段地址问题，十六的倍数

玉成珏

过往牛人帮帮忙，有一句话不明白什么意思：cpu内一个段的起始地址一定是16的倍数，牛人本能不能帮忙解释一下这句话的含义啊，我在网上找了好长时间答案，相关论坛也去了不少，可就是没有能帮我解答的，纠结很长时间了！

Tinnal

回复 1# 玉成珏

要回答你这个问题，就是回到intel的历史上。

段寄存器的产生源于Intel 8086 CPU体系结构中数据总线与地址总线的宽度不一致。

数据总线的宽度，也即是ALU(算数逻辑单元)的宽度，平常说一个CPU是“16位”或者“32位”指的就是这个。8086CPU的数据总线是16位。

地址总线的宽度不一定要与ALU的宽度相同。因为ALU的宽度是固定的，它受限于当时的工艺水平，当时只能制造出16位的ALU；但地址总线不一样，它可以设计得更宽。地址总线的宽度如果与ALU相同当然是不错的办法，这样CPU的结构比较均衡，寻址可以在单个指令周期内完成，效率最高；而且从软件的解决来看，一个变量地址的长度可以用整型或者长整型来表示会比较方便。

但是，地址总线的宽度还要受制于需求，因为地址总线的宽度决定了系统可寻址的范围，即可以支持多少内存。如果地址总线太窄的话，可寻址范围会很小。如果地址总线设计为16位的话，可寻址空间是2^16=64KB，这在当时被认为是不够的；Intel最终决定要让8086的地址空间为1M，也就是20位地址总线。

地址总线宽度大于数据总线会带来一些麻烦，ALU无法在单个指令周期里完成对地址数据的运算。有一些容易想到的可行的办法，比如定义一个新的寄存器专门用于存放地址的高4位，但这样增加了计算的复杂性，程序员要增加成倍的汇编代码来操作地址数据而且无法保持兼容性。

Intel想到了一个折中的办法：把内存分段，并设计了4个段寄存器，CS，DS，ES和SS，分别用于指令、数据、其它和堆栈。把内存分为很多段，每一段有一个段基址，当然段基址也是一个20位的内存地址。不过段寄存器仍然是16位的，它的内容代表了段基址的高16位，这个16位的地址后面再加上4个0就构成20位的段基址。而原来的16位地址只是段内的偏移量。这样，一个完整的物理内存地址就由两部分组成，高16位的段基址和低16位的段内偏移量，当然它们有12位是重叠的，它们两部分相加在一起，才构成完整的物理地址。

Base        b15 ~ b12        b11 ~ b0         
Offset                 o15 ~ o4        o3 ~ o0
Address        a19 ~ a0
这种寻址模式也就是“实地址模式”。在8086中，段寄存器还只是一个单纯的16位寄存器，而且操作寄存器的指令也不是特权指令。通过设置段寄存器和段内偏移，程序就可以访问整个物理内存，无安全性可言。

总之一句话，段寄存器的设计是一个权宜之计，现在看来可以说是一个临时性的解决方案，设计它的目的是为了把地址空间从64KB扩展为1MB，仅此而已。但是它的加入却为日后Intel系列芯片的发展带来诸多不便，也为理解i386体系带来困扰。

从上面的分析可以看出，段寄存器的最低位对应地址的第5位，低4位的自由度为2^4 = 16！ 因此段寄存器0x01对应的地址为16， 0x2对应的地址为32。也就是你说的16的倍数。

   

玉成珏

特别特别的感谢您，哈哈

Tinnal

有问题先百度google。如果也没能找到你的问题答案。请放开的CU的发贴。这里的大侠很多，我这小兵只是显显丑。论坛里头有很多精华贴，建议你多看看。