微机原理与接口技术学习笔记 8086微处理器的引脚

8086微处理器是Intel公司的第三代微处理器——16位微处理器。它采用40引脚的DIP（双列直插）封装。时钟频率有三种：5MHz（8086）、8MHz （8086-1）和10MHz（8086-2）。8086的引脚安排如图2-7所示。

图2-7 8086的引脚图

    2.2.1  引脚功能说明

    8086微处理器的引脚信号定义见表2-3。

    8086的40条引脚信号按功能可分为4部分——地址总线、数据总线、控制总线以及其它（时钟与电源）。下面分三部分作一简要说明

     1.地址总线和数据总线

（1）数据总线用来在CPU与内存储器（或I/O设备）之间交换信息；地址总线由CPU发出，用来确定CPU要访问的内存单元（或I/O端口）的地址信号。前者为双向、三态信号，后者为输出、三态信号。

表2-3  8086引脚信号定义

    （2）AD15～AD0为地址/数据总线。这16条信号线是分时复用的双重总线，在每个总线周期开始（T1）时，用作地址总线的低16位（A15～AO），给出内存单元（或I／O端口）的地址；其它时间为数据总线，用于数据传输。

    （3）A19～A1/S6～S3为地址/状态总线。这4条信号线也是分时复用的双重总线，在每个总线周期开始（T1）时，用作地址总线的高4位（A19～A16），在存储器操作中为高4位地址，在I／O操作中，这4位置“0”（低电平）。在总线周期的其余时间，这4条信号线指示CPU的状态信息。

    在4位状态信息中，S6恒为低电平；S5反映标志寄存器中中断允许标志IF的当前值；而S4、S3表示正在使用哪个段寄存器，其编码见表2-4。
     表2-4 S4、S3的编码表

注：L-----低电平，H-----高电平

  （4）8086的20条地址线访问存储器时可寻址1M字节内存单元；访问外部设备时，只用16条地址线A15～A0可寻址64K个I/O端口。

    （5）BHE/S7——总线高允许/状态S7信号（输出三态）。这也是分时复用的双重总线。在总线周期开始的T1周期，作为总线高半部分允许信号，低电平有效。当BHE为低电平时，把读/写的8位数据与AD15～AD8连通。该信号与A0（地址信号最低位）结合以决定数据字是高字节工作还是低字节工作。在总线周期的其他T周期，该引脚输出状态信号S7。在DMA方式下，该引脚为高阻态。

    2．控制总线

    控制总线是传送控制信号的一组信号线。有些是输出线，用来传输CPU送到其它部件的控制命令（如读、写命令、中断响应等）；有的是输入线，由外部向CPU输入控制及请求信号（复位、中断请求等）。

    8086的控制总线中有一条MN/MX（33#引脚）线，即最小／最大方式控制线，用来控制8086的工作方式。当MN/MX接+5V时，8086处于最小方式，由8086提供系统所需的全部控制信号，用来构成一个小型的单处理机系统。当MN／MX接地时，8086处于最大方式，系统的总线控制信号由专用的总线控制器8288提供，8086把指示当前操作的状态信号（S2、S1、S0）送给8288，8288据此产生相应的系统控制信号。最大方式用于多处理机和协处理机结构中。

    在8086的控制总线中，有一部分总线的功能与工作方式无关；而另一部分总线的功能随工作方式不同而不同（即一条信号线有两种功能。现分述如下。

    （1）受MN/MX影响的信号线（最大方式信号）。

    ①S2、S1、S0——总线周期状态信号（三态、输出）。表示8086外部总线周期的操作类

型，送到系统中的总线控制器8288，8288根据这三个状态信号，产生存储器读／写命令。I/O端口读／写命令以及中断响应信号，S2、S1和S0的编码表如表2-5所示。
         表2-5  S2、S1、S0编码表

在总线周期的T4时钟周期期间，S2、S1和S0的任何变化，指示一个总线周期的开始，而在T3期间（或Tw——等待周期期间）返回无效状态，表示一个总线周期的结束。在DMA（直接存储器存取）方式下，S2、S1、S0处于高阻状态。

    在最小方式下，S2、S1、S0三引脚分别为M/IO、DT/R和DEN。

    M/IO为存储器／IO控制信号（输出、三态），用于区分CPU是访问存储器（M／IO=H），还是访问I/O端口（M/IO=L）。

    DT/R为数据发送/接收信号（输出、三态），用于指示CPU是进行写操作（DT/R=H）还是读操作（DT/R=L）。

    DEN为数据允许信号（输出、三态），在CPU访问存储器或I／O端口的总线周期的后一段时间内，该信号有效。用作系统中总线收发器的允许控制信号。

    ②RQ/GT0、RQ/GT1——请求/允许总线访问控制信号（双向）。这两条信号线是为多处理机应用而设计的，用于对总线控制权的请求和应答，其特点是请求和允许功能由一根信号线来实现。

