IBM PC总线

出处：按学科分类—工业技术 北京出版社《现代综合机械设计手册上》第368页（2840字）

IBM PC总线是用于个人微型计算机系统的总线，有8条双向数据线、20条地址线、7条中断线、8条电源线以及地线和控制线，共62条线、它主要支持8088 CPU，IBMPC微型计算机系统有最小方式和最大方式两种组态，不同的组态其电路结构、总线结构、控制信号及微处理器芯片某些引脚的定义均有不同。

图1．8－1示出最小方式系统的结构。在最小方式系统中，微处理和总线的连接关系为：

①微处理器的(最小／最大)引脚与5V电源相接。

②微处理器的(读控制信号)、(写控制信号)，(输入输出设备／存储器选择信号)分别直接接到总线的对应控制线上。

③AD₀～AD₇、A₈～(地址数据线、地址线)接到地址锁存器，ALE(地址锁存允许信号)接到地址锁存器的选通端．

④数据线可以直接与数据总线相接，这时(数据发送／接收信号)和(数据允许信号)不用。数据线也可以经数据驱动器与数据总线相连，这时和分别接到数据驱动器的T(数据发送)端和DE(数据允许)端。

图1．8－1 最小方式系统的结构

在最小方式系统中，对控制信号作如下定义：

①接到Vcc上，表明系统为最小方式。

②为三态输出线，高电平表示总线操作为输入输出设备操作；低电平表示总线操作为存储器操作；当高速外部设备直接与存储器交换数据时，引脚浮空。

③为三态输出线。低电平表示写入操作。写到存储器中还是输入输出设备中，由控制线进行控制，系统进行DMA操作时，引脚浮空。

④为三态输出线，低电平表示从存储器或输入输出设备读取数据，也需与配合，以便区分存储器还是输入输出设备，进行DMA操作时，引脚浮空。

⑤中断响应线，低电平表示微处理器允许中断请求。只有在微处理器中断响应周期时，此信号才起中断响应的控制作用。

⑥ALE地址锁存允许信号。这是微处理器对地址锁存器的控制信号。高电平时，把总线中的AD₀～AD₇及A₈～A₁₉打入地址锁存器，作为地址信息予以锁存。

⑦数据发送接收控制信号、三态输出线(使用数据驱动器时才需此信号)。高电平时，驱动器在此信号控制下，将微处器送出的数据信息经功率驱动后发送到数据总线，低电平时，控制驱动器接收数据总线的数据，并送至微处理器。进行DMA操作时，引脚浮空。

⑧数据允许信号、三态输出线。在有数据驱动器的情况下使用此信号，低电平时，使驱动器向数据总线发送数据；高电平时，驱动器总线成高阻浮空状态。

⑨HOLD和HLDA信号。HOLD是别的主设备要求占用总线时向CPU发出的总线请求信号，高电平有效。HLDA是CPU对HOLD的响应信号，表示CPU允许别的主设备使用总线，并成为总线控制的主设备，高电平有效。在别的主设备进行总线操作期间，HOLD信号应一直保持高电平有效状态。

⑩状态信号线。它与、一起决定总线的现行操作周期，见表1．8－3。

表1．8－3 总线操作周期状态表

图1．8－2所示为最大方式系统的结构。最大方式系统为多处理器操作系统，如加进协处理器和8089I／O处理器，带有协处理器和8089I／O处理器的系统，各处理器是在主处理器(CPU)的控制和协调下进行并行操作的。任务由主处理器分配，各辅助处理器均和主处理器建立互锁式的异步通信，各辅助处理器只有请求主处理器并获得允许后，才能通过总线使用系统中的资源(或设备)，因而不存在各辅助处理器对系统总线和资源的竞争。

图1．8－2 最大方式系统的结构

从图中可以看出最大方式系统中主处理器和系统之间的关系。系统工作在最大方式，需将MN／引脚接地，并在系统中增加总线控制器，以便把主处理器输出的状态信息转换为系统的总线控制信号。最大方式系统的控制信号如下：

①、、信号。这些信号送到8288总线控制器，以便产生系统中有关存储器或I／O设备的访问周期，并发出相应的控制信号。表1．8－4示出、、的状态和总线操作周期的关系。在DMA操作时，这些状态信号处于浮空状态，以表示主处理器已把总线控制权释放给请求DMA操作的设备。

表1．8－4 、、状态与总线操作周期的关系

②(外部设备请求／处理允许)控制信号。和为两组信号，两者间的优先权级别较高。当系统中某设备要求成为主设备而控制总线时，便向主处理器发出使用总线的请求信号，主处理器在一个总线操作周期结束时，便输出允许信号，同时释放总线控制权，、、变成无用状态。

③信号。此信号有效时，禁止其它主设备争用总线，只有在下一条指令执行完毕的一个时钟周期才清除LOCK信号，系统在执行DMA操作时，LOCK信号为浮空状态。

④QS₁、队列状态信号。该信号能反映主处理器内部指令的执行情况，从而外部设备可以监视CPU内部的指令队列，这样可以使协处理器进行指令组的扩展处理。状态信号的各种状态和指令队列的关系如表1．8－5所示。

表1．8－5 状态与指令队列的关系

最大方式系统中采用了总线控制器8288，由主处理器的、、信号通知8288发送什么控制信号，并在规定的时刻把控制信号放到总线上。在最小方式系统中，ALE、、、信号直接来自主处理器，而在最大方式系统中却来自8288。此外，来自主处理器的、信号被来自8288的(输入／输出读命令)、(输入／输出写命令)、(存储器读命令)、(存储器写命令)所强化。