存儲器是用來存放程序和數據的。計算機的存儲系統由內存（主存儲器）和外存（輔助存儲器）組成。內存設在主機內部，用來暫時存放當前運行的程序和使用的數據，其特點是存取速度快，但比外存容量小，且掉電后信息全部消失。外存設在主機外部（磁盤、光盤等），屬於計算機外部設備，用來存放當前不參與運行的程序和數據。其特點是能永久存放信息，存儲容量大，但存取速度較低。
一、存儲器的組成
存儲器的基本單位是位，它能存儲一位二進制數的 0 或 1。每 8 位組成一個字節，每相鄰的 2 個字節還可組成一個字，每相鄰的 4 個字節又可組成雙字，依此類推。
存儲器存取的最小單位是一個字節信息，叫作一個存儲單元，存儲器是由若干個存儲單元組成的。存儲器的容量就是存儲單元的個數。
為了訪問不同的存儲單元，每一單元都被指定一個編號，這個編號叫作該存儲單元的物理地址。8086/8088 CPU 有 20 條地址線，因此具有 1MB 的尋址能力（220=1MB），最低地址編號為 00000H，最高地址編號為 0FFFFFH，如圖 8 所示。
對存儲器的一次訪問可以讀寫一個字節或一個字，甚至可以訪問一個雙字。
圖 8 存儲單元地址表示
二、存儲器的段結構
8086/8088 CPU 有 20 條地址總線傳輸地址，即使用 20 位的物理地址編號，直接尋址范圍為 1MB，而 CPU 內部的運算器和寄存器都是 16 位結構，只能表示和處理 16 位地址，16 位地址范圍最大只能是 64KB。為了能尋址 1MB 范圍的存儲空間，所以采用了存儲器的分段技術。
所謂存儲器分段技術，就是把 1MB 的存儲空間划分成任意的一些段，每個段是一個可獨立尋址的邏輯單位，其最大長度不超過 64KB，這樣段內的地址就可以用 16 位表示。每個段的起始地址叫段基址，且規定，各段的起始地址都從能被 16 整除的地址開始。也就是說，段基址的最低 4 位總是 0，段基址的高 16 位放入段寄存器中。
在 8086/8088 的程序中，需要設立幾個段，每個段有多少個字節以及每個段有什么用途完全由用戶自己確定。每個段中存儲的代碼或數據，可以存放在段內任意單元中。
在程序中設置的段叫邏輯段，各個邏輯段在物理存儲器中可以是鄰接的、間隔的、部分重疊的和完全重疊的 4 種情況，如圖 9 所示。所以一個物理存儲單元可映像到一個或多個邏輯段中。例如圖 9 中 DATA_BYTE 單元可映像到段 2、段 3 和段 4 中。
圖 9 物理存儲器中的段結構
存儲器雖然可以划分成若干個段，但是在任何時刻，一個程序只能訪問 4 個段中的內容，這 4 個段分別是代碼段（Code Segment）、數據段（Data Segment）、堆棧段（Stack Segment）和附加段（Extra Segment）。它們分別由對應的 4 個段寄存器 CS、DS、SS、ES 指向。這 4 個段寄存器分別保存 4 個段的段基址高 16 位二進制數，即段基值。由 4 個段寄存器指向的那些段叫當前段。所以，當前段至多可容納 64KB 的代碼、64KB 堆棧和 128KB 的數據（分別由 DS、ES 指向的當前段）。如果應用規模較大，可以在程序中通過修改相應段寄存器的內容而訪問其他段。如圖 10 所示，由於 4 個段寄存器有段 B、F、I、K 的段基值，所以段 B、段 F、段 I、段 K 是當前段。如果程序需要訪問其他段（如段 J）中的數據，那么可用程序辦法修改 DS 或 ES 的內容為 J 的段基值，改變當前段。
圖 10 存儲器中的當前段
三、邏輯地址與物理地址
在 8086/8088 微機中，每個存儲單元有兩種地址：物理地址（Physical Address）和邏輯地址（Logical Address）。在 1MB 的存儲空間中，每一個存儲單元（即一個字節單元）的物理地址是唯一的，就是這個單元的地址編碼。物理地址由二進制的 20 位組成，它的范圍是 00000H~FFFFFH。CPU 與存儲器之間的任何信息交換，都使用物理地址。
在程序設計中，使用邏輯地址而不使用物理地址，這不僅有利於程序的開發，且對存儲器的動態管理也是有利的。一個邏輯地址是由段基值和偏移量兩部分組成的，且都是無符號 16 位二進制數。表達形式為“段基值：偏移量”，如 2010H:0100H，或 DS:10A2H。
段基值是一個段起始單元地址（段基址）的高 16 位，它存放在某一個段寄存器中。偏移量（偏移地址）表示某存儲單元與它所在段的段基址之間的字節距離。當偏移量為 0 時，就是這個段的起始單元。當偏移量為 0FFFFH 時，就是這個段的最后一個字節單元。由於邏輯段可以重疊，因此，同一個物理地址可以得到不同的邏輯地址。例如，兩個邏輯地址 2010H:1000H 和 2000H:1100H 對應同一物理地址 21100H，即它們指向同一存儲單元。
由於段基值由段寄存器指出，因此，在程序中要對某個存儲單元的數據進行存取時，只需要給出偏移量。程序中給出偏移量常用符號或某種尋址表達式，然后由計算機計算出偏移量。這種由計算機根據尋址表達式計算出的偏移地址叫有效地址，用 EA 表示。
每當 CPU 訪問存儲器時，總線接口單元 BIU 會把邏輯地址轉換成物理地址。轉換方法是：首先把邏輯地址中的段基值（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，產生 20 位的物理地址，轉換過程如圖 11 所示。
圖 11 邏輯地址到物理地址的轉換
四、堆棧
堆棧是用程序在內存中定義的一個段（段值由 SS 指示）。這個段是按照“后進先出”的規則進行數據存取的特殊存儲區域，主要用於暫存數據以及在過程調用或中斷處理時暫存斷點信息。
堆棧是一端固定、另一端浮動的存儲區。所有信息的存取都在浮動的一端進行。這個存儲區最大地址的字存儲單元為堆棧底部，叫棧底（Bottom）。在堆棧中存放的數據從這里開始，逐漸向地址小的方向“堆積”。在任何時刻，存放最后一個信息的存儲單元（即已存放信息的最小地址單元）為堆棧頂部，叫棧頂（Top）。棧頂是隨着存放信息的多少而變的，它是這個存儲區的浮動“端頭”，而棧底是固定不變的，它是固定“端頭”，如圖 12 所示。
圖 12 8086/8088 堆棧構造
由於堆棧頂部是浮動的，為了指示現在堆棧中存放數據的位置，設置了一個堆棧指針 SP（Stack Pointer）指向堆棧的頂部。這樣，堆棧中數據的進出都由 SP 來“指揮”。
在堆棧中存取數據的規則是“先進后出”。就是說最先進入堆棧的數據（在棧頂底部），最后才能取出。相反，最后送入堆棧的數據（在堆棧頂部），最先取出。
原文：計算機中的存儲器
（完）