7. HAFTA KBP208 MİKROBİLGİSAYAR VE ASSEMBLER SİSTEMLERİ Öğr.Gör. Kürşat M. KARAOĞLAN kkaraoglan@karabuk.edu.tr Karabük Üniversitesi Uzaktan Eğitim Uygulama ve Araştırma Merkezi
2 Konu Başlıkları Temel Kavramlar... 3 8086/8088 Mikroişlemcileri Bacak Yapısı ve İşlevleri... 4 Pin Bağlantıları... 5 Pinler... 5 Minimum Mod Pinleri... 7 Maximum Mod Pinleri... 8 Bus Zamanlaması... 8 Bus Hatlarının Çalışmasının Temeli... 8 Genel Olarak Zamanlama İşlemleri... 9 Okuma Zamanlaması... 9 Yazma Zamanlaması... 10 Minumum Moda Karşı Maksimum Mod... 11 Kaynakça... 12
3 Temel Kavramlar Bu bölümde mikroişlemci bacak yapıları(pinler) ve görevleri, mikroişlemci bus zamanlamaları konularına değinilmiştir.
4 8086/8088 Mikroişlemcileri Bacak Yapısı ve İşlevleri Şekil 1 8086/8088 Mikroişlemci Bacakları X86 nın çekirdeğini oluşturur. 8086 : 16 Bitlik mikroişlemcidir. (16 Bit Veri Yolu) 8088 : 8 Bitlik Mikroişlemcidir. (8 Bit Veri Yolu) Giriş Çıkış Logic Durum Gerilim 0... < 0,8 V 1 2 V<... 0... < 0,45 V 1 2,4 V <... Mikroişlemci Bacak Yapıları Mikroişlemci Adı Data Bacak Sayısı Adres Bacak Sayısı 8088 8 20 8086 16 20 80286 16 24 80386 SX / DX 16 / 32 24 / 32 80486 32 32 Pentium 64 32
5 Pin Bağlantıları Pinler AD7-AD0 (8088) Adres/Veri Bus : 8088 in hem adres hem de veri yolu hattı olarak kullanılmaktadır. ALE (Adres Latch Enable) nin lojik durumuna göre (1 veya 0) bellek adresinin veya I/O port numarasının en düşük değerlikli 8 bitini içermektedir. Bu pinler mikroişlemci hold durumundayken işlemleri yerine getirmez. Hold durumunda Adres/ Data Yolu yüksek empedans gösterir. (AC devrelerinde yüksek gerilim) A15-A8(8088) Adres Bus : Bus çevrimi süresinde işlem gören bellek adresinin en yüksek değerlikli 8 bitini ifade eder.hold durumunda hatlar yüksek empedans gösterir. AD15-AD7 (8086) Adres/Data B us : Bu hatlar 8086 üzerindeki adres/data bus hattının multiplex edilmiş en yüksek değerlikli 8 bitini içerir. Bu hatlar ALE ucu lojik 1 iken A15-A8 ve lojik 0 iken D15-D8 databus bitlerini içerir. A19/S6, A18/S5, A17/S4, A16/S3 Adres/Durum Bus : Bu pinler A19-A16 adres bitlerini ve de S6-S3 durum bitlerini içerir. Bu pinler de mikroişlemci hold durumundayken yüksek empedans gösterir. S6 durum biti daima lojik 0 değerinde kalırken, S5 biti IF nin durumunu ve S4 ve S3 ise o andaki bus çevrimi sırasında erişilecek segmenti gösterir. RD (Oku) : RD pini lojik 0 iken data bus sistemine bağlı olan I/O birimlerinden ve bellekten bilgi okur. Bu pin yüksek empedansa mikroişlemci hold durumundayken girer.
