本篇谈谈总线及内存地址空间。

CPU对存储器（内存）的读写

存储器被划分成多个存储单元，存储单元从零开始顺序编号。这些编号可以看作存储单元在存储器中的地址。就像一条街，每个房子都有门牌号码。
C P U 要从内存中读数据，首先要指定存储单元的地址。也就是说它要先确定它要读取哪一个存储单元中的数据。就像在一条街上找人，先要确定他住在哪个房子里。
另外，在一台微机中，不只有存储器这一种器件。CPU 在读写数据时还要指明，它要对哪一个器件进行操作，进行哪种操作，是从中读出数据，还是向里面写入数据。

可见，CPU 要想进行数据的读写，必须和外部器件（标准的说法是芯片）进行下面3 类信息的交互。

  • 存储单元的地址（地址信息）;
  • 器件的选择，读或写的命令（控制信息）;
  • 读或写的数据（数据信息）。

那么CPU 是通过什么将地址、数据和控制信息传到存储器芯片中的呢？电子计算机能处理、传输的信息都是电信号，电信号当然要用导线传送。在计算机中专门有连接CPU和其他芯片的导线，通常称为总线。总线从物理上来讲，就是一根根导线的集合。根据传送信息的不同，总线从逻辑上又分为3 类，地址总线、控制总线和数据总线。

CPU从 3 号单元中读取数据的过程如下。

读取

（1） CPU 通过地址线将地址信息3 发出。

（2） CPU 通过控制线发出内存读命令，选中存储器芯片，并通知它，将要从中读取数据。

（3） 存储器将3 号单元中的数据8通过数据线送入CPU。

写操作与读操作的步骤相似。如向3 号单元写入数据26。

（1）CPU通过地址线将地址信息3发出。

（2）CPU通过控制线发出内存写命令，选中存储器芯片，并通知它，要向其中写入
数据。

（3）CPU通过数据线将数据26送入内存的3 号单元中。
从上面我们知道了 CPU是如何进行数据读写的。可是，如何命令计算机进行数据的读写呢？
要让一个计算机或微处理器工作，应向它输入能够驱动它进行工作的电平信息(机器码)。
对于8086CPU，下面的机器码，能够完成从3 号单元读数据。
​ 机器码： 101000010000001100000000
​ 含义： 从 3 号单元读取数据送入寄存器AX
CPU接收这条机器码后将完成我们上面所述的读写工作。机器码难于记忆，用汇编指令来表示，情况如下。
​ 机器码： 10100001 00000011 00000000
​ 对应的汇编指令：MOV AX,[3]
​ 含义： 传送3 号单元的内容入AX

地址总线

地址总线是用来指定存储器单元的，它能传送多少个不同的信息，就决定了CPU的寻址能力。假定CPU有10根地址总线，那么可以表示0~1023共1024个状态，及1024个不同的地址，这就限制了你的存储器（主存）的大小。

下图是指定第11个内存单元时的情况:

11

11的二进制是1011。

数据总线

CPU与内存或其他器件之间的数据传送是通过数据总线来进行的。数据总线的宽度决定了 CPU和外界的数据传送速度。8 根数据总线一次可传送一个8 位二进制数据（即一个字节）。16根数据总线一次可传送两个字节。
8088CPU的数据总线宽度为8，8086CPU的数据总线宽度为16。我们来分别看一下它们向内存中写入数据89D8H时，是如何通过数据总线传送数据的。下图展示了两种CPU数据总线上的数据传送情况。（H表示16进制，89D8的二进制为1000 1001 1101 1000，十进制是35288）

8088

8086

控制总线

CPU对外部器件的控制是通过控制总线来进行的。在这里控制总线是个总称，控制总线是一些不同控制线的集合。有多少根控制总线，就意味着CPU提供了对外部器件的多少种控制。所以，控制总线的宽度决定了 CPU对外部器件的控制能力。
前面所讲的内存读或写命令是由几根控制线综合发出的，其中有一根称为“读信号输出”的控制线负责由CPU向外传送读信号，CPU向该控制线上输出低电平表示将要读取数据；有一根称为“写信号输出”的控制线则负责传送写信号。

小结

练习

(1) 1 个 CPU的寻址能力为8KB ,那么它的地址总线的宽度为（13）。

​ 8KB=8192B,即8192个内存单元，2^13=8192.

(2) 1KB的存储器有（1024）个存储单元。存储单元的编号从（0-1023）。

​ 一个存储单元为1B

(3) 1KB的存储器可以存储（8192）个 bit, （1024）个 Byte。

(4) 1GB、1MB、 1KB 分别是（1073741842，1048576，1024）Byte。

(5) 8080、8088、80286、80386的地址总线宽度分别为16根、20根、24根 、32根，则它们的寻址能力分别为：

​ 2^16/1024=64KB

​ 2^20/1024/1024=1MB

​ 2^24/1021/1024=16MB

​ 2^32/1024/1024/1024=4GB

(6) 8080、8088、8086、80286、80386的数据总线宽度分别为8 根、8 根、16根、16根、32根。则它们一次可以传送的数据为:

​ 1B,1B,2B,2B,4B

(7) 从内存中读取1024字节的数据，8086至少要读（512） 次，80386至少要读（256） 次。
(8) 在存储器中，数据和程序以（二进制）形式存放。

内存地址空间概述

一个CPU的地址总线宽度为10，那么可以寻找1024个内存单元，这1024个内存单元构成了CPU的内存地址空间。

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。扩展插槽上一般插有RAM内存条和各类接口卡。（存疑，存储器就是内存啊，为什么扩展插槽的RAM内存条不算在里面。）

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。

各类存储器芯片

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 Input/Output System ,基本输入/输出系统）的 ROM，BIOS是由主板和各类接口卡（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。

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。

  • 都和CPU的总线相连。

  • 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。

下图展示了CPU将个类存储器看作一个整体的逻辑存储器的情况。

内存空间

在图中，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AOOOH〜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C000H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 2^20个不同的地址信息(大小从0 至 2^20-1)。即可以定位22G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3 2 ,则内存地址空间最大为4GB。

下篇写CPU的寄存器。

以上。