【汇编语言】寄存器（CPU工作原理）（四）—— “段地址x16 + 偏移地址 = 物理地址”的本质含义以及段的概念和小结

news2024/11/28 2:15:43

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文章目录

前言
1. "段地址x16 + 偏移地址 = 物理地址"的本质含义
2. 段的概念
3. 内存单元地址小结
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："段地址x16 + 偏移地址 = 物理地址"的本质含义以及段的概念

1. "段地址x16 + 偏移地址 = 物理地址"的本质含义

了解其本质含义有助于我们未来更加灵活地分析解决问题

“段地址x16+偏移地址=物理地址”的本质含义是：CPU在访问内存时，用一个基础地址(段地址x16)和一个相对于基础地址的偏移地址相加，给出内存单元的物理地址。

更一般地说，8086CPU的这种寻址功能是“基础地址+偏移地址=物理地址”寻址模式的一种具体实现方案。8086CPU中，段地址x16可看作是基础地址。

下面，我们用两个与CPU无关的例子做进一步的比喻说明。

🎈第一个比喻说明“基础地址+偏移地址=物理地址”的思想：

比如说，学校、体育馆、图书馆同在一条笔直的单行路上(参考下图)，学校位于路的起点(从路的起点到学校距离是0米)。

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你要去图书馆，问我那里的地址，我可以用两种方式告诉你图书馆的地址：

(1)从学校走 2826m 到图书馆。这 2826m可以认为是图书馆的物理地址。

(2)从学校走 2000m到体育馆，从体育馆再走826m 到图书馆。第一个距离 2000m,是相对于起点的基础地址，第二个距离826m是相对于基础地址的偏移地址(以基础地址为起点的地址)。

第（1）种方式是直接给出物理地址 2826m，而第（2）种方式是用基础地址和偏移地址相加来得到物理地址的。

🎈第二个比喻进一步说明“段地址x16+偏移地址=物理地址”的思想。

我们为上面的例子加一些限制条件，比如，只能通过纸条来互相通信，你问我图书馆的地址我只能将它写在纸上告诉你。显然，我必须有一张可以容纳4位数据的纸条，才能写下 2826 这个数据。

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可不巧的是，我没有能容纳4位数据的纸条，仅有两张可以容纳3位数据的纸条。这样我只能以下面这种方式告诉你 2826 这个数据。

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在第一张纸上写上 200(段地址)，在第二张纸上写上826(偏移地址)。假设我们事前对这种情况又有过相关的约定：你得到这两张纸后，做这样的运算：200(段地址)x10+826(偏移地址)=2826(物理地址)。

8086CPU就是这样一个只能提供两张3位数据纸条的CPU。

2. 段的概念

“段地址”这个名称中包含着“段”的概念。这种说法可能对一些学习者产生了误导，使人误以为内存被划分成了一个一个的段，每一个段有一个段地址。如果我们在一开始形成了这种认识，将影响以后对汇编语言的深入理解和灵活应用。

其实，内存并没有分段，段的划分来自于CPU，由于8086CPU用“基础地址(段地址x16)+偏移地址=物理地址”的方式给出内存单元的物理地址，使得我们可以用分段的方式来管理内存。如下图所示，我们可以认为：

地址10000H~100FFH的内存单元组成一个段，该段的起始地址(基础地址)为10000H，段地址为1000H，大小为100H。（大小指的是这个段的长度）
也可以认为地址10000H_{1007FH、10080H}100FFH的内存单元组成两个段，它们的起始地址(基础地址)为:10000H和10080H，段地址为：1000H和1008H，大小都为80H。（大小指的是这个段的长度）

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以后，在编程时可以根据需要，将若干地址连续的内存单元看作一个段，用段地址x16定位段的起始地址(基础地址)，用偏移地址定位段中的内存单元。

有两点需要注意

段地址x16必然是16的倍数，所以一个段的起始地址也一定是16的倍数
偏移地址为16位，16位地址的寻址能力为64KB，所以一个段的长度最大为64KB。（因为一个段是通过“基础地址(段地址x16)+偏移地址=物理地址”来寻找地址的，所以当一个段的起始地址由段地址确定后，大小也就是范围就会由偏移地址的寻址能力决定）