微机总线

Author: 重庆大学 陈育华 Date: 1992-06-12

        一、数据总线
        数据总线是CPU和存储器、外设之间传送指令和数据的通道,其宽度反映了CPU_次处理,传送数据的二进制位数。据此,可将微机分成4、6、8、16、32位等种类。典型的有8位、16位微处理器及单片机。其中,8088微处理器和8089单片机,因其外部数据总线宽度为8位、内部仍是16位结构而俗称为准16位机。数据总线一般记为D0_Dn(8位机,n=7;16位机,n=15)。
        二、地址总线
        地址总线用来给存储器,I/O口编号,以便CPU按地址对其读写。一般,存储器的编址使用全部地址线,故地址线的根数反映了微处理器的寻址能力。用n根地址线编址的存储空间可达2n个单元。8位机有16根地址线,因此,最大寻址范围为64K字节(216)。8088/8086有20根地址线,则有1M(220)的寻址空间。地址总线通常记为A0_An(八位机,n=15;8088/8086十六位机,n=19)。
        I/O接口编址的方法有两种。一种是利用部分地址线编址,CPU使用专门的输入/输出指令和读写控制信号访问接口。如Z80、8085的I/O寻址,使用地址总线的低8位A0~A7,可直接选择256个I/O端口。8088/8086则使用16根地址线寻址I/O口,允许选择64K个端口。第二种方法是把I/O口视作存储单元,与存贮器统一编址,对存储器操作的指令完全适用于对I/O口操作。如6502、6800就采用这种方法。
        三、控制总线
        控制总线用来传递CPU的控制信号,控制所要执行的操作的种类和顺序,以协调系统各部件的动作。各种微处理器都有本质上相同的数据总线和地址总线,其主要差别在于控制总线。三组总线中,控制总线最为复杂。它主要包括下述几方面:
        1、读写控制线。决定数据线上数据流动的方向,以及提存储器读写还是I/O操作。如8085和最小工作方式下的8088/8086的读写控制线为IO/M,RD和WR。当IO/M=1,表示进行I/O操作;反之,IO/M=0,则是存储器操作。RD有效时,CPU众数据线上获取来自存储器或I/O设备的数据。WR有效时,信息传送方向则是由CPU向外部。Z80有类似的控制线,只是它采用两条控制线IORQ和MREQ代替上述的IO/M,以区别存储器和I/O设备。6502和6800系统中,因I/O设备和存储器统一编址,故只需一条读写线R/W。
        2、中断信号线。包括可屏蔽中断输入线、非屏蔽中断输入线和中断响应线。
        3、总线控制线。当其它主设备(如DMAC)欲使用总线时,通过这灯控制线,使CPU暂时挂起,放弃对总的占用。一般有总线请求线与总线响应线。
        4、复位线。CPU接收到复位信号,就进行初始化,并以指定的复位入口处开始执行程序。8085、Z80微处理器和MCS_51单片机复位后,程序计数器PC清零,CPU从0000H单元开始执行程序。8089/8096单片机的复位入口是2080H。6502复位时,往程序计数器PC装入的是FFFCH和FFFDH单元的内容,而6800则是把FFFEH、FFFFH单元的内容装入PC。8088/8086在系统复位后,便从绝对地址为FFFFOH的存储单元起执行指令。这个单元中一般存有一条段间直接转移指令(JMP),以转到系统程序的真正起点。
        5、等待线或准备就绪线。用于CPU与慢速的存储器和I/O装置同步。
        6、主控时钟线。产生CPU各种基本操作的时基。
        7、其它。如8085、8088/8086、8098/8096的地址锁存允许信号(ALE),8085的串行输入、输出数据线(SID、SOD),Z80的刷新信号线(RFSH)、停机线(HALT),6502的置溢出位线(S.O),6800的状态控制线(TSC)等。    最后,应指出,现代的通用或专用微机系统大都采用模块式结构,其通用性强,组态灵活,规模可大可小,这些系统一般由主机板和各种功能板(如A/D、D/A转换板、打印机接口板、CRT接口板、内存扩展板、串并行通信板、开关量接口板、音乐合成板、语言识别板等)组成。为了便于各模块之间、系统之间相互连接,组态灵活,通常采用统一的标准总线。在标准总线中,对插件尺寸、插头线数、各引脚的定义及时序等,都作了明确的规定。常用的标准总线有STD_BUS、S_100BUS、IEEE_488、RS_232C等,限于篇幅,就不介绍了(附表)〉(完 )
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        ┃                │             │  数据线  │                控    制   线                                           ┃
        ┃     机  型     │   地址线     │          ├─────┬───────┬────┬──────┬────┬─────────┨
        ┃                │              │          │ 读 写    │   中  断     │总线控制│   复  位   │  等 待 │      其它        ┃
        ┠─┬───┬──┼───────┼─────┼─────┼───────┼────┼──────┼────┼─────────┨
        ┃微│      │8085│  AD0~AD7    │与地址线低│  IO/M    │INTR、RST5.5─7│  HOLD  │ RESET IN   │ READY  │ALE、SID、SOD、S0 ┃
        ┃  │      │    │              │ 8位复用  │ RD、WR   │  TRAP、INTA  │  HLDA  │ RESET OUT  │        │S1、CLK OUT       ┃
        ┃  │      ├──┼───────┼─────┼─────┼───────┼────┼──────┼────┼─────────┨
