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1、第二阶段：硬件电路原理研究微型计算机硬件电路原理，首先要研究 CPU 的引脚信号及其时序。补充：8086/8 引脚功能与时序8086 和 8088 有两种工作模式：本课程限于课时，只研究 8088 最小工作模式最大模式多处理器模式最小模式单处理器模式一、8086 和 8088 最小模式的引脚信号名称参见 P49，图 3.6 。注意 8086 与 8088 引脚的不同。二、8086 和 8088 CPU 子系统（最小模式三总线结构）1、8088 最小模式三总线结构（参见图 3.7） 1 2A 1 9 A 1 6A 7 A 07D 7 D 0H O L DH L D AA 1 5 A 8A 1 5
2、 A 88M / I O地址总线 A0A19都是通过 8282（或 74LS373）从AD0AD15,A16/S3A19/S6 中锁存分离出来；数据总线 D0D15可以直接从 AD0AD15 引出，或者通过 8286（或74LS245）加以驱动控制总线直接从 CPU 上引出。与总线访问有关的信号主要有：CLK， M/IO， Error!， Error!，ALE， Error!，DT/Error!等CLK 和 RESET 等信号由 8284 时钟芯片产生，CLK 的频率是晶体振荡频率的 3 分频。2、8088 与 8086 的不同点是：1）地址锁存器 8282 只需 2 片，A8A15 不需要锁
3、存；2）没有Error!信号。D 7D 0D 1D 2D 3D 4D 5D 6Q 0Q 1Q 2Q 3Q 4Q 5Q 6Q 7S T B O EI n t e l 8 2 8 27 4 L S 3 7 3O E = 0 ， Q 输出有效O E = 1 ， Q 输出高阻S T B = 0 时 ， Q = DS T B = 1 时 ， Q 不变三、时钟周期与总线周期1、时钟周期CPU 主时钟（CLK 引脚）的信号周期（频率的倒数） ，又称为 T 状态。 8088 最高频率 5MHz，晶体振荡器频率 15 MHz。2、总线周期CPU 完成一次总线读/写操作所需要的时间，一般用几个T 状态表示。808
4、6、 8088 一个总线周期至少有 4 个 T 状态。四、8088 最小模式的总线周期时序1、存储器读/输入周期时序图T 1T 2 T 3 T 4C L KI O / MA 1 9 A 1 6 / S 6 S 3A 1 9 A 1 6S 6 S 3A 1 5 A 8A 1 5 A 8A D 7 A D 0 A 7 A 0D 7 D 0 输入A L ER DD T / RD E N高电平 = I O 低电平 = M存 储 器 读 / 输 入 周 期2、存储器写/输出周期时序图T 1T 2 T 3 T 4C L KI O / MA 1 9 A 1 6 / S 6 S 3A 1 9 A 1 6S 6
5、 S 3A 1 5 A 8A 1 5 A 8A D 7 A D 0 A 7 A 0D 7 D 0 输出A L EW RD T / RD E N高电平 = I O 低电平 = M存 储 器 写 / 输 出 周 期3、总线周期与指令的关系T 1T 2 T 3 T 4C L KI O / MA 1 9 A 1 6 / S 6 S 3A 1 9 A 1 6 = 0 0 0 1S 6 S 3A 1 5 A 8A 1 5 A 8 = 0 0 0 1 0 0 1 0A D 7 A D 0 A 7 A 0 = 0 0 1 1 0 1 0 0输出 D 7 D 0 = 0 1 0 1 0 1 1 0A L EW
6、R高电平 = I O 低电平 = MM O V 1 2 3 4 H ， 5 6 H 指令执行总线周期时序图设 ： D S = 1 0 0 0 H ， 物理地址 A 1 9 A 0 = 1 1 2 3 4 HD 7 D 0 = 5 6 H ， I O / M = 0R D = 1第五章 半导体存储器5-1 存储器的分类5-1-1 内存与外存内存直接与 CPU 三总线相连，CPU 可以直接访问的存储器。特点：速度要求快，容量有限，但是价格高；外存必须经过 I/O 接口及其控制设备，CPU 才能访问的存储器。特点：要求容量大，价廉，常用磁、光介质。5-1-2 半导体存储器分类、 按制造工艺分类 可将
7、半导体存储器分为双极型和 MOS 型两 类。 (1) 双极(Bipolar)型 由，TTL(Transistor 一 Transistor Logic)晶体管逻辑电路构成。该类存储器件工作速度快，但功耗大、集成度低、价格偏高。 (2)金属氧化物半导体(Metal-Oxide-Semiconductor)型 简称 MOS 型。 该类型有多种制作工艺，如 NMOS (N 沟道 MOS)、HMOS(高密度 MOS)、CMOS(互补型 MOS)、CHMOS(高速 CMOS)等。该类存储器的集成度高、功耗低、价格便宜，但速度 较双极型器件慢。 二、 按使用属性分类 按使用属性分，可将半导体存储器分为 R
8、AM (Random Access Memory)和 ROM(Read-Only Memmv)两类，如图 32 所示。 1、 RAM 随机读写存 储器特点：1）可以随时存取的存储器；2）所存储的信息掉电即失（关闭电源就丢失）。2、 ROM 只读存储器特点：1）只能读取存储器中的信息,不能写；2）存储信息掉电不失（关闭电源不丢失）。(1) RAM 随机存取存储器，也称随机存储器或读写存储器。顾名思义，对这种存储器，信息可以根据需要随时写入或读出。对于一般的RAM 芯片，掉电时信息将会丢失。 根据 RAM 的结构和功能，又可分为两种类型：静态 RAM 和动态 RAM。 静态(static)RAM，
