存储器分段和地址计算

2008-05-21 1:24

存储器分段和地址计算 1. 存储单元的地址和内容     在8086 CPU系统中，以字节为单位线性地组织存储器。一个字节就是一个 存储单元，为了标识和访问每个存储单元，给每个存储单元规定一个编号，即 存储单元的地址     存储单元的地址用二进制无符号数表示，从0开始，顺序加1，则n位二进制 数可以表示2^n个存储单元的地址。     一个存储单元中存放的信息称为该存储单元的内容。当将一个字存放到存 储器时需要占用两个连续的字节，系统规定：把一个字存放到存储器时，低字节 存放在地址较低的字节单元，高字节存放在地址较高的字节单元，     例如：地址33451H中的字单元的内容为5612H     _________________________00000H        |    ......        |     |_______________________|33450H     |    34H        |     |_______________________|33451H     |    12H        |     |_______________________|33452H     |    56H        |     |_______________________|33453H     |    29H        |     |_______________________|     |    ......        |     |_______________________|     这种存储原则称为“高高低低”原则。对于由四个连续字节构成的双字单元， 也使用同样的原则，例如地址33450H的双字单元中存放着数据29561234H。 2. 存储器的分段     8086 CPU有20根地址线，可直接寻址的地址空间为2^20=1M字节，即存储单元 的物理地址是20位的二进制无符号数，范围为00000H～FFFFFH。     但是，8086 CPU内部的算术逻辑单元只能进行16位运算，而且存放存储单元 地址偏移的指针寄存器（SP、BP、SI、DI、BX）均为16位，无法直接寻址1MB物理 地址。为此，把1MB地址空间划分成若干逻辑段，每个逻辑段满足如下条件：     （1）逻辑段的开始地址必须是16的倍数——与段寄存器长16位有关         即逻辑段的起始地址最后四位必定为0000     （2）逻辑段的最大长度为64K——与指针寄存器长16位有关 3. 物理地址的计算     根据存储器的逻辑分段，如何计算实际的物理地址？很明显，逻辑段的起始 地址是16的倍数，即逻辑段的起始地址均具有如下形式：         xxxxxxxxxxxxxxxx0000B = XXXX0H     这种段起始地址可以压缩为XXXXH，称为段值，即段起始地址等于段值成语16。     而要访问的存储单元总属于某个段，将存储单元地址与所在段起始地址的差 称为段内偏移，简称偏移。在给定段内，通过偏移完全可以确定要访问的存储单元， 因此在整个1MB地址空间中，         存储单元的物理地址 = 段起始地址 + 段内偏移                            = 段值 × 16 + 段内偏移                            = 段值 : 偏移    （简化表示）     采用“段值：偏移”构成逻辑地址后，段值由寄存器给出，偏移可以由指令指针IP、 堆栈指针SP、以及其它可用作存储器指针的寄存器(SI、DI、BX、BP)给出、或者直接用 16位数给出。指令中不使用物理地址，而使用逻辑地址，由CPU的总线接口单元BIU根据 段值和偏移自动计算出物理地址。 4. 段寄存器的引用     8086 CPU有四个段寄存器，可保持4个段值，故可同时使用4个段，但四个段各有分工。 每当需要生成物理地址时，BIU会自动引用特定的段寄存器来计算物理地址。     （1）取指令时，BIU自动引用代码段寄存器CS，再加上指令指针IP的16位偏移，得到          指令的物理地址；     （2）当涉及堆栈操作时，则自动引用堆栈段寄存器SS，再加上SP的16位偏移，得到          堆栈操作所需的物理地址；当偏移涉及BP寄存器时，默认引用的段寄存器也是          堆栈段寄存器SS；     （3）在存取存储器中的操作数时，自动选择数据段寄存器DS或附加段寄存器ES，再          加上16位偏移，得到操作数的物理地址。此时的16位偏移，可以说包含在指令          中的直接地址，也可以是某个16位存储器指针寄存器的值，也可以是指令中的          偏移再加上存储器指针寄存器的值，主要取决于指令的寻址方式。     在不改变段寄存器值的情况下，寻址范围最大是64KB。若某程序使用的总存储长度 (包括代码、堆栈、数据区)不超过64K，则整个程序可以合用一个段；若某程序的代码 长度、堆栈长度、数据区长度均不超过64KB，则可在程序开始处分别给DS、SS等段寄存 器赋值；若某程序的数据区长度超过64KB，则要在两个或多个数据段中存取数据，此时 需要改变数据段寄存器的段值。