Intel 8086：为什么是 4 个内存段答案

【问题标题】：Intel 8086: Why 4 memory segmentsIntel 8086：为什么是 4 个内存段
【发布时间】：2016-10-23 14:45:49
【问题描述】：

据我了解，8086处理器有4个内存段：堆栈段、代码段、数据段和额外段，以及对应的段寄存器（SS,CS,DS,ES )

问题是：“为什么？”
为什么不合并数据和代码段？
为什么我们需要 Extra Segment？
为什么是 4？

我知道这个问题可能听起来很枯燥，但我在去年在我的大学举办的“微处理器架构”考试中发现了这个问题。

提前致谢。

【问题讨论】：

在 386+ 上还有更多。但是由于分段架构，如果您正在从一个段复制到另一个段或需要临时访问 DS 之外的段（例如视频内存），则 ES 非常方便）。如果您在默认情况下将 CS 和 DS 组合在一起，您将被限制为 CS=DS（并且两者都在同一个 64kb 段中）。通过拆分 CS 和 DS，您可以轻松地创建一个程序，其中 CS 在一个 64kb 段中，DS 在另一个段中。在 286+ 上，这些段在保护模式下具有不同的含义。
一条指令特别是movs (b/w/l) 允许从一个段复制到另一个段（或同一个段）。默认情况下，源在 DS:SI 中，目标地址在 ES:DI 中。

标签： cpu-registers x86-16 cpu-architecture

【解决方案1】：

首先，让我们假设我们已经决定使用分段架构（事实上，首先存在分段）。该决定的“原因”将超出范围。

你拥有的段寄存器越多，电路就越复杂，它在芯片上占用的空间就越大，价格也就越贵；因此，如果它们大部分时间都处于闲置状态，您不一定要添加几十个¹。你需要多少？

代码需要一个，那就是 CS。

您可以对代码和数据使用相同的段寄存器，但这严重阻碍了您拥有超过 64kb 的代码和数据的能力。您不能暂时“更改 CS”以访问内存另一部分上的数据，因为 CS 是您的代码运行的地方。只有一个寄存器，没有程序能够访问距离代码超过 64kb 的内存（实际上要少得多）。你肯定需要至少一个数据段（DS）

您可以将这两个中的一个用于堆栈吗？是的，但又要付出高昂的代价。使用 DS 严重限制了程序使用超过 64kb 数据的能力。堆栈段（通常）对程序来说是全局的，所以如果它位于 DS 上，你不能在不丢失堆栈的情况下更改 DS，并且在你回到“主“DS。使用 CS 也有类似的问题。你不能做 FAR CALLs，即有更多的代码段，因为它们会破坏堆栈。所以，你需要一个专用的SS。请注意，您还可以决定将堆栈固定在某个硬编码的内存位置，并且您不需要显式的 SS。这是有道理的，我相信有些架构会这样做，但是当一个大堆栈会浪费时，你会失去分配较小堆栈的灵活性，甚至会失去使用多个堆栈等更高级的技术。

仅凭这三个，您就可以完成很多工作。但是，在某些时候，您将不得不在两个段之间复制或比较数据，并且您需要一种方便的方法来执行此操作，不需要将一个字加载到通用寄存器、更改段、加载另一个字、更改段返回...拥有一个额外的数据段使代码更加紧凑和高效。所以我们有了 ES，这就是我们的四个段寄存器。

更多的段寄存器是可能的，它们可以更方便地同时处理两个以上的数据段，但它们是一种奢侈，不再是必需品。从 80386 开始，x86 架构确实获得了一对额外的补充寄存器（FS 和 GS），它们的用途与 ES 相同。

¹段寄存器不是通用寄存器，因此通常的 RISC 参数不一定适用；此外，RISC 是在 x86 架构设计之后出现的。

【讨论】：