8088_8086的存储器映射

# 1. 简介

## 1.1 8088与8086的概述

8088和8086是英特尔公司在上个世纪80年代推出的16位微处理器，被广泛应用于个人计算机和嵌入式系统中。8088是8086的一种低成本版本，主要用于IBM PC/XT计算机。它们共同之处在于采用了“存储器映射”的概念，通过地址总线和数据总线来访问系统中的存储器和I/O设备。

## 1.2 存储器映射的概念

存储器映射是指将存储器地址空间和I/O地址空间映射到CPU的地址空间中，使得CPU可以通过统一的地址总线访问存储器和I/O设备。通过存储器映射，CPU可以通过读写特定的地址来实现对存储器和外设的控制和数据传输。存储器映射的概念为计算机系统的设计和应用提供了灵活性和可扩展性。

接下来，我们将深入探讨存储器映射的基本原理。

# 2. 存储器映射的基本原理

存储器映射是指将计算机的存储器和外部设备映射到CPU地址空间的一种技术。通过存储器映射，CPU可以直接访问外部设备的数据和控制寄存器，实现与外部设备的数据交换和控制。

### 2.1 地址总线和数据总线

在理解存储器映射的原理之前，首先需要了解计算机的地址总线和数据总线。地址总线是CPU用于传递内存地址的一组信号线，它决定了CPU可以访问的内存范围。数据总线是CPU用于传输数据的一组信号线，它决定了CPU可以传输的数据位数。

地址总线的位数决定了CPU可以寻址的内存容量。例如，一个16位的地址总线可以寻址的内存容量为2^16，即64KB。数据总线的宽度决定了CPU一次能够传输的数据位数，常见的数据总线宽度有8位、16位、32位、64位等。

### 2.2 存储器和外设

在计算机中，存储器分为内存和外存。内存是计算机中用于存储程序和数据的部件，它由一组存储单元组成，每个存储单元可以存储一定位数的数据。外存是计算机中与内存相比速度较慢但容量较大的存储设备，常见的外存有硬盘、光盘等。

外设是计算机系统中与CPU和内存相连接的其他设备，例如键盘、鼠标、显示器、打印机等。CPU可以通过存储器映射将外设映射到自己的地址空间中，以便与外设进行数据交换和控制。

### 2.3 存储器映射的工作原理

存储器映射的基本原理是将外设的寄存器和数据映射到CPU的地址空间中的一段地址范围内。CPU通过访问这段地址范围，就可以对外设进行数据读写和控制。

存储器映射可以通过两种方式实现：端口映射和内存映射。端口映射是将外设的寄存器映射到CPU的一组特殊端口地址上，通过访问特殊端口地址，CPU可以对外设进行读写操作。内存映射是将外设的寄存器映射到CPU的一段连续的内存地址空间中，通过访问这段地址空间，CPU可以对外设进行读写操作。

存储器映射可以通过硬件电路实现，也可以通过软件驱动程序实现。在硬件上，存储器映射一般通过地址译码电路实现，将外设的寄存器和数据与CPU的地址总线和数据总线相连。在软件上，存储器映射一般通过操作系统提供的API函数进行操作，将外设的寄存器和数据映射到特定的内存地址上。

通过存储器映射，CPU可以方便地与外设进行数据交换和控制，提高了系统的灵活性和可扩展性。存储器映射是计算机系统中的重要技术，对于理解计算机的工作原理和开发高性能的应用程序具有重要意义。

# 3. 8088/8086的存储器映射方式

8088和8086是早期的x86系列处理器，它们采用了存储器映射的方式来访问存储器和外设。存储器映射是一种将外设地址空间映射到处理器的内存地址空间的机制，使得外设可以像访问内存一样进行读写操作。在8088/8086中，存在两种存储器映射方式：实模式和保护模式。

#### 3.1 实模式

实模式是8088/8086处理器最初始的工作模式，也是兼容16位的实模式操作系统所使用的模式。在实模式下，处理器的地址总线是20位的，可以寻址的物理地址范围是1MB（2^20）。

##### 3.1.1 实模式的存储器划分

在实模式下，物理地址空间被分为4个段，分别是代码段、数据段、堆栈段和附加段。每个段都有一个段寄存器来保存段的起始地址，通过段寄存器和偏移地址的组合可以得到物理地址。

- 代码段：用于存放程序的指令代码；
- 数据段：用于存放程序的数据；
- 堆栈段：用于存放程序的堆栈；
- 附加段：用于存放其他程序或数据。

##### 3.1.2 访问实模式下的存储器

在实模式下，访问存储器的方法是通过物理地址进行访问。可以使用指令直接将物理地址加载到段寄存器中，然后使用偏移地址进行访问。

; 将物理地址加载到数据段寄存器DS中
mov ax, 0 ; 物理地址的偏移量
mov ds, ax

; 使用偏移地址访问数据段中的数据
mov bx, 0 ; 偏移地址
mov al, [bx] ; 将数据段偏移地址为0的字节加载到AL寄存器中

#### 3.2 保护模式

保护模式是8088/8086处理器提供的一种更高级别的工作模式，它拥有更多的地址有效位数和更强大的内存管理功能。在保护模式下，处理器的地址总线是32位的，可以寻址的物理地址范围是4GB（2^32）。

##### 3.2.1 保护模式下的存储器划分

在保护模式下，物理地址空间被分为多个段和页。每个段都有一个段描述符来描述段的起始地址和长度，而页则由页表进行管理。通过段选择子和偏移地址的组合可以得到线性地址，再经