8086与8088
一、8086与8088概述
- 8088/8086都是16位微处理器，内部运算器和寄存器都是16位的，同样具有20位地址线
- 8088/8086都是由执行单元(EU)和总线接口部件(BIU)两大部分构成
- 指令系统和寻址能力都相同，两种CPU是兼容的
- 8088被称作准十六位的、是紧继8086之后推出的，为了去兼容当时已有的一整套Intel外围设备接口芯片
- 外部数据总线位数的差别：8088与存储器和I/O接口进行数据传输的外部数据总线宽度为8位，而8086数据总线为16位
- 指令队列容量的差别：8086CPU的指令队列可容纳6个字节，且在每个总线周期中从存储器中取出2个字节的指令代码填入指令队列；而8088CPU的指令队列只能容纳4个字节，且在每个总线周期中只能取一个字节的指令代码
- 某些引脚还有一些差别，比如8086低电平访问存储器，高电平访问IO，而8088相反
二、8086与8088的三个共同特点
三、编程结构中的Bus interface unit与Execution unit
1.BIU
功能：与存储器、IO端口进行数据通信
组成：4个段地址寄存器、指令指针寄存器IP、20位地址加法器、6字节指令队列缓冲器
2.EU
功能：执行指令
组成：4个通用寄存器、4个专用寄存器、标志寄存器FR、ARU(arithmetic logic unit)
四、8086引脚信号与工作模式
1.基本概念
- 8086CPU可在两种模式下工作
最小模式：系统中只有8086，所有总线控制信号都直接由8086产生
最大模式：有两个或两个以上的CPU，一个为主CPU8086，其他为：数值运算协CPU8087、IO协CPU8089
2.8086引脚信号和功能
①完成一次访问内存或接口所需信号
②与外部同步控制信号
③中断请求和响应信号
④总线保持和响应信号
3.8086存储器的组织
8086的数据总线为16位，但它访问存储器时，即要能传送一个字，又要能传送一个字节，因此必须将16位宽度的存储器分成两个独立的8位宽度的存储体(奇偶存储体)来处理
4.8086的操作和时序
CPU工作时序：CPU引脚信号在时间上的关系
- 指令周期：执行一条指令所需要的时间
- 总线周期：CPU通过总线与存储器或I/O接口进行一次数据传输所需的时间
- 时钟周期：CPU处理动作的最小单位
①总线操作
一个最基本的总线周期由4个时钟周期组成，习惯上将4个时钟周期分别称为4个状态，即T1状态、T2状态、T3状态、T4状态
下面，以总线读操作的时序为例
- T1状态：CPU发地址信息
M//IO信号：从存储器读还是从I/O设备中读数据
AD15-AD0、A19/S7-A16/S3：确定20位地址
/BHE：选择奇地址存储体
ALE：地址锁存信号，以使地址/数据线分开
DT//R：为低电平，指示收发器8286接收数据，读操作
- T2状态：CPU从总线上撤销地址，使总线的低16位浮置成高阻状态，为传输数据作准备。总线的高4位(A16-A19)用来输出本总线周期状态信息(表示中断允许状态，当前使用的段寄存器名等)
A19/S6-A16/S3：出现S6-S3状态信号。决定段寄存器、IF状态、8086CPU是否连在总线上。
AD15-AD0：高阻状态。
/RD：由高电平变为低电平，开始进行读操作。
/DEN：变低电平，启动收发器8286，做好接收数据的准备。
- T3状态：总线的高4位继续提供状态信息，而总线低16位上出现CPU写出的数据或读入的数据
若存储器或I/O端口已做好发送数据准备，则在T3状态期间将数据放到数据总线上，在T3结束时，CPU从AD15-AD0上读取数据。若在T3状态，存储器或外设没有准备好数据，不能在T3状态将数据放到总线上，使READY=0，则CPU在T3和T4之间插入一个或几个TW状态，直到数据准备好READY=1为止。
- T4状态：总线周期结束。
CPU对数据总线进行采样，读出数据
注意：