6 READY (Hazır) : INTR (Interrupt Talebi) : INTR donanımın interrupt istekleri için kullanılır. IF lojik 1 iken INTR 1 yapılırsa o sırada komutun icrası tamamlandıktan sonra 8086/8088 interrupt isteğini kabul eder ve alındı bildirimini aktif eder.(inta) TEST test : Wait komutu tarafından test edilen giriş pinidir. Eğer TEST pini Lojik 0 ise WAIT komutu NOP olarak işler. Eğer TEST lojik 1 ise o zaman WAIT komutu TEST komutunun lojik 0 olmasını bekler. Bu pin genelde 8087 yardımcı sayısal işlemcisine bağlanır. NMI (Maskelenmeyen Interrupt Girişi ) : INTR ile benzer olmakla birlikte IF bitinin lojik 1 seviyesinde olup olmadığına bakmaksızın işlem yapar. RESET Reset : Bu pin 4 clock darbesi boyunca lojik 1 seviyesinde tutulursa mikroişlemcinin kendini resetlemesine sebep olur. 8086/8088 resetlendiği zaman mikroişlemci FFFF0H bellek yerinden itibaren komutların yürütülmesine başlar ve sırada bekleyen interrupt taleplerini IF flag bitinin lojik 0 yaparak etkisiz hale getirir. CLK Clock : Mikroişlemci için temel zamanlama ögesidir. Clock sinyali görev çevriminin %33'dür. (Clock peryodunun 1/3'ünde high ve 2/3'ünde ise low'dur.) Vcc Güç Kaynağı : Vcc girişi %10 toleransla +5V'u sağlar. GND Şase : Güç kaynağı için geri dönüş yoludur. Görüldüğü gibi her iki mikroişlemci için GND olarak isimlendirilmiş iki tane pin vardır.
7 MN/MX Minimum/Maximum Mod : Mikroişlemci için minimum mod yada maximum modlardan birini seçmek için kullanılır. Minimum mod seçildiyse MN/MX direkt olarak +5V'a bağlanır. BHE/S7 Bus High Enable : Bu pin 8086 mikroişlemcisiyle yapılan okuma yada yazma işlemleri sırasında data bus'ın en anlamlı bitlerinin (D15-D8) kullanılmasını sağlar. S7'nin durumu lojik 1'dir. Minimum Mod Pinleri 8086/8088 mikroişlemcileri için mimimum mod işlemcileri için MN/MX direkt +5V'a bağlanarak yapılır. Pin +5V'a bir pullup direnciyle bağlanamaz. 1. IO/M(8088), M/IO(8086) Bellek Giriş/Çıkış Hem bellek hem de I/O adreslerinin bulunduğu Mikroişlemci adres bus hattındaki bellek yada I/O'yu gösteren bir pindir. Mikroişlemci hold durumunda iken yüksek empedans gösterir. 2. WR-Write 8086/8088 'nın bellek yada I/O birimleri için data çıkışını gösteren bir strobdur. Bu pin Mikroişlemci hold durumunda iken yüksek empedans durumuna geçer. 3. INTA-Interrupt kabul edildi INTR giriş pininden sorumludur. INTA pini genelde data üzerindeki interrupt isteklerinden sorumlu olan inrerrupt vektöre bir kapı olarak kullanılır. 4. ALE-Adres Latch Enable 8086/8088 adres data bus hattının adres bilgileri içerdiğini gösterir. Bu adres bellek yada I/O port numarası olabilir. Mikroişlemci hold durumunda iken bu pinin sinyal vermediğine dikkat edilmelidir. 5. DT/R Data Transmit(gönderme)/Receive(alma) Mikroişlemcinin veriyi aldığını veya verdiğini gösterir. Bu sinyal harici data bus bufferlarını etkin hale getirmek için kullanılır. 6. DEN-Data Bus Enable Harici data bus bufferlarını etkin hale getirmek için kullanılır. 7. HOLD-Hold Direkt belleğe erişme isteğidir. HOLD lojik 1 ise mikroişlemci yazılım yürütme işlemini durdurur ve adres, data ve kontrol bus hatları yüksek empedans durumuna
