文章目录
- 前言
- 1. 物理地址
- 2. 16位结构的CPU
- 3. 8086CPU给出物理地址的方法
- 4. 由段地址×16引发的血案……
- 结语
前言
📌
汇编语言是很多相关课程（如数据结构、操作系统、微机原理）的重要基础。但仅仅从课程的角度出发就太片面了，其实学习汇编语言可以深入理解计算机底层工作原理，提升代码效率，尤其在嵌入式系统和性能优化方面有重要作用。此外，它在逆向工程和安全领域不可或缺，帮助分析软件运行机制并增强漏洞修复能力。
本专栏的汇编语言学习章节主要是依据王爽老师的《汇编语言》来写的，和书中一样为了使学习的过程容易展开，我们采用以8086CPU为中央处理器的PC机来进行学习。
文章主要内容：分析物理地址及其组成，16位结构的CPU，探讨8086 CPU如何生成物理地址。
1. 物理地址
CPU访问内存单元时，要给出内存单元的地址。所有的内存单元构成的存储空间是一个一维的线性空间，每一个内存单元在这个空间中都有唯一的地址，我们将这个唯一的地址称为物理地址。
CPU通过地址总线送入存储器的，必须是一个内存单元的物理地址。在CPU向地址总线上发出物理地址之前，必须要在内部先形成这个物理地址。不同的CPU可以有不同的形成物理地址的方式。我们现在讨论8086CPU是如何在内部形成内存单元的物理地址的。
2. 16位结构的CPU
我们说 8086CPU的上一代CPU(8080、8085)等是8位机，而8086是16位机，也可以说8086是16位结构的CPU。那么什么是16位结构的CPU呢?
概括地讲，16位结构(16位机、字长为16位等常见说法，与16位结构的含义相同)描述了一个 CPU 具有下面几方面的结构特性。
运算器一次最多可以处理16位的数据
寄存器的最大宽度为16位
寄存器和运算器之间的通路为16位
8086是16位结构的CPU，这也就是说，在8086内部，能够一次性处理、传输、暂时存储的信息的最大长度是16位的。内存单元的地址在送上地址总线之前，必须在CPU中处理、传输、暂时存放，对于16位CPU，能一次性处理、传输、暂时存储16位的地址。
3. 8086CPU给出物理地址的方法
8086CPU有20位地址总线，可以传送20位地址，达到1MB寻址能力。
📌
解释：因为20位地址总线，代表可以产生 2 20 2^{20} 220种地址，然后由于内存大小是以字节为单位的，每个字节单元都有一个地址。每一种地址都对应一个字节空间大小，所以说20位地址总线就可以寻找 2 20 2^{20} 220个字节的内存空间，所以说寻址能力就是 2 20 2^{20} 220B也就是1MB。
8086CPU是16位结构，在内部一次性处理、传输、暂时存储的地址为16位。从8086CPU的内部结构来看，如果将地址从内部简单地发出，那么它只能送出16位的地址，表现出的寻址能力只有64KB。
那么，8086CPU如何用内部16位的数据转换成20位的地址呢？
8086CPU 采用一种在内部用两个16位地址合成的方法来形成一个20位的物理地址。相关部件的逻辑结构如下图所示。
如上图所示，当8086CPU要读写内存时，进行如下步骤：
（1）CPU中的相关部件提供两个16位的地址，一个称为段地址，另一个称为偏移地址
（2）段地址和偏移地址通过内部总线送入一个称为地址加法器的部件
（3）地址加法器将两个16位地址合成为一个20位的物理地址;
（4）地址加法器通过内部总线将20位物理地址送入输入输出控制电路
（5）输入输出控制电路将20位物理地址送上地址总线
（6）20位物理地址被地址总线传送到存储器
地址加法器合成物理地址的方法：
物理地址=段地址×16+偏移地址
例如，8086CPU要访问地址为123C8H的内存单元，此时，地址加法器的工作过程如下图所示(图中数据皆为十六进制表示)。
4. 由段地址×16引发的血案……
“段地址×16”有一个更为常用的说法就是数据左移4位（位指的是二进制位）。
我们看一个例子，一个数据为2H，二进制形式为10B，对其进行左移运算：
我们通过观察移位次数和各种形式数据的关系：
（1）一个数据的二进制形式左移1位，相当于该数据乘以2；
（2）一个数据的二进制形式左移N位，相当于该数据乘以2的N次方；
（3）地址加法器如何完成段地址×16的运算？ 就是以二进制形式存放的段地址左移4位。
经过进一步的思考，我们可以看出：
- 一个数据的十六进制形式左移1位，相当于乘以16
- 一个数据的十进制形式左移1位，相当于乘以10
- 一个数据的X进制形式左移1位，相当于乘以X。
结语
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