4.4 分段、物理地址与字节序

8086 的寄存器宽度为 16 位，所以一个寄存器最多直接编码 65,536 个不同值。但处理器提供 20 位地址总线，可以访问 $2^{20}=1{,}048{,}576$ 个字节单元，也就是 1 MiB。

8086 使用分段寻址（segmented addressing）衔接这两种宽度。

段值加偏移量形成物理地址

一次存储器引用使用两个 16 位量：

• 段值（segment）以 16 字节为单位选择一个基址；

• 偏移量（offset）选择相对于该基址的字节。

原始 8086 按下式形成总线地址：

乘以 16 等价于二进制左移四位，也等价于在十六进制数后追加一个 0。

对于 1234H:0010H：

段基址对齐到一个 paragraph（节，或称小段），这是 8086 中的 16 字节单位。段值本身不是物理基址，必须先乘以 16。

默认的段值—偏移量搭配

这些默认搭配可以减少指令需要编码的信息。部分指令允许段超越，而精确的有效地址规则将在指令集内容中介绍。

段的重叠与 20 位回绕

不同段可以互相重叠。1000H:0020H 与 1001H:0010H 都会形成物理地址 10020H：

因此，“段值:偏移量”并不是物理字节的一一对应名称。

未经截断的最大和会超过 20 位。在原始 8086 上，FFFFH:0010H 的算术结果是 100000H，但芯片只有 A19 到 A0 地址引脚。引出的低 20 位为 00000H，所以地址发生回绕。后来的 PC 兼容机引出了 A20 相关问题；本节规则专门描述原始 8086 的总线行为。

实验 1——构造、比较并回绕地址

调节段值与偏移量，观察每一步十六进制计算实时变化。任务包括普通地址组合、重叠逻辑地址、最高地址以及原始 8086 的回绕行为。

检查理解

字节具有地址顺序

存储器按字节寻址：每个地址命名一个 8 位单元。因此，一个 16 位字会占据两个相邻地址。

8086 采用小端序（little-endian）：

• 低位字节存放在较低地址；

• 高位字节存放在下一个地址。

从地址 1000H 开始存放字 1234H，结果如下：

读取这个字时，会重新组合为 12H × 100H + 34H = 1234H。字节序改变的是存储器中的字节排列，并不会把寄存器中的值变成 3412H。

偶地址字与奇地址字

8086 的 16 位数据总线由两个字节存储体组织而成。从偶地址开始的字能够在一个对齐总线周期内传送两个字节。从奇地址开始的字跨越了对齐的字边界，因此原始 8086 需要两个总线周期。

这是性能差异，并不是地址合法性规则。1001H 处的字完全合法，只是它跨越了 1000H–1001H 与 1002H–1003H 两个边界。

实验 2——修复小端存储布局

存入、解释、交换或直接编辑相邻存储单元。其中一个任务故意给出颠倒的字节；另一个任务把字放在奇地址，并揭示相应的总线周期代价。

检查理解

分析存储器的三步检查表

1. 形成地址：把段值左移四位，加上偏移量，并在原始 8086 上保留总线结果的低 20 位。

2. 确定宽度：一个字节占一个存储单元，一个字占两个相邻单元。

3. 排列字节：在 8086 上，把低字节放在较低地址。

现在，你已经能够把指令流、程序员可见寄存器、FLAGS 和物理存储器联系起来。下一章可以在这套机器状态之上，继续解释 8086 指令如何编码并完成有用的工作。