8 geçerler. Eğer HOLD lojik 0 seviyesinde ise mikroişlemci yazılımını normal olarak yürütür. 8. HLDA-Hold Acknowledge(Hold isteği kabul edildi) 8086/8088'in HOLD durumuna geçtiğini gösterir. 9. SS0 (8088) Mikroişlemci max modda çalışırken kullanılan S0'a eşdeğerdir. Bu sinyal IO/M ve DT/R ile birleştirilerek o andaki bus çevriminin yaptığı işlevi decode etmek için kullanılır. Maximum Mod Pinleri Max mod durumunu sona erdirerek dış yardımcı işlemcileri kullanmak için MN/MX pini şaseye bağlanır. 1. S2,S1 ve S0 Durum Bitleri O andaki bus çevriminin işlevini gösterir. Bu sinyaller daha sonra anlatılacak olan 8288 Bus Kontroler tarafından decode edilir. 2. RQ/GT0 ve RQ/GT İstek/Verme Bu pinler DMA ile max mod durumunda haberleşmek için kullanılır. Her ikisi de çift yönlüdür. ve DMA işlemlerinde bilgi okumak yada bilgi vermek için kullanılır. 3. LOCK Lock Sistemin çevre birimlerle irtibatını kesen bir çıkıştır. Herhangi bir komuttan önce LOCK kulanılarak aktif hale getirilir. 4. QS1 ve QS0 Kuyruk(dizi) Durumları İç komut dizilerinin durumunu gösterir. Bu pinler nümerik işlemci tarafından erişim için kullanılır. Bus Zamanlaması Bus Hatlarının Çalışmasının Temeli 8086/8088 de bulunan 3 tane bus hattı yani adres, data ve kontrol buslarının işlevleri tamamıyla diğer mikroişlemcilerle aynıdır. Eğer data bilgileri belleğe yazılacaksa mikroişlemci adres bus üzerine bellek adresini gönderir, belleğe yazılacak
9 bilgileri data bus üzerine yükler, belleğe yaz komutunu verir ve 8088 için IO/M=0 ve 8086 için M/IO=1 yapar. Eğer bellekten bilgi okunacaksa mikroişlemci bellek adresini adres bus hattına gönderir, oku komutu verir ve data bus yoluyla bilgileri alır. Genel Olarak Zamanlama İşlemleri 8086/8088 bus çevrimi olarak tanımlanan zaman diliminde bellek yada I/O u kullanır. Eğer clock 5Mhz de işlenirse (8086/8088 için frekans 5Mhz dir.) o zaman bir 8086/8088 bus çevrimi 800 ns de tamamlanır. Bunun anlamı mikroişlemci kendisi ile bellek ya da I/O arasındaki data okuma ve yazma işlemlerini saniyede maksimum 1.25 milyon defa yapar.(2.5 Milyon komutu yürütebilir.) Diğer mikroişlemci versiyonları daha büyük transfer oranına sahiptir. T1 : Bus çevrimin birinci periyodudur. Belleğin adresi ve I/O nun yeri adres bus ve adres/data bus hatlarıyla gönderilir. Adres/data bus multiplex edilir ve bazen adres bilgisi bazen de data bilgisi içerir. T1 anında kontrol sinyalleri de ALE, DT/R, IO/M(8088) veya M/IO(8086) dir. IO/M ve M/IO sinyalleri adres bus hattının bellek adresini I/O biriminin port numarısını gösterir. T2 : T2 esnasında, 8086/8088 RD veya WR sinyallerinden birini ve DEN komutunu verir ve yazma sırasında data busta bulunan bilgiyi yazar. Bu evreler bellek ya da I/O biriminin okuma yada yazma icrasının başlamasına neden olur. Sistemde bilgi varsa DEN sinyali data bus bufferlarını açar. Böylece bellek ya da I/O yazılmak için bilgi alabilir veya mikroişlemci bellek ya da I/O biriminden bilgi alabilir. T3 : Bu saat periyodu belleğin dataya erişim zamanını sağlamak için kullanılır. Eğer bus çevrimi okuma bus çevrimi ise çevrim T3 ile sonlanır. T4 : T4 de bütün bus sinyalleri aktif değildir ve diğer bus çevrimi için hazırlıktadır. Ayrıca bellek ya da I/O dan okunacak datalar için bus hatlarının 8086/8088 tarafından örneklendiği zamandır. Sonunda bu noktada WR sinyalinin yükselen kenarında aktif olan bellek ya da I/O a dataları transfer eder ve WR lojik 1 seviyesine döndüğü zaman yazar. Okuma Zamanlaması