9、即 SRAM。它以双稳态触 发器为基本存储单元，所以只要不掉电，其所存信息就不会丢失。该类芯片的集成度不如动态 RAM，功耗也 比动态 RAM 高，但它的速度比动态 RAM 快，也不需要刷新电路。在构成小容量的存储系统时一般选用 SRAM。在微型 计算机中普遍用 SRAM 构成高速缓 冲存储器。 动态(Dynamic)RAM，即 DRAM。一般用 MOS 型半导体存储器件构成，最简单的存储形式以单个 M0S 管为基本单元，以极间的分布电容是否持有 电荷作为信息的存储手段，其结构简单，集成度高。但是，如果不及时进 行刷新，极 间电容中的 电荷会在很短时间内自然泄漏，致使信息丢失。所以，必 须为它
10、配备 专门的刷新电路。动态 RAM 芯片的集成度高、价格低廉，所以多用在存储容量较大的系统中。目前，微型 计算机中的主存几乎都是使用动态 RAM。 (2)ROM 只读存储器，在一般情况下只能读出所存信息，而不能重新写入。信息的写入是通过工厂的制造环节或采用特殊的编程方法进行的。信息一旦写入，就能长期保存， 掉电亦不丢失，所以 ROM：属于非易失性存储器件。一般用它来存放固定的程序或数据。ROM 可分为以下五种类型： 掩模式(Masked)ROM，简称 ROM。该类芯片通过工厂的掩模制作，己将信息做在芯片当中，出厂后不可更改。 G可编程(Programmable)ROM， 简称 PROM。该类芯
11、片允许用户进行一次性编程，此后便不可更改。可擦除(Erasable)PROM， 简称 EPROM。一般指可用紫外光擦除的 PROM。该类芯片允许用户多次编程和擦除。擦除时，通 过向芯片窗口照射紫外光的办法来进行。 电可擦除(Electrically Erasable)PROM，简称 EEPROM，也称E2PROM。该类芯片允许用户多次编程和擦除。擦除时，可采用加电方法在线进行。 闪存(Flash memory) ，是一种新型的大容量、速度快、电可擦除可编程只读存储器。5-1-3 半导体存储器的组成1、存储体存储数据的主体2、地址译码电路能够根据输入的地址信号，选中唯一指定的存储单元。地址译码电
12、路分为单译码和双译码两种：1、 单译码（如上图示）一维译码，如有 10 位地址就要输出1024 条译码线，译码电路复杂；2、 双译码（如下图示）二维译码，如有 10 位地址，分为二组 5 位地址，每组只要输出 32 条译码线，译码电路大大简化；3、读、写控制电路控制存储器数据的读、写过 程。主要有：/CS 片选 信号输入低 电平有效时， CPU 可以通过 DB 访问该存储器；/OE(/RD)读信号输入低电平有效时，数据从该存储器输出到 DB，供CPU 读 取；/WE(/WR)写信号输入低电平有效时，CPU 数据从 DB 写入到该存储器。5-2 存储器电路举例5-2-1 EPROM 276427
13、64 是 8k8 位存储容量EPROM。其中：地址容量 8k=80196=213，所以，需要 13 条地址线，A0A12。数据 8 位，故需要 8 条数据线， D0D7。A0A12 ：地址线 D0D7 ：数据输出线CE：片选线O：数据 输 出选通线（ 读信号），应接 MCS-51 的/PSEN 引脚 PGM：编程脉冲输入Vpp: 编程电源5-2-2 RAM 62646264 是 8k8 位存储容量 SRAM。5-3 存储器与 CPU 的连接5-3-1 存储容量计算D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D05-3-2 数据总线 的连接对应引脚相连即可。6-3-3、地址线的连接地位地址 CPU
14、 与存储器的同名地址信号直接相连；中位地址地址译码器和存储器芯片使能；高位地址全译码与部分译码，或线选译码例：线译码举例：（画图）A15 A14 A13 A12 A11 A10 A9 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 地址范围 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 (48C)0000H 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 (59D)1FFFHA15 A14 A13 A12 A11 A10 A9 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 地址范围0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 (246)0000H0
15、 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 (357)1FFFHA15 A14 A13 A12 A11 A10 A9 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 地址范围 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 (28A)0000H 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 (39B)1FFFH5-3-4、控制线的连接Error!和Error!信号Error!/ IO有二种处理方法：1） 直接接到地址译码器的使能端；2） 与Error!和Error!信号组合，形成Error!和Error!信号，接到存储器的/OE 和/WE 引脚。半导体存储器电路第六章 输入与输出6-1 输入输出概述6-1-1 为什么需要接口电路1、速度不匹配，需要时序缓冲（举例：机、电、光、温、手工等）2、信号形式不同，需要信号变换（举例：电压、电流、并行、串行、脉冲、频率、模拟量等）3、品种繁多，传送规律不同，难于控制（以打印机为
