汇编语言内存地址空间及存储器芯片

一、内存地址空间

什么是内存地址空间呢?举例来讲,一个CPU的地址总线宽度为10,那么可以寻址1024个内存单元,这1024个可寻到的内存单元就构成这个CPU的内存地址空间。下面进行深入讨论。首先需要介绍两部分基本知识,主板和接口卡。
实模式下的存储器地址空间

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主板

在每一台PC机中,都有一个主板,主板上有核心器件和一些主要器件,这些器件通过总线(地址总线、数据总线、控制总线)相连。这些器件有CPU、存储器、外围芯片组、扩展插槽等。扩展插槽仁一般插有RAM内存条和各类接口卡。

接口卡

计算机系统中,所有可用程序控制其工作的设备,必须受到CPU的控制。CPU对外部设备都不能直接控制,如显示器、音箱、打印机等。直接控制这些设备进行工作的是插在扩展插槽上的接口卡。扩展插槽通过总线和CPU相连,所以接口卡也通过总线同CPU相连。CPU可以直接控制这些接口卡,从而实现CPU对外设的间接控制。简单地讲,就是CPU通过总线向接口卡发送命令,接口卡根据CPU的命令控制外设进行工作。

二、各类存储器芯片

1、从读写属性上看分为两类:
随机存储器(RAM) 和 只读存储器(ROM)
2、从功能和连接上分类
随机存储器RAM ---内存----断电丢失数据
装有BIOS的ROM----断电不丢失数据
接口卡上的RAM
3、PC集中各类存储器的逻辑链接:
一台PC机中,装有多个存储器芯片,这些存储器芯片从物理连接上看是独立的、不同的器件。从读写属性上看分为两类:随机存储器(RAM)和只读存储器((ROM)。随机存储器可读可写,但必须带电存储,关机后存储的内容丢失;只读存储器只能读取不能写入,关机后其中的内容不丢失。这些存储器从功能和连接上又可分为以下几类。
随机存储器
用于存放供CPU使用的绝大部分程序和数据,主随机存储器一般由两个位置上的RAM组成,装在主板上RAM和插在扩展插槽上的RAM
装有BIOS(Basic InputlOutput System,基本输入/输出系统)的ROM
BIOS是山主板和各类接口卡(如显卡、网卡等)厂商提供的软件系统,可以通过它利用该硬件设备进行最基本的输入输出。在主板和某些接口卡上插有存储相应BIOS的ROM。例如,主板上的ROM中存储着主板的BIOS(通常称为系统BIOS);显卡上的ROM中存储着显卡的BIOS;如果网卡上装有ROM,那其中就可以存储网卡的BIOS
接口卡上的RAM
某些接口卡需要对大批量输入、输出数据进行暂时存储,在其上装有RAM。最典型的是显示卡上的RAM,一般称为显存。显示卡随时将显存中的数据向显示器上输出。换句话说,我们将需要显示的内容写入显存,就会出现在显示器上。
图1.7展示了PC系统中各类存储器的逻辑连接情况。

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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,把它们都当作内存来对待,把它们总的看作一个山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。
在汇编这门课中,我们所面对的是内存地址空间。
图1.8展示了CPU将系统中各类存储器看作一个逻辑存储器的情况。

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在图1.8中,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。
假设,图1.8中的内存地址空间的地址段分配如下。
地址0~7FFFH的32KB空间为主随机存储器的地址空间;
地址8000H~9FFFH的8KB空间为显存地址空间;
地址A000H~FFFFH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,这个数据就被写入显存中,然后会被显卡输出到显示器上;CPU向内存地址为COOOH的内存单元中写入数据的操作是没有结果的,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-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。要向显存中写入数据,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,图1.9展示了8086PC机内存地址空间分配的基本情况。

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图1.9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~FFFFF的内存单元中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的角度考虑问题。对CPU来系统中的所有存储器中的存储单元都处于一个统一的逻辑存储器电它的随受CPU寻址颧的限这个逻辑存储器即是我们所说的内存地址空间。
讲制对于初学者,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,来增加感性认识。


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