10 8088 mikroişlemci için ; 8086'nın 16 bit data busa sahip olması dışında 8086 ile okuma zamanlamaları hemen hemen aynıdır. Bu diyagrama küçük bir göza tışla herbir T durumunda tanımlanan temel olayları anlayabilirsiniz. Bellek yada I/O'dan data okunması için geçen süre okuma zamanlaması diyagramının en önemli kısmıdır. Bellek erişim zamanına göre seçilir ve erişim zamanı mikroişlemcinin okuma işlemi için datalara eriştiği sabit bir zaman dilimidir. Sistemin sınırlılıklarına göre bellek seçimi son derece önemlidir. Bu arada mikroişlemci zamanlama diyagramı açık şekilde bellek erişim zamanını vermez. Aksine, erişim zamanına ulaşmak için değişik zamanları birleştirmek gerekir. Diyagramdan bellek erişim zamanını b ulmak için öncelikle datanın örneklendiği noktayı belirlemeliyiz. Zaman diyagramı dikkatlice incelenirse T3'ün sonundan data bus'a kadar devam eden çizginin farkına varırsınız. Bellek erişim zamanı adres bellek adres bus hattına yüklendiğinde başlar v e mikroişlemcinin bellek bilgisini örneklediği T3'e kadar devam eder. Bu zaman aralığında yaklaşık olarak 3 tane t durumu geçecektir. Fakat tam değildir. Adres, T1 başladıktan sonra TCLAV zamanına kadar görünmez. (clock 5MHz ise TCLAV 110ns'dir) Bunun an lamı TCLAV zamanı adresin görüldüğü T1 zamanı ve datanın örneklendiği T3 zamanı olarak ayrılan 3 zamanlama durumundan (600ns) çıkartılmalıdır. T3'ten önce oluşan data setup zamanı da (TDVCL) çıkartılmalıdır. Bus çevriminin bu üç durumundan TDVCL ve TCLAV toplamlarını çıkardığımızda bellek erişim zamanını buluruz. TDVCL 5MHz clock için 30ns olduğundan müsade edilen bellek erişim zamanı sadece 460ns'dir. Sistemlerdeki adres decoder ve bufferladan oluşan zaman gecikmelerinden ötürü tabiki 5MHz de çalışan bir 8086/8088 mikroişlemciyle çalışacak olan bellek devrelerinin dataya erişme zamanı 460ns'den da ha az olmalıdır. En azından 30 veya 40ns'lik bir fark olmalıdır. Böylece bellek hızı 8086/8088 ile düzgün bir şekilde çalışabilmesi için yaklaşık 420ns'den daha yavaş olmalıdır. Bellek işlemlerini etkileyen bir zaman faktörü RD strobunun genişliğidir. Zaman diyagramından RD strobe genişliği TRLRH olarak verilmiştir. Hemen hemen imal edilen 400ns veya daha az erişim zamanın a sahip bütün bellek birimleri için 325ns bu strobe için yeterlidir. Yazma Zamanlaması 8086/8088 yazma yada okuma zamanındaki temel farklar çok küçüktür. RD strobunun yerini WR strobu almıştır. Data bellek için bilgi içermekten ziyade bellekten bilgi alır ve bus çevrimi boyunca DT/R lojik 1 olur. Bazı bellek birimleriyle arabirim oluştururken WR'nin lojik 1 olduğu nokta ile data bus hattından da taların uzaklaştırıldığı zaman arasındaki fark tehlikeli olabilmektedir. Bunun sebebi hatırlayacağınız gibi bellek bilgisi WR strobunu takip eden kenarda yazılır. Zaman diyagramına göre 808 8 5MHz Clock frekansında çalıştığı zaman tehlikeli peryot TWHDX 88ns'dir. Tutma zamanı genelde bundan daha azdır ve gerçekte bellek birimleri için 0 ns'dir. WR strobunun genişliği TWLWH yani 430ns'dir. Erişim zamanı 400ns veya daha az olan pek çok bellek birimi için bu oran çok iyidir.
11 Minumum Moda Karşı Maksimum Mod 8086/8088 mikroişlemcilerinin minimum mod ve maximum mod olmak üzere iki farklı işlem modu vardır. Minimum mod işlemi mod seçme ucu MN/MX +5V'a bağlandığı zaman ve maximum mod ise bu pin şaseye bağla ndığı zaman elde edilir. Her iki mod 8086/8088 mikroişlemci için farklı kontrol yapılarını seçer. Minimum mod tarafından sağlanan işlemler en son Intel 8-bit mikroişlemci olan 8085A ile benzerdir. Oysa maximum mod yeni, tek ve yardımcı işlemcilerin varolduğu sistemlerde kullanılmak için dizayn edilmiştir.
12 Kaynakça MEGEP Eğitim Modülleri Uzm. İbrahim KORONA (Selçuk Üniversitesi) Gümüşkaya, H. Öğr.Gör.Kürşat M. KARAOĞLAN Ders Notları