由于外设或存储器速度较慢，常常不能及时配置CPU传送数据。这时，外设或存储器会通过READY信号线在T3状态启动之前向CPU发送“数据未准备好”信号，于是CPU会在T3之后插入1个或多个附加的时钟周期Tw(等待状态)。在Tw状态，总线上的信息情况和T3状态的信息情况一样。当存储器或外设完成数据传送时，便在READY线上发送“准备好”信号，CPU一接受到这信号，就会自动脱离Tw状态进入T4状态。
只有在CPU和内存或IO接口之间传输数据，以及填充指令队列时，CPU才执行总线周期。如果在1个总线周期之后，不立即执行下一个总线周期，那么，系统总线就处在空闲状态，此时，执行空闲周期。S6～S3同前一总线周期；若前一周期是读周期，则AD15 ～AD0为高阻态；总前一周期是写周期，则AD15 ～AD0保持数据有效。
②8086的复位与启动操作
8086的复位与启动信号通过RESET信号引发
RESET信号一进入高电平，CPU就会结束现行操作，如果维持4个时钟周期的高电平则复位，并且，只要RESET信号停留在高电平状态，CPU就维持在复位状态。如果是初次加电引起的复位，则要求维持不小于50μs的高电平。
复位状态：CPU将CS设置为初值0FFFFH，其他内部寄存器都被设置为0
RESET信号从高电平跳变到低电平并经过7个是时钟周期后，CPU就被启动恢复正常工作，即从FFFF0H处开始执行程序
③最小模式下的总线保持
当系统中CPU之外的另一个控制器要求使用总线时，向CPU发请求信号HOLD。在每个时钟脉冲的上升沿，CPU检测HOLD，如为高电平，并且允许让出总线时，在总线周期的T4或空闲状态Ti之后的下一个时钟周期，ＣPU发出总线响应信号HLDA，并且让出总线，直到HOLD信号无效，CPU才收回总线控制权。
④最大模式下的总线请求/授权
与最小模式下不同的是，在最大模式下，总线控制信号不再是HOLD和HLDA，而是功能更加完善的两个双向信号引脚/RQ//GT0和/RQ//GT1，他们都称为总线请求/授权信号端，但是前者的优先级更高。每次总线控制权的切换都是通过三个环节来实现的，即发请求脉冲、CPU发授权脉冲，用完总线后发给CPU释放脉冲，这三个脉冲都是负脉冲。另外，每次总线控制权改变后，总线上必须有一个空闲周期。即在一个时钟周期中，没有任何一个主模块使用总线。
⑤中断操作
中断：硬件中断、软件中断
硬件中断(外部中断):INTR可屏蔽中断、NMI不可屏蔽中断
软件中断(内部中断)：INT n软中断、INTO溢出中断、除数为0中断、单步中断
中断向量：中断处理子程序的入口地址，每个中断类型对应一个中断向量
中断向量表位于内存的0-3FFH区域
下图是低地址在下，高地址在上(有点反常)
前5个是专用中断，除非屏蔽中断外，其他都是软件中断
类型5到类型31共27个中断为保留的中断，是提供给系统使用的
其余类型中断原则上可以用户自定义，但有些中断类型已有固定用途，比如21H中断是操作系统MS-DOS的系统调用，在Windows操作系统中仍有效
中断响应流程图
中断响应的总线周期
当响应一个可屏蔽中断时，CPU实际执行的总线时序如下：
第一步：执行2个中断响应周期，得到中断类型码
第二步：执行1个总线写周期，把标志寄存器入栈
第三步：标志寄存器中IF和TF置0
第四步：执行1个总线写周期，CS入栈
第五步：执行1个总线写周期，IP入栈
第六步：执行1个总线读周期，偏移量送IP寄存器
第七步：执行1个总线读周期，段地址送CS寄存器
如果是NMI或软件中断，则跳过第一步，从第二步开始按次序执行到第七步
五、8086的系统配置
1.8086在最小模式下的典型配置
除了CPU外，还需要哪些芯片来构成一个最小模式系统？这些芯片和CPU之间的连接关系是什么样的？
8284A时钟发生器、地址锁存器8282(或74LS373)、8286数据收发器(或74LS245)
2.8086在最大模式下的典型配置
最大模式配置和最小模式配置有一个主要的差别，就是在最大模式下，需要用外加电路来对CPU发出的控制信号进行变换和组合，以得到对存储器和IO端口的读写信号和对锁存器8282和对总线收发器8286的控制信号。8288总线控制器就是完成上面这些功能的专用芯片。8259A是中断优先级管理部件。使用8288后，就可以依据/S0,/S1,/S2的组合来提供相应的控制信号