8086系统总线,架构、工作原理与总线周期

深入解析8086系统总线：架构、工作原理与总线周期

8086微处理器作为历史上重要的16位微处理器之一，其系统总线的架构和工作原理对于理解早期计算机系统的发展具有重要意义。本文将深入解析8086的系统总线，包括其架构、工作原理以及总线周期等关键概念。

8086微处理器主要由执行单元（EU）和总线接口单元（BIU）两部分组成。EU负责指令的执行，而BIU则负责与存储器及I/O接口之间的数据传送操作。这种设计使得CPU能够高效地处理指令，同时与外部设备进行数据交换。

EU和BIU之间通过指令队列进行通信。每当指令队列中有两个空字节时，BIU就会自动将指令取到指令队列中。EU在准备执行指令时，会从BIU的指令队列中取出指令代码，并在几个时钟周期内执行指令。如果需要访问存储器或I/O端口，EU会请求BIU进入总线周期，完成访问操作。

8086的基本总线周期由4个时钟周期组成，每个时钟周期称为一个T状态。在总线周期的不同阶段，CPU会执行不同的操作。例如，在T1状态，BIU将RAM或I/O地址放在地址/数据复用总线上；在T2状态，进行读或写总线周期，改变线路方向；在T3和T4状态，AD总线上传输数据。

在8086系统总线结构中，地址锁存器扮演着重要角色。由于数据总线是8位的，而地址总线是16位的，因此需要通过地址锁存器来确保16位地址的完整输出。在总线周期的前半部分，CPU输出地址信号和BHE（总线高允许）信号，并通过ALE（地址允许锁存）信号通知地址已经准备好。这样，地址信号和BHE信号被锁存，确保了CPU在总线周期的后半部分能够正确地进行读/写操作。

8086微处理器与片外存储器或接口进行数据传输时，通过BIU执行规定的总线操作。此外，8086还具备中断系统，可以处理256种中断。当外部硬件发出中断请求INTR时，CPU会进入中断响应周期，处理中断请求。在这个过程中，CPU会保护现场，清除IF和TF标志位，并将断点（下一条指令地址）入栈。

在一个系统中，若存在多个可控制总线的主模块，总线使用权的转移需要通过请求与响应的过程。8086微处理器支持总线请求，允许其他模块在需要时请求总线使用权。当CPU完成当前操作后，会释放总线，其他模块可以请求并使用总线。

8086系统总线作为早期计算机系统的重要组成部分，其架构和工作原理对于理解计算机发展历程具有重要意义。通过对8086系统总线的深入解析，我们可以更好地了解其总线周期、地址锁存器、总线操作、中断系统以及总线请求与响应等关键概念。这些知识对于计算机科学领域的研究者和爱好者都具有重要的参考价值。