计组与微机控制
5.9 当前段、逻辑地址与物理地址
5.9 当前段、逻辑地址与物理地址
当前段、逻辑地址与物理地址
前半部分继续讲 8086/8088 的分段管理。
CS：代码段DS：数据段SS：堆栈段ES：附加段
这 4 个段寄存器保存的是对应段的 段基值，也就是段起始地址的高 16 位表示。
1. 当前段最多能容纳多少内容？
书上说：当前段最多可容纳：
64KB 的代码 64KB 的堆栈 128KB 的数据
为什么是这样？因为：
CS 对应一个代码段，最大 64KBSS 对应一个堆栈段，最大 64KBDS 和 ES 可以分别指向两个数据段，所以合起来最多 128KB 数据
注意，DS 和 ES 不一定连续，它们只是两个当前可用的数据段。
所以你可以理解成：CPU 在某一时刻最多直接“拿在手边”的段有 4 个。
代码一个，栈一个，数据可以有两个。
2. 程序超过当前段怎么办？
书上说，如果应用程序比较长，超过了这些容量限制，可以通过修改段寄存器来访问其他段。
图 2.11 里，右边画了很多逻辑段：
A、B、C、D、E、F、G、H、I、J、K ...
但左边 4 个段寄存器当前只指向：
CS → B DS → F SS → I ES → K
所以当前段是 B、F、I、K。
如果程序现在想访问 J 段的数据，而 J 段目前不在 DS 或 ES 中，那怎么办？
就可以把 DS 或 ES 的内容改成 J 段的段基值。
也就是：原来 DS 指向 F，现在让 DS 指向 J
这样 J 就变成当前数据段了。
3. 但段寄存器不能随便乱改
这里要稍微注意：DS、ES 一般比较容易改，因为它们主要指向数据段。
SS 和 CS 就不能随便动。
SS 指向堆栈段，改 SS 时必须马上配合改 SP，否则栈顶就乱了。
CS 指向代码段，普通 MOV CS, AX 这种操作是不允许的。通常要通过远跳转、远调用、中断返回等方式改变 CS。
所以课本这里讲的是原理：如果当前段不够用，就通过改变段寄存器来切换当前段。
二、物理地址和逻辑地址
这一页进入非常重要的一节：逻辑地址与物理地址。
物理地址就是 CPU 真正送到地址总线上的地址。
8086/8088 有 20 根地址线，所以物理地址是 20 位。
范围是：00000H ~ FFFFFH也就是 1MB 空间。
书上说：CPU 和存储器之间的任何信息交换，都使用物理地址。
这句话的意思是：内存芯片本身不认识什么 DS:1000H、CS:IP。
它只认识真正的 20 位地址，比如：
12345H 2D3H FFFFFH
2. 逻辑地址是什么？
逻辑地址是程序员使用的地址形式。8086/8088 里，逻辑地址由两部分组成：段基值 : 偏移量
常写成：段地址:偏移地址
比如：0915H:003AH
其中：0915H 是段地址，003AH 是偏移量
注意，逻辑地址不是最终送到内存的地址。
CPU 的 BIU 会把逻辑地址转换成物理地址。
3. 逻辑地址转物理地址
转换公式是：
物理地址 = 段地址 × 10H + 偏移地址
也就是：物理地址 = 段地址左移 4 位 + 偏移地址
段地址 = 0915H偏移量 = 003AH
先把段地址左移 4 位：0915H → 09150H
再加偏移量：09150H + 003AH = 0918AH
所以：0915H:003AH 对应物理地址 0918AH
以 BP 为基址：默认 SS
如果有效地址里用了 BP，比如：
MOV AX, [BP] MOV AX, [BP+4] MOV AX, [BP+SI]
默认段寄存器是：SS
因为 BP 通常用于访问栈中的参数或局部数据。
所以：MOV AX, [BP]
默认不是 DS:BP，而是：SS:BP
一般变量：默认 DS
除了源串、目的串、BP 寻址这些特殊情况，大多数普通变量访问默认使用：DS
例如：
MOV AX, [BX] MOV AX, [SI] MOV AX, [2000H] MOV AX, [BX+SI+10H]
默认段基址一般来自 DS。
所以普通数据访问通常是：DS:有效地址
有效地址 EA？表 2.3 里有一个词：
有效地址 EA，Effective Address
EA 本质上就是 偏移地址。它不是完整物理地址。
它是 CPU 根据寻址方式算出来的段内偏移量。
例如：MOV AX, [BX+SI+10H]