        ┃处│ 8位  │Z80 │  A0~A15     │  D0~D7  │IORQ MREQ │  INT、NAI、  │ BUSRQ  │    RESET   │ WAIT   │   RFSH、HALTΦ   ┃
        ┃  │      │    │              │          │RD、WR    │  MI与IORQ    │ BUSAK  │            │        │                  ┃
        ┃  │      ├──┼───────┼─────┼─────┼───────┼────┼──────┼────┼─────────┨
        ┃理│      │6502│  A0~A15     │  D0~D7  │   R/W    │  IRQ、NMI    │        │    RES     │  RDY   │  S,O、SYNCΦi   ┃
        ┃  ├───┼──┼───────┼─────┼─────┼───────┼────┼──────┼────┼─────────┨
        ┃  │      │6800│  A0~A15     │  D0~D7  │   R/W    │  IRQ、NMI    │ BA和VMA│   RESET    │        │  TSC、DBEΦi   ┃
        ┃器│      │    │              │          │          │              │   HALT │            │        │                  ┃
        ┃  │      ├──┼───────┼─────┼─────┼───────┼────┼──────┼────┼─────────┨
        ┃  │准16位│    │  AD0~AD7    │与地址线低│  IO/M    │  INTR、NMI   │ HVLD  │            │       │ALE、MN/MX、TEST  ┃
        ┃  │      │8088│  A8~A15     │ 8位复用  │     │              │        │   RESET    │  READY │                  ┃
        ┃  │      │    │A16/S3~A19/S6│          │  RD、WR  │    INTA      │  HLDA  │            │        │DT/R、DEN、CLK    ┃
        ┃  ├───┼──┼───────┼─────┼─────┼───────┼────┼──────┼────┼─────────┨
        ┃  │ 16位 │8086│ AD0~AD15   │与地址线低│  同上    │     同上     │  同上  │     同上   │  同上  │       同上   ┃
        ┃  │      │    │              │ 16位复用 │          │              │        │            │        │                  ┃
        ┠─┼───┼──┼───────┼─────┼─────┼───────┼────┼──────┼────┼─────────┨
        ┃单│      │MCS─│AD0/P0.0─AD7/P│与地址线低│ RD/P3.7  │ INTO/P3.2   │        │         │        │ALE、EA、RXD/P3.0 ┃
        ┃  │ 8位  │ 51 │2.7; A8/P2.0─A│          │ WR/P3.6  │              │        │    RST     │        │TXD/P3.1、TO/P3.4 ┃
        ┃  │      │    │15/P2.7       │ 8位复用  │ PSEN     │  INTI/P3.3   │        │            │        │T1/P3.5、XTAL     ┃
        ┃片├───┼──┼───────┼─────┼─────┼───────┼────┼──────┼────┼─────────┨
        ┃  │准16位│8098│AD0/P0.0~AD7/│          │       │       │        │         │       │ALE、EA、RXD/P2.1 ┃
        ┃  │      │    │P3.7; A8/P4.0 │  同上 │ RD、WR   │  EXTINT/P2.2 │        │    RESET   │  READY │TXD/P2.0 HSIi─HSOi┃
        ┃  │      │    │~A15/P4.7    │          │          │              │        │            │        │ACHi/P0.iXTALi    ┃
        ┃  ├───┼──┼───────┼─────┼─────┼───────┼────┼──────┼────┼─────────┨
        ┃  │ 16位 │8096│AD0/P3.0─AD7/─│ 与地址线 │          │     │        │     │       │         ┃
        ┃  │      │    │P3.7; AD8/P4.0│          │  同上    │    同上      │        │    同上    │  同上  │         同上     ┃
        ┃  │      │    │─AD15/P4.7    │   复用   │          │              │        │            │        │                  ┃
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