【汇编】内存的读写与地址空间、寄存器及数据存储

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前言

在计算机体系结构中，内存的读写操作是一项关键任务，涉及到程序的执行、数据的存储和处理。同时，理解地址空间的概念对于编写有效的程序至关重要。本文将探讨汇编语言中的内存读写过程以及地址空间的概念，帮助读者更深入地理解计算机内部的运作机制。

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一、CPU对存储器的读写

1.1 cpu对存储器的读写如何进行？

CPU要想进行数据的读写，必须和外部器件进行三类信息的交互：
存储单元的地址
（地址信息）
器件的选择，读或写命令
（控制信息）
读或写的数据
（数据信息）

1.2 演示

机器码： 101000000000001100000000
16进制：A00300
汇编指令：MOV AL,[3]
含义：从3号单元读取数据送入寄存器AL

首先，要读取的地址信息先进入内存找到对应的数据存储单元。找到了3，里面的数据为08
接下来，控制器发出读质量。3号单元的08顺着数据线给了我们存放数据的器件

二、内存地址空间

什么是内存地址空间
CPU地址总线宽度为N，寻址空间为2NB
8086CPU的地址总线宽度为20，那么可
以寻址1MB个内存单元，其内存地址空
间为1MB。

从CPU角度看地址空间分配：

三、将各类存储器看作一个逻辑存储器——统一编址

所有的物理存储器被看作一个由若干存储
单元组成的逻辑存储器；
每个物理存储器在这个逻辑存储器中占有
一个地址段，即一段地址空间；
CPU在这段地址空间中读写数据，实际上
就是在相对应的物理存储器中读写数据。

内存地址空间的分配方案

三、CPU的组成

运算器进行信息处理；
寄存器进行信息存储；
控制器协调各种器件
进行工作；
内部总线实现CPU内
各个器件之间的联系。

寄存器是CPU内部的信息存储单元

8086CPU有14个寄存器：
通用寄存器：AX、BX、CX、DX
变址寄存器：SI、DI
指针寄存器：SP、BP
指令指针寄存器： IP
段寄存器：CS、SS、DS、ES
标志寄存器：PSW
共性
8086CPU所有的寄存器都是16位的，
可以存放两个字节

通用寄存器–AX为例

一个16位寄存器存储一个16位的数据
最大值？
2^16-1
即是所有位都写1

例：在AX中存储18D
18D
— 12H
— 10010B

再例：在AX中存储20000D
20000D
— 4E20H
— 0100111000100000B

“横看成岭侧成峰“

问题
8086上一代CPU中的寄存器都是8位的，如何保证程序的兼容性？

方案
通用寄存器均可以分为两个独立的
8位寄存器使用

如下面这样：

细化
AX可以分为AH和AL
BX可以分为BH和BL
CX可以分为CH和CL
DX可以分为DH和DL

四、“字”在寄存器中的存储

4.1 “字”是什么东西？

当我们谈论计算机存储中的“字”，它其实就是一种计量单位，用来描述在计算机中处理的数据大小。一个字通常由一串二进制数字组成，它可以是8位（一个字节）、16位、32位或者64位长，具体取决于计算机体系结构。

寄存器是计算机内部的小而快速的存储空间，就像大脑中的速记本。这里的“字”是指寄存器可以一次性处理的数据单元大小。比如，一个16位的寄存器可以存储或处理16位长的数据，而一个32位的寄存器可以处理更长的数据。

在寄存器中，字按照其长度被存储和处理。就像小抽屉里能容纳的物品大小不同一样，不同长度的字在寄存器中占据的空间也不同。这些“抽屉”以二进制形式存储数据，所以一个8位的寄存器可以容纳8个二进制位，而16位寄存器则能容纳16个，以此类推。计算机通过这些位来存储和处理数字、字符、图像或者指令等各种信息。

4.2 在8086中

8086是16位CPU
8086的字长(word size)为16bit
一个字(word)可以存在一个16位寄存器中
这个字的高位字节存在这个寄存器的高8位寄存器
这个字的低位字节存在这个寄存器的低8位寄存器

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总结

内存的读写与地址空间是计算机体系结构中的核心概念。通过汇编语言，程序可以直接操作内存，实现对数据的灵活控制。地址空间的概念则为程序提供了一个有序的内存结构，使得不同部分的数据有序地存储在内存中。深入理解这些概念，有助于程序员编写出更高效、可靠的程序，充分利用计算机的内存资源。在今后的学习和开发过程中，对于内存和地址空间的理解将发挥重要作用。