1.15内存地址空间

    上述的那些存储器，在物理上是独立的器件，但是在以下两点上相同：

    （1）都和CPU的总线相连。

    （2）CPU对它们进行读或写的时候，都通过控制线发出内存读写命令。

 

 这也就是说，CPU在操控它们的时候，把它们都当做内存来对待，把它们总的看做一个由若干存储单元组成的逻辑存储器，这个逻辑存储器就是我们所说的内存地址空间。在汇编这门课程中，我们所面对的是内存地址空间。

 

 下图展示了CPU将系统中各类存储器看做一个逻辑存储器的情况：

    

 

    在上图中，所有的物理存储器被看做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，实际上就是在对相应的物理存储器中读写数据。

 

    假设上图中的内存地址空间的地址段分配如下：

    （1）地址0~7FFFH的32KB为主随机存储器的地址空间；

    （2）地址8000H~9FFFH的8KB空间为显存地址空间；

    （3）地址A000H~FFFF的24KB空间为各个ROM的地址空间。

 

    这样，CPU向内存地址为1000H的内存单元中写入数据，这个数据就会被写入主随机存储器中。CPU向内存地址为8000H的内存单元中写入数据，这个数据就被写入到显存中，然后会被显卡输出到显示器上。

 

    CPU向内存地址为C000H的内存单元中写入数据的操作，是没有任何结果的。C000H单元中的内容不会被改变，C000H单元实际上就是ROM存储器中的一个单元。

 

 内存地址空间的大小受CPU地址总线宽度的限制。8086CPU的地址总线宽度为20，可以传送2的20次方个不同的地址信息（大小从0至2的20次方根-1）。

 

 即可以定位2的20次方个内存单元，则8086PC的内存地址空间大小为1MB。同理80386CPU的地址总线宽度为32，则内存地址空间最大为4GB。

 

    我们在基于一个计算机硬件系统编程的时候，必须知道这个系统中的内存地址空间分配情况。因为当我们想在某类存储器中读写数据的时候，必须知道它的第一个单元的地址和最后一个单元的地址，才能保证读写操作是在预期的存储器中进行。

 

    比如，我们希望向显示器输出一段信息，那么必须将这段信息写到显存中，显卡才能将它输出到显示器上。要想显存中写入数据，必须知道显存在内存地址空间中的地址。

 

    不同的计算机系统的内存地址空间的分配情况是不同的，下图展示了8086PC机内存地址空间分配的基本情况：

    

 

    上图告诉我们，从地址0~9FFFF的内存单元中读取数据，实际上就是在读取主随机存储器中的数据。

 

 向地址A0000~BFFFF的内存单元中写数据，就是向显存中写入数据，这些数据会被显示卡输出到显示器上。我们向地址C0000~FFFF的内存单元写入数据的操作是无效的，因为这等于改写只读存储器中的内容。

 

内存地址空间

    最终运行程序的是CPU，我们用汇编语言编程的时候，必须要从CPU的角度来考虑问题。对CPU来讲，系统中的所有存储单元都处于一个统一的逻辑存储器中，它的容量受CPU寻址能力的限制。这个逻辑存储器即是我们所说的内存地址空间。

 

    对于初学者，这个概念比较抽象，我们在后续的课程中将通过一些编程实践，来增加感性认知。

 

    问：内存地址空间相当于什么？

    答：相当于一栋政府大楼

 

    问：主存储器地址空间、显存地址空间、各类ROM地址空间，用你的语言描述下它们有些什么作用？

    答：每个地址空间可以看做是公务人员的办公室，你要想办一件事情，必须找对办公室。不然，就会出糗。

 

 问：为什么都要和CPU的总线相连？

 答：CPU好比大脑，神经可以看做是总线。大脑连接神经，从而发出命令，以便于驱动身体进行运动或者其他的。

 

    问：为什必须知道第一个单元的地址和最后一个单元的地址？

 答：1号办公室到10办公室，是办X事情的。11号办公室到20办公室，是办Y事情的。本来你是要办X事情的，结果你跑到了13号办公室，自然也就无法办到X事情。

 

 问：为什么内存地址空间的大小要受CPU地址总线宽度的限制？

    答：内存地址空间越多，但是寻址能力差了，多余的内存地址空间，就显得是多余的设计。