为什么 16 位机器上的 20 个地址空间可以访问 1 兆字节而不是 2 兆字节？答案

【问题标题】：Why does 20 address space with on a 16 bit machine give access to 1 Megabyte and not 2 Megabytes?为什么 16 位机器上的 20 个地址空间可以访问 1 兆字节而不是 2 兆字节？
【发布时间】：2013-08-30 12:21:03
【问题描述】：

好的，这个问题听起来很简单，但我很惊讶。在 1 兆字节是巨大内存的古代，英特尔试图弄清楚如何使用 16 位访问 1 兆字节的内存。他们提出了使用段和偏移地址值来生成 20 位地址的想法。

现在，20 位提供 2^20 = 1,048,576 个可以寻址的位置。现在假设我们访问每个地址位置 1 个字节，我们得到 1,048,576/(1024*1024) = 2^20/2^20 兆字节 = 1 兆字节。好的明白了。

困惑来了，我们在古代 8086 中有 16 位数据总线，一次可以访问 2 个字节而不是 1 个，这相当于 20 位地址可以访问总共 2 兆字节的数据，对吧？当数据总线为 2 字节宽时，为什么我们假设每个地址只存储 1 个字节？我在这里很困惑。

【问题讨论】：

对于开发人员来说，地址可以指向任意大小的内存块，正确。我假设，处理器模型需要一个可加载到寄存器（字节，对吗？）的最小块才能唯一寻址。
嗯，您能详细说明一下吗？我完全惊讶于可寻址字不是像数据总线宽度那样的 2 个字节。我真的没想到。我做了几次计算，得到了 2 兆字节，然后我意识到可寻址字必须是 1 字节长，所以 20 位正好给我们 1 兆字节。我想知道为什么还没有人回应，
可能，你不应该在这里涉及公共汽车。我怀疑你计算了类似“带宽”的东西：拥有 2 字节宽的总线可以传输两倍于 1 字节宽的总线。但是总线仍然与寻址无关。您应该能够寻址某个字节。例如，您有地址#0 指向单词“AB”和#1：“CD”。你怎么能用你的基于字的寻址对 CPU 'load byte 'B' to AX" 说？如果我想寻址一个 dword 或 quad 怎么办？
从某种意义上说，8086 是一款过渡性混合处理器，旨在同时处理出色的新 16 位代码以及可能移植到它的当前 8 位代码。这就是为什么它有完整的 8 位指令。此外，英特尔有一个名为 8088 的变体，它有一个 8 位总线而不是 16 位总线，这将允许人们制造使用当时流行组件的更便宜的机器。 IBM 5150（原始 PC）附带 8088，而不是 8086。因此，无论其最佳字长（16 位）如何，它都需要支持 8 位寻址。
只回答您的问题：因为 8086 使用 8 位寻址，而不是 16 位。即使使用具有完整 16 位数据总线的 8086（与具有 8 位总线的 8088 相比），地址也指向单个字节，而不是 16 位字。

标签： memory cpu-architecture x86-16 memory-address processor

【解决方案1】：

在试图理解这一点时，考虑总线是非常重要的。这可能更像是一个电气问题而不是软件问题，但答案如下：

对于 8086，从 ROM 读取时，不使用最低有效地址线 (A0)，将地址线的数量减少到 19 条。

如果 CPU 需要从奇数地址读取 16 位，例如 0x3 和 0x4 的字节，它实际上会执行两次 16 位读取：一次从 0x2 读取，一次从 0x4 读取，并丢弃字节 0x2 和0x5。

对于 8 位 ROM 读取，总线上的读取仍然是 16 位，但不需要的字节被丢弃。

但对于 RAM，有时只需要写入一个字节，这会变得有点复杂。处理器上有一个额外的输出信号，称为 BHE#（总线高电平启用）。 A0 和 BHE# 的组合用于确定写入是 8 位还是 16 位宽，以及是在奇数还是偶数地址。

了解这两个信号是回答您问题的关键。尽可能简单地说：

8 位偶数访问：A0 关闭，BHE# 关闭

8 位奇数访问：A0 ON，BHE# ON

16 位访问（必须是偶数）：A0 关闭，BHE# 开启

我们不能有一个 A0 ON 和 BHE# OFF 的总线周期，因为对总线偶数字节的奇数访问是没有意义的。

将这与您最初的理解联系起来：在存储设备的情况下，您是完全正确的。一个 1 兆字节的 16 位内存芯片实际上只有 19 条地址线，对于该芯片来说，16 位是一个字节，实际上它们实际上没有 A0 地址输入。

...几乎。 16 位可写存储器设备有两个额外的信号（BHE# 和 BLE#），它们分别连接到 CPU 的 BHE# 和 A0。这样他们就知道在进行 8 位访问时忽略部分总线，从而使它们成为混合 8/16 位设备。 ROM 芯片没有这些信号。

对于未开化的硬件，这是我们在此涉及的一个相当复杂的领域，并且在性能考虑方面以及在具有混合 8 位和 16 位硬件的大型系统中确实变得非常复杂。

8086 datasheet 中详细解释了这一切

【讨论】：

我现在为我的旧答案感到羞耻：D

【解决方案2】：

这是因为字节是内存寻址中的“原子”，代码必须能够访问地址空间中的所有单个字节。真的是软件问题以及与当时 8 位现有软件的兼容性问题。

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【讨论】：