80x86计算机组织：存储器与逻辑地址解析

"本章主要围绕数据结构第二章中的计算机系统、存储器、中央处理机以及外部设备展开，特别强调了教学难点在于理解各设备的组织结构。" 在计算机科学中，数据结构的学习离不开对计算机硬件和软件基础的了解。本章节主要探讨了以下几个关键知识点： 1. **计算机系统**：计算机系统由硬件和软件两大部分组成。硬件包括中央处理机（CPU）、存储器（内存和外存）、总线控制逻辑以及各种输入/输出（I/O）设备。软件则分为系统软件（如操作系统）和用户软件（应用程序）。计算机系统的运行依赖于这些组件的协同工作。 2. **存储器**：存储器是计算机中用于临时保存数据和指令的部件。它分为不同的层次，如高速缓存（Cache）、主存（RAM）和辅助存储（硬盘等）。每个存储单元都有一个唯一的地址，并且以字节（8位）为最小编程单位。在80x86架构中，存储器采用逻辑地址和物理地址的概念，逻辑地址由段地址和偏移地址组合而成，而物理地址则是实际的内存位置。存储器还采用了分段机制，以20根地址线表示最大1MB的地址空间，通过16位的机器字长来管理每个64KB的小段，允许逻辑段的重定位和重叠，以适应不同需求。 3. **中央处理机（CPU）**：CPU是计算机的核心部件，负责执行指令和控制整个系统的运行。它包含运算器、控制器和寄存器等子部件，用于数据处理和流程控制。80x86架构的CPU支持逻辑地址到物理地址的转换，以便在有限的地址空间内寻址更大的内存。 4. **外部设备**：外部设备如键盘、鼠标、显示器、打印机等，它们通过I/O子系统与中央处理机进行通信，实现数据的输入和输出。I/O设备的组织和管理是教学的一个难点，因为它涉及到中断、DMA（直接存储器访问）等复杂机制。 5. **存储器的分段**：在80x86体系中，存储器被逻辑上划分为多个段，每个段最大64KB，段的起始地址必须是16的倍数。这样的设计使得程序可以跨越多个物理地址空间，增加了内存管理的灵活性。物理地址的计算是通过16倍的段地址加上偏移地址来实现的，这在实模式和保护模式下都有应用。 通过深入理解和掌握这些知识点，学习者能够更好地理解数据如何在计算机中存储和处理，这对于进一步学习数据结构和算法至关重要。同时，了解这些基础的硬件原理也能帮助解决实际编程中遇到的问题，如内存管理、程序定位和优化等。