    总线访问的请求／允许时序分为三个阶段——请求、允许和释放；如图2-8所示。首先是协处理器向8086输出RQ请求使用总线，然后在CPU（8086）的T4或下一个总线周期的T1期间，CPU输出一个宽度为一个时钟周期的脉冲信号GT给请求总线的协处理器，作为总线响应信号，从下一个时钟周期开始，CPU释放总线。当协处理器使用总线结束时，再给出一个宽度为一个时针周期的脉冲信号RQ给CPU，表示总线使用结束，从下一个时钟周期开始，CPU又控制总线。

  
 图2-8  请求/允许时序

    两条控制线可以同时接两个协处理器，规定RQ/GT0的优先级高。

    在最小方式下，RQ/GT0和RQ/GT1二引脚分别为HOLD和HLDA。

    HOLD为保持请求信号（输入），当外部逻辑把HOLD引脚置为高电平时，8086在完成当前总线周期以后进入HOLD（保持）状态，让出总线控制权。

    HLDA为保持响应信号（输出）；这是CPU对HOLD信号的响应信号，它对HOLD信号做出响应，使HLDA输出H电平。当HLDA信号有效时，8086的三态信号线全部处于三态（高阻态）。使外部逻辑可以控制总线。

    ③QS1，QS0——指令队列状态信号（输出）。用于指示8086内部BIU中指令队列的状态，以便外部协处理器进行跟踪，QS1，QS0的编码状态如表2-6所示。

INTA为中断响应信号（输出、三态），当8086CPU响应来自INTR引脚的可屏蔽中断请求时，在中断响应周期内，INTA变为低电平。

    ④LOCK——总线优先权锁定信号（输出、三态）。该信号用来封锁外部处理器的总线请求，当LOCK输出低电平时，外部处理器不能控制总线，LOCK信号有效由指令在程序中设置，若一条指令前加上前缀指令LOCK，则8086在执行该指令期间，LOCK线输出低电平，并保持到指令执行结束，以防止在这条指令执行过程中被外部处理器的总线请求所打断。

    在保持响应期间，LOCK线为高阻态。

    在最小方式下，LOCK引脚为WR信号。

    WR为写控制信号（输出、三态），当8086CPU对存储器或I/O端口进行写操作时，WR为低电平。

    （2）不受MN/MX影响的控制总线（公共总线）。下面这些控制信号是不受工作方式影响的公共总线。

    ①RD——读控制信号（三态，输出）。RD信号为低电平时，表示8086CPU执行读操作。在DMA方式时RD处于高阻态。

    ②READY——等待状态控制信号，又称准备就绪信号（输入）。当被访问的部件无法在8086CPU规定的时间内完成数据传送时，应由该部件向8086CPU发出READY=L（低电平），使8086CPU处于等待状态，插入一个或几个等待周期Tw，当被访问的部件可以完成数据传输时，被访问的部件将使READY=H（高电平），8086CPU继续运行。

    ③INTR——中断请求信号（输入）。可屏蔽中断请求信号，电平触发信号。在每条指令的最后一个时钟周期时，8086CPU将采样该引脚信号，若INTR为高电平，同时8086CPU的IF（中断允许标志）为“1”，则8086CPU将执行一个中断响应时序，并且把控制转移到相应的中断服务程序。如果IF=“0”，则8086不响应该中断请求，继续执行下一条指令。INTR信号可由软件复位CPU内部的IF位而加以屏蔽。

    ④NMI——不可屏蔽中断请求信号（输入）。上升沿触发信号，不能用软件加以屏蔽。

    当NMI从低电平变为高电平时，该信号有效，8086CPU在完成当前指令后，把控制转移到不可屏蔽中断服务程序。

    ⑤TEST——等待测试控制信号（输入）。在WAIT（等待）指令期间，8086CPU每隔5个时钟周期对TEST引脚采样，若TEST为高电平，则8086CPU循环于等待状态，若TEST为低电平，8086CPU脱离等待状态，继续执行后续指令。

    ⑥RESET——复位信号（输入）。当RESET为高电平时，系统处于复位状态，8086CPU停止正在运行的操作，把内部的标志寄存器FR、段寄存器、指令指针IP以及指令队列复位到初始化状态。注意，代码段寄存器CS的初始化状态为FFFFH。

    3.其它信号

    （1）CLK——时钟信号（输入）。该信号为8086CPU提供基本的定时脉冲，其占空比为1：3（高电平持续时间“重复周期=1：3），以提供最佳的内部定时。

    （2）Vcc——电源（输入）。要求接上正电压（+5V±10%）。

    （3）GND——地线。两条接地线。

    2.2.2  8088的引脚与8086的不同之处

    8088微处理器是一种准16位机，其内部结构基本上与8086相同，其引脚信号也与8086基本相同，只是如下引脚的功能有所不同。

    （1）8088的地址／数据复用线为8条，即AD7～AD0，而A15～A8为单一的地址线；

    （2）8088中无BHE/S7信号，该引脚为SS0——状态信号线。该引脚在最大方式下保持高电平，在最小方式下等效于最大方式下S0的作用，SS0与IO/M，DT/R组合以确定当前的总线周期，IO/M、DT/R与SS0的编码如表2-7所示
 表2-7 IO/M、DT/R、SS0编码表