如果：BX = 1000H SI = 0020H位移量 = 0010H
那么：
EA = BX + SI + 10HEA = 1000H + 0020H + 0010HEA = 1030H
如果这条指令默认用 DS，那么物理地址就是：
DS × 10H + EA
所以要区分：EA：段内偏移量，物理地址：段基址 + EA
接下来进入：
Intel 8086/8088 CPU 对堆栈的设置与操作。
这部分非常重要，后面学 CALL、RET、中断都会用到。
一、堆栈是干什么的？（前面讲过）
书上说堆栈主要用于：
暂存数据，现场保护过程调用时保存返回地址，中断处理时保存断点信息
可以把堆栈理解成程序运行时的一块临时存储区。
比如调用子程序时，CPU 要记住：
“我执行完子程序以后要回到哪里？”
这个返回地址就会暂存在栈里。
发生中断时，也要保存当前执行位置和标志状态，这样中断处理完才能回到原来的程序继续执行。
SS 和 SP 如何指定堆栈？
8086/8088 中，堆栈由：
SS：堆栈段寄存器SP：堆栈指针
共同指定。
SS 指出堆栈段在哪里SP 指向当前栈顶的偏移地址
所以当前栈顶物理地址是：SS × 10H + SP
写成逻辑地址就是：SS:SP
空栈时 SP 指向哪里？
书上说，SP 初始化时，它的值就是堆栈深度，这时它指向栈底 + 1 单元。
这句话看起来有点绕，我们用例子理解。
假设给堆栈分配 100H 个字节，偏移范围大概是：
0000H ~ 00FFH
那么栈底在最高地址附近：00FFH
空栈时还没有数据，SP 可以初始化为：0100H
也就是栈底再往下一格的位置。
第一次 PUSH 时，8086 会先让 SP 减 2：
SP = 0100H - 2 = 00FEH
然后把一个字存入：SS:00FEH 和 SS:00FFH
所以第一次压入的数据正好放在栈底附近。
8086/8088 堆栈按“字”组织
8086/8088 的堆栈是按字组织的。
意思是：每次 PUSH/POP 的基本单位是 1 个字1 个字 = 2 个字节所以压栈一次，SP 变化 2。
出栈一次，SP 也变化 2。
压入 1234H 怎么存？
如果把一个字：1234H
压入堆栈，内存中存放方式仍然是小端：
低地址：34H高地址：12H
图上类似：
09154H：34H 数据低 8 位09155H：12H 数据高 8 位
所以栈里虽然按字操作，但实际内存仍然按字节存放。
PUSH 操作到底做了什么？
假设：
SS = 1000HSP = 0100HAX = 1234H
执行：PUSH AX
8086 的动作是：
第一步，SP 减 2：
SP = 00FEH
第二步，把 AX 写入 SS:SP 开始的两个字节：
SS:00FEH 放低字节 34HSS:00FFH 放高字节 12H
物理地址分别是：
1000H × 10H + 00FEH = 100FEH1000H × 10H + 00FFH = 100FFH
所以 PUSH 的规律是：
先 SP = SP - 2再把数据写入 SS:SP
八POP 操作到底做了什么？
继续上面的例子。
如果执行：
POP BX
CPU 会：
第一步，从 SS:SP 指向的位置取一个字：
低字节来自 SS:00FEH = 34H高字节来自 SS:00FFH = 12H
组合成：1234H
送入 BX：BX = 1234H
第二步，SP 加 2：SP = 0100H
所以 POP 的规律是：先从 SS:SP 取数据，再 SP = SP + 2
PUSH 和 POP 总结
PUSH：SP 先减 2，再存入一个字POP：先取出一个字，再 SP 加 2
栈增长方向：
压栈：向低地址增长出栈：向高地址回退
这个是后面学 CALL、RET、中断时的基础。
修改 SS 时为什么必须紧接着修改 SP？
第 26 页还说，如果要更换堆栈区，可以重新设置 SS，但每次更换 SS 后必须紧接着给 SP 赋新值。
原因是：SS 和 SP 是一对。
SS 决定栈在哪个段SP 决定栈顶在这个段内的位置
如果你只改 SS，不改 SP，那么 CPU 会把旧的 SP 当成新栈段里的偏移地址。
这可能会导致栈顶指到错误位置，后面的 PUSH、POP、CALL、RET 都会乱。
所以正确思路是：
MOV AX, 新堆栈段MOV SS, AX MOV SP, 新栈顶偏移
核心原则：换栈时，SS 和 SP 必须配套设置。