16位微机的内存管理模式

存储器的分段

我们知道：计算机的内存单元是以“字节”为最小单位进行线性编址的。为了标识每个存储单元，就给每个存储单元规定一个编号，此编号就是该存储单元的物理地址。

存储单元的物理地址是一个无符号的二进制数。但为了书写的简化，物理地址通常用十六进制来表示。

16位CPU内部有20根地址线，其编码区间为：00000H~0FFFFFH，所以，它可直接访问的物理空间为1M(2²⁰)字节。而16位CPU内部存放存储单元偏移量的寄存器（如：IP、SP、BP、SI、DI和BX等）都是16位，它们的编码范围仅为：00000H~0FFFFH。这样，如果用16位寄存器来访问内存的话，则只能访问内存的最低端的64K，其它的内存将无法访问。为了能用16位寄存器来有效地访问1M的存储空间，16位CPU采用了内存分段的管理模式，并引用段寄存器的概念。

16位微机把内存空间划分成若干个逻辑段，每个逻辑段的要求如下：		图2.4 16位微机内存分段管理示意图
◆	逻辑段的起始地址(通常简称为：段地址)必须是16的倍数，即最低4位二进制必须全为0；
◆	逻辑段的最大容量为64K，这由16位寄存器的寻址空间所决定。
按上述规定，1M内存最多可分成64K个段，即65536个段(段之间相互重叠)，至少可分成16个相互不重叠的段。 右图2.4是内存各逻辑段之间的分布情况示意图，其中有相连的段(如：C和D段)、不相连的段(如：A和B段)以及相互重叠的段(如：B和C段)。

这种存储器分段的内存管理方法不仅实现了用两个16位寄存器来访问1M的内存空间，而且对程序的重定位、浮动地址的编码和提高内存的利用率等方面都具有重要的实用价值。

2.2.1 物理地址的形成方式

由于规定段地址必须是16的倍数，所以，其值的一般形式为：XXXX0H，即：前16位二进制位是变化的，后四位是固定为0。鉴于段地址的这种特性，我们可以仅保存其前16位二进制来达到保存整个段地址，其后四位可通过“左移补0”来获得。

在确定了某个存储单元所属的内存段后，我们也只知道其所处内存位置的范围，还不能确定其具体位置。要想确定内存单元的具体位置，还必须知道该单元离该段地址有多远。我们通常把存储单元的实际地址与其所在段的段地址之间的距离称为段内偏移，也可称为有效地址(EA—EffectiveAddress)或偏移量(Offset)等。有了段地址和偏移量，就能唯一地确定某一内存单元在存储器内的具体位置。

由此可见，存储单元的逻辑地址分为两部分：段地址和偏移量。由逻辑地址得到其物理地址(PA—PhysicalAddress)的计算方法如下：

物理地址PA=段地址×16 + 偏移量

计算存储单元物理地址的公式可用“左移4位”和“加”运算来实现。图2.5是物理地址的计算示意图。

图2.5 16位CPU物理地址计算示意图	图2.6 物理地址和逻辑地址之间的关系

对物理地址来说，当段地址变化时，只要对其偏移量进行相应的调整就可对应同一个物理地址，所以，同一个物理地址可有多个逻辑地址。如图2.6所示。

在汇编语言程序中，存储单元通常不是用其物理地址标识的，而是用其逻辑地址标识的。逻辑地址的段地址由段寄存器给出，偏移量可由寄存器(SI、DI、BP和BX等)给出，也可用符号地址或具体的数值给出。至于在指令中如何指出存储单元的逻辑地址将在第3章“寻址方式”中给出详细说明。