统地址总线上；在 T2状态, 8088 开头执行数据传送操作；此时,8088 内部的多路转换开关进行切换,将地址

16、 /数据线 AD70 上的地址信息撤消,切换成数据总线,为读写数据作预备；8288 发出数据总线答应信号 DEN和数据发送 / 接收掌握信号 DT/,答应总线收发器工作,使数据总线与 8088 的数据线接通, 并掌握数据传送的方向；同样, 地址 / 状态线 A1916/S63上的高位地址信息被切换成与总线周期有关的状态信息,指示如干与周期有关的情形；在 T3 周期开头的前沿 （时钟下降沿）, 8088 采样 READY线；假如 READY信号有效高电平,就在 T3 状态终止后进入 T4 状态；假如拜访的是慢速储备器或是外设接口,就应当在Tl 输出的地址,经过译码选中某个单元或设备后,立刻驱动

17、READY信号到低电平；8088 在 T3 的前沿采样到 READY信号无效,就在 T3状态后插人等待周期 Tw；在 Tw状态的时钟下降沿,8088 再采样 READY信号,只要 READY为低电平,就连续插人 Tw状态,直至采样到 READY为高电平,才进入 T4状态；在 T4 周期开头的时钟下降沿,把数据总线上的数据读入 CPU或写到地址选中的单元；在 T4状态, 8088 完成数据传送,状态信号、变为无操作的过渡状态；在此期间,8088 终止总线周期,复原各信号线的初态,预备执行下一个总线周期；48088 有两种工作方式, 即最大组态工作方式和最小组态工作方式,工作于何种方式由掌握总线中

18、的一条 信号线来打算；（B）LOCK （A）NMI （C）MN/ （D）IO/ 答： 当 8088 CPU 的 MN/引脚接 +5V 电源时, 8088 CPU 工作于最小组态工作方式下；当8088CPU的 MN/引脚接地时, 8088CPU工作于最大方式,挑选 C是正确的；58088 处理器最小组态工作方式和最大组态工作方式的主要差别是（）；（A）容量不同（B）I/O 端口数不同（C）数据总线的位数不同（D）单处理器和多处理器的不同答： 8088 CPU 工作于最小组态工作方式,用于构成小型的单处理器系统；8088 CPU 工作于最大组态工作方式,用于构成多处理器系统,与最小组态工作方式下

19、8088 系统配置相比较,最大组态工作方式系统增加了专用的总线掌握器 8288,挑选答案 D是正确的；5.3 习题与参考答案名师归纳总结 1. Intel8088有那几种工作周期？它们之间的关系如何？第 4 页,共 6 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 2. 8088 的基本总线周期由哪几个时钟周期组成？在何种情形下需要插入等待周期？3. 假定某 CPU的时钟频率为100MHz,那么一个基本的总线周期为多长时间？4. 8088 的最小组态（最小模式）的配置与最大组态（最大模式）的配置相比,主要区别是什么？5. 8088如何解决地址线和数据线的复用问题

20、？ALE何时处于有效状态？有效时起什么作用？6. 8284 时钟发生器能产生哪三种信号？结合等待状态产生电路的作用,试述 8088 插入等待周期 TW 的过程；7. 8088 在作 I/O 拜访时,信号 IO/ 为高电平仍是低电平？此时 A19A16在 T1T2时的状态有无实际意义？为什么？8. 为什么 8088 的 I/O 读写总线周期中总是要插入等待周期 TW？9. 8288 总线掌握器有什么功能？10. 在 8088 的最小组态（最小模式）的配置与最大组态（最大模式）的配置中,系统总线是如何形成的？参考答案：1. 答：8088 有三种工作周期：指令周期、总线周期和T 状态（时钟周期）；C

21、PU执行一条指令的时间（包括取指令、指令译码和执行该指令所需的全部时间）称为一个指令周期；把通过系统总线对储备器或 I O 端口进行一次读写操作过程所需的称为总线周期,T 状态就是 CLK时钟周期；一个指令周期由如干个总线周期组成；每个总线周期通常包含 4 个 T状态,即 Tl、T2、T3、T4；2. 答： 8088 的基本总线周期由Tl、T2、T3、T4 4 个 T 状态（即时钟周期）组成；当拜访的是慢速储备器或是外设接口,因其工作速度与CPU不能匹配, 就应当插人等待周期 Tw；3. 解： 时钟周期 T 状态是 CLK频率的倒数,即 T = ；此题 T = = 10 ns, 那么一个基本的

22、总线周期为 40 ns ；4. 答：（见例题解析 5）5. 答： （见例题解析 2）6. 答： 8284 时钟发生器能产生时钟信号 CLK、复位信号 RESET和预备好信号 READY；当拜访的是慢速储备器或是外设接口,就在Tl 输出的地址,经过译码选中某个单元或设备后,通过等待状态产生电路,立刻驱动 READY信号到低电平；8088 在 T3 的前沿采样到READY信号无效,就在 T3状态后插人等待周期 Tw；在 Tw 状态的时钟下降沿,8088 再采样READY信号,只要 READY为低电平,就连续插人 Tw状态,直至采样到 READY为高电平,才进入 T4 状态；名师归纳总结 7. 答：

23、 8088 在作 I/O 拜访时,信号IO/ 为高电平,此时A19A16在 T1T2 时的状态无实第 5 页,共 6 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 际意义,由于I/O 端口地址只能是8 位的或 16 位的,高 4 位地址线不起作用；8. 答： 一般外设及其接口的工作速度总是跟不上CPU的工作速度,所以8088 的 I/O 读写总线周期中总是要插入等待周期Tw；9. 答： 在最大组态工作方式中,8288 将 8088 CPU输出的状态信号、的状态信号转换成 CPU系统所需要的总线命令和总线掌握信号；对储备器和 I/O 端口进行读写的信号、对地址锁存

24、器 8282 和总线收发器 8286 的掌握信号,以及中断掌握器 8259 的掌握信号；10. 答：在 8088 的最小组态 （最小模式） 的配置与最大组态 （最大模式） 的配置中, 8088的引脚 A19 16/S 63、A158、AD70 经过地址锁存器形成系统地址总线；AD7 0 经过总线收发器形成系统数据总线；在最小组态（最小模式）的配置中,系统掌握总线直接来自 8088 的掌握信号引脚,而在最大组态（最大模式）的配置中,8088 CPU 输出的状态信号、经过总线掌握器 8288,转换成 CPU系统所需要的各种掌握信号,从而形成系统掌握总线；名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 6 页