存储器是用来存放程序和数据的。计算机的存储系统由内存（主存储器）和外存（辅助存储器）组成。内存设在主机内部，用来暂时存放当前运行的程序和使用的数据，其特点是存取速度快，但比外存容量小，且掉电后信息全部消失。外存设在主机外部（磁盘、光盘等），属于计算机外部设备，用来存放当前不参与运行的程序和数据。其特点是能永久存放信息，存储容量大，但存取速度较低。
一、存储器的组成
存储器的基本单位是位，它能存储一位二进制数的 0 或 1。每 8 位组成一个字节，每相邻的 2 个字节还可组成一个字，每相邻的 4 个字节又可组成双字，依此类推。
存储器存取的最小单位是一个字节信息，叫作一个存储单元，存储器是由若干个存储单元组成的。存储器的容量就是存储单元的个数。
为了访问不同的存储单元，每一单元都被指定一个编号，这个编号叫作该存储单元的物理地址。8086/8088 CPU 有 20 条地址线，因此具有 1MB 的寻址能力（220=1MB），最低地址编号为 00000H，最高地址编号为 0FFFFFH，如图 8 所示。
对存储器的一次访问可以读写一个字节或一个字，甚至可以访问一个双字。
图 8 存储单元地址表示
二、存储器的段结构
8086/8088 CPU 有 20 条地址总线传输地址，即使用 20 位的物理地址编号，直接寻址范围为 1MB，而 CPU 内部的运算器和寄存器都是 16 位结构，只能表示和处理 16 位地址，16 位地址范围最大只能是 64KB。为了能寻址 1MB 范围的存储空间，所以采用了存储器的分段技术。
所谓存储器分段技术，就是把 1MB 的存储空间划分成任意的一些段，每个段是一个可独立寻址的逻辑单位，其最大长度不超过 64KB，这样段内的地址就可以用 16 位表示。每个段的起始地址叫段基址，且规定，各段的起始地址都从能被 16 整除的地址开始。也就是说，段基址的最低 4 位总是 0，段基址的高 16 位放入段寄存器中。
在 8086/8088 的程序中，需要设立几个段，每个段有多少个字节以及每个段有什么用途完全由用户自己确定。每个段中存储的代码或数据，可以存放在段内任意单元中。
在程序中设置的段叫逻辑段，各个逻辑段在物理存储器中可以是邻接的、间隔的、部分重叠的和完全重叠的 4 种情况，如图 9 所示。所以一个物理存储单元可映像到一个或多个逻辑段中。例如图 9 中 DATA_BYTE 单元可映像到段 2、段 3 和段 4 中。
图 9 物理存储器中的段结构
存储器虽然可以划分成若干个段，但是在任何时刻，一个程序只能访问 4 个段中的内容，这 4 个段分别是代码段（Code Segment）、数据段（Data Segment）、堆栈段（Stack Segment）和附加段（Extra Segment）。它们分别由对应的 4 个段寄存器 CS、DS、SS、ES 指向。这 4 个段寄存器分别保存 4 个段的段基址高 16 位二进制数，即段基值。由 4 个段寄存器指向的那些段叫当前段。所以，当前段至多可容纳 64KB 的代码、64KB 堆栈和 128KB 的数据（分别由 DS、ES 指向的当前段）。如果应用规模较大，可以在程序中通过修改相应段寄存器的内容而访问其他段。如图 10 所示，由于 4 个段寄存器有段 B、F、I、K 的段基值，所以段 B、段 F、段 I、段 K 是当前段。如果程序需要访问其他段（如段 J）中的数据，那么可用程序办法修改 DS 或 ES 的内容为 J 的段基值，改变当前段。
图 10 存储器中的当前段
三、逻辑地址与物理地址
在 8086/8088 微机中，每个存储单元有两种地址：物理地址（Physical Address）和逻辑地址（Logical Address）。在 1MB 的存储空间中，每一个存储单元（即一个字节单元）的物理地址是唯一的，就是这个单元的地址编码。物理地址由二进制的 20 位组成，它的范围是 00000H~FFFFFH。CPU 与存储器之间的任何信息交换，都使用物理地址。
在程序设计中，使用逻辑地址而不使用物理地址，这不仅有利于程序的开发，且对存储器的动态管理也是有利的。一个逻辑地址是由段基值和偏移量两部分组成的，且都是无符号 16 位二进制数。表达形式为“段基值：偏移量”，如 2010H:0100H，或 DS:10A2H。
段基值是一个段起始单元地址（段基址）的高 16 位，它存放在某一个段寄存器中。偏移量（偏移地址）表示某存储单元与它所在段的段基址之间的字节距离。当偏移量为 0 时，就是这个段的起始单元。当偏移量为 0FFFFH 时，就是这个段的最后一个字节单元。由于逻辑段可以重叠，因此，同一个物理地址可以得到不同的逻辑地址。例如，两个逻辑地址 2010H:1000H 和 2000H:1100H 对应同一物理地址 21100H，即它们指向同一存储单元。
由于段基值由段寄存器指出，因此，在程序中要对某个存储单元的数据进行存取时，只需要给出偏移量。程序中给出偏移量常用符号或某种寻址表达式，然后由计算机计算出偏移量。这种由计算机根据寻址表达式计算出的偏移地址叫有效地址，用 EA 表示。
每当 CPU 访问存储器时，总线接口单元 BIU 会把逻辑地址转换成物理地址。转换方法是：首先把逻辑地址中的段基值（在段寄存器中）左移 4 位，形成 20 位的段起始地址（段基址），然后再加上 16 位的偏移量，产生 20 位的物理地址，转换过程如图 11 所示。
图 11 逻辑地址到物理地址的转换
四、堆栈
堆栈是用程序在内存中定义的一个段（段值由 SS 指示）。这个段是按照“后进先出”的规则进行数据存取的特殊存储区域，主要用于暂存数据以及在过程调用或中断处理时暂存断点信息。
堆栈是一端固定、另一端浮动的存储区。所有信息的存取都在浮动的一端进行。这个存储区最大地址的字存储单元为堆栈底部，叫栈底（Bottom）。在堆栈中存放的数据从这里开始，逐渐向地址小的方向“堆积”。在任何时刻，存放最后一个信息的存储单元（即已存放信息的最小地址单元）为堆栈顶部，叫栈顶（Top）。栈顶是随着存放信息的多少而变的，它是这个存储区的浮动“端头”，而栈底是固定不变的，它是固定“端头”，如图 12 所示。
图 12 8086/8088 堆栈构造
由于堆栈顶部是浮动的，为了指示现在堆栈中存放数据的位置，设置了一个堆栈指针 SP（Stack Pointer）指向堆栈的顶部。这样，堆栈中数据的进出都由 SP 来“指挥”。
在堆栈中存取数据的规则是“先进后出”。就是说最先进入堆栈的数据（在栈顶底部），最后才能取出。相反，最后送入堆栈的数据（在堆栈顶部），最先取出。
原文：计算机中的存储器
（完）