架构图

8086 CPU 架构图

数据单元

为了暂存数据，8086 处理器内部有 8 个 16 位的通用寄存器，也就是刚才说的 CPU 内部的数据单元，

分别是 AX、BX、CX、DX、SP、BP、SI、DI。

这些寄存器主要用于在计算过程中暂存数据。

这些寄存器比较灵活，其中 AX、BX、CX、DX 可以分成两个 8 位的寄存器来使用，

分别是 AH、AL、BH、BL、CH、CL、DH、DL，

其中 H 就是 High（高位），L 就是 Low（低位）的意思。

控制单元

IP 寄存器就是指令指针寄存器（Instruction Pointer Register)，指向代码段中下一条指令的位置。

CPU 会根据它来不断地将指令从内存的代码段中，加载到 CPU 的指令队列中，然后交给运算单元去执行。

每个进程都分代码段和数据段，为了指向不同进程的地址空间，

有四个 16 位的段寄存器，分别是 CS、DS、SS、ES。

CS 就是代码段寄存器（Code Segment Register），通过它可以找到代码在内存中的位置；

DS 是数据段的寄存器，通过它可以找到数据在内存中的位置。

SS 是栈寄存器（Stack Register）。

栈是程序运行中一个特殊的数据结构，数据的存取只能从一端进行，秉承后进先出的原则，push 就是入栈，pop 就是出栈。

凡是与函数调用相关的操作，都与栈紧密相关。例如，A 调用 B，B 调用 C。当 A 调用 B 的时候，要执行 B 函数的逻辑，因而 A 运行的相关信息就会被 push 到栈里面。当 B 调用 C 的时候，同样，B 运行相关信息会被 push 到栈里面，然后才运行 C 函数的逻辑。当 C 运行完毕的时候，先 pop 出来的是 B，B 就接着调用 C 之后的指令运行下去。B 运行完了，再 pop 出来的就是 A，A 接着运行，直到结束。

在 CS 和 DS 中都存放着一个段的起始地址。代码段的偏移量在 IP 寄存器中，数据段的偏移量会放在通用寄存器中。

CS 和 DS 都是 16 位的，也就是说，起始地址都是 16 位的，

IP 寄存器和通用寄存器都是 16 位的，偏移量也是 16 位的，

但是 8086 的地址总线地址是 20 位。

怎么凑够这 20 位呢？

方法就是“起始地址 *16+ 偏移量”，也就是把 CS 和 DS 中的值左移 4 位，变成 20 位的，加上 16 位的偏移量，

这样就可以得到最终 20 位的数据地址。

从这个计算方式可以算出，无论真正的内存多么大，对于只有 20 位地址总线的 8086 来讲，能够区分出的地址也就 2^20=1M，超过这个空间就访问不到了。这又是为啥呢？如果你想访问 1M+X 的地方，这个位置已经超过 20 位了，由于地址总线只有 20 位，在总线上超过 20 位的部分根本是发不出去的，所以发出去的还是 X，最后还是会访问 1M 内的 X 的位置。

那一个段最大能有多大呢？因为偏移量只能是 16 位的，所以一个段最大的大小是 2^16=64k。

32 位处理器

在 32 位处理器中，有 32 根地址总线，可以访问 2^32=4G 的内存。

首先，通用寄存器有扩展，可以将 8 个 16 位的扩展到 8 个 32 位的，但是依然可以保留 16 位的和 8 位的使用方式。

其中，指向下一条指令的指令指针寄存器 IP，就会扩展成 32 位的，同样也兼容 16 位的。

改动比较大，有点不兼容的就是段寄存器（Segment Register）。

CS、SS、DS、ES 仍然是 16 位的，但是不再是段的起始地址。段的起始地址放在内存的某个地方。

这个地方是一个表格，表格中的一项一项是段描述符（Segment Descriptor）。

这里面才是真正的段的起始地址。而段寄存器里面保存的是在这个表格中的哪一项，称为选择子（Selector）。

将一个从段寄存器直接拿到的段起始地址，就变成了先间接地从段寄存器找到表格中的一项，再从表格中的一项中拿到段起始地址。

这样段起始地址就会很灵活了。当然为了快速拿到段起始地址，段寄存器会从内存中拿到 CPU 的描述符高速缓存器中。

因而到了 32 位的系统架构下，我们将前一种模式称为实模式（Real Pattern），后一种模式称为保护模式（Protected Pattern）。

当系统刚刚启动的时候，CPU 是处于实模式的，这个时候和原来的模式是兼容的。

也就是说，哪怕你买了 32 位的 CPU，也支持在原来的模式下运行，只不过快了一点而已。

当需要更多内存的时候，你可以遵循一定的规则，进行一系列的操作，然后切换到保护模式，就能够用到 32 位 CPU 更强大的能力。

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