（3）8088的存储器I/O控制线为IO/M，即该信号为高电平时是I/O端口访问；为低电平时是存储器访问。这与8086的M/IO线刚好相反。

    8088的引脚安排如图2-9所示。

    2.2.3 最小方式与最大方式

    8086有两种工作方式，本小节讨论在这两种工作方式下，8086系统的基本配置。

    1．最小方式下的基本配置

    当8086CPU的MN/MX引脚接十5V电源时，8086CPU工作于最小方式，用于构成小型的单处理机系统，图2-10为最小方式下8086系统配置图。

    图2-10所示的8086系统中，除8086CPU以及信息传送对象存储器和I/O接口电路外，还有三部分支持系统工作的器件——时钟发生器、地址锁存器和数据收发器。

    （1）时钟发生器8284A、8284A是用于8086（或8088）系统的时钟发生器/驱动器芯片，它为8086（或8088）以及其它外设芯片提供所需要的时钟信号、复位信号（RESET）和就绪信号（READY）。

    （2）总线锁存器和总线收发器。系统配置图中三片总线锁存器芯片用来锁存地址／数据总线 AD19～AD0中的地址信息，以及BHE／S7中的BHE信息。因为这21位信息仅在总线周

          图2-9 8088的引脚图

           图2-10 最小方式下8086系统配置图

期的第一个时钟周期Tl出现．必须将这些信息在整个总线周期期间保存起来，每片总线锁存器锁存8位信息。

    常用的总线锁存器有：74LS373、74LS273、Intel8282和8283等。

    另外二片总线收发器芯片用来对AD15～AD0中的数据信息进行缓冲和驱动，并控制数据发送和接收的方向。注意该芯片必须在8086总线周期的第二个时钟周期二开始工作，因为T1周期时AD15～AD0上输出的是地址信息。

    常用的总线收发器芯片有：74LS245、Intel 8286和8287等，锁存器电路和收发器电路

在第四章中进一步说明。

    （3）需要说明的问题。在最小方式下，8086CPU直接产生全部总线控制信号（DT／R、

DEN、ALE、M/IO）和命令输出信号（RD、WR或INTA），并提供请求访问总线的应答信号HLDA。当总线主设备（例如DMA控制器Intel 8257或 8237）请求控制权时，通过HOLD请求逻辑使输人到8086CPU的HOLD信号变为有效（高电平）。如果8086CPU响应HOLD请求，则8086CPU输出信号HLDA变为有效（高电平），以此作为对总线主设备请求的回答；同时使8086CPU的地址总线、数据总线、面正信号以及有关的总线控制信号和命令输出信号处于高阻状态。此外，地址锁存器和数据收发器的输出也处于高阻状态。这样，8086CPU不再控制总线，一直保持到HOLD信号变为无效（低电平），8086CPU重新获得总线控制权。

    2．最大方式下的基本配置

    当 8086CPU的MN/MX引脚接地时，8086CPU作于最大方式，用于构成多处理机和协处理机系统，图2-11为最大方式下8086系统配置图。

图2-11 最大方式下8086系统配置图

    同最小方式下8086系统配置图相比较，最大方式系统增加了一片专用的总线控制器芯片8288。

    （1）总线控制器8288。8288总线控制器是8086CPU工作在最大方式下构成系统中必不可少的支持芯片，它根据8086CPU在执行指令时提供的状态信号S2、S1、S0建立控制时序，输出读写控制命令，可以提供灵活多变的系统配置，以实现最佳的系统性能。8288的结构

       图2-12  8288结构框图及引脚图

    8288根据8086的状态信号S2、S1、S0确定CPU执行何种总线周期，发出相应的命令信号去控制系统中的相关部件。状态信号与输出命令的关系见表2-8。
       表2-8  8288的命令输出

    其中I/O读、写命令以及存储器读、写命令IORC、IOWC、MRDC、MWTC代替了最小方式中的三条控制线——RD、WR和M/IO。而AIOWC和AMWC为超前命令，可在写周期之前就启动写过程，从而能够在一定程度上避免CPU进入没有必要的等待状态，这两个超前命令较IOWC和MWTC出现时间早一个时钟周期，当需要提前发出写命令的场合，可以选用这两个信号。8288的工作时序见图2-13。

    （2）需要说明的问题。

    ①8086CPU在最小方式下HOLD和HLDA引脚在最大方式时成为RQ/GT0和RQ/GT1信号线，这两条引脚通常同8087（协处理器）或8089（I/O处理器）相连接，用于8086同它们之间传送总线请求与总线应答信号。

    ②当系统为具有两个以上主CPU的多处理器系统时，必须配上总线仲裁器8299，用来保证系统中的各个处理器同步地进行工作，以实现总线共享。