CPU怎样对存储器们进行读写？

在了解了计算机中的存储器之后，紧接着我们会有一些问题：CPU是怎样去访问内存地址空间的某一个地址的呢？接下来会以8086cpu架构作为例子来进行介绍（8086是老古董了，现代的CPU有i5架构的，还有i7架构的），之所以选择8086是因为它结构比较简单，适合上手，通过它学习到的概念，同样可以对其他CPU进行举一反三。

CPU要读写存储器，总得需要有导线把它们连在一起吧？在计算机中，这种导线称为总线，如果你拆过机箱就很清楚，它就是一根根的导线的集合，这些导线同时发送信号，每根导线要么高电平，要么低电平。总线按照功能的不同又分为地址总线，数据总线和控制总线。以上图为例，CPU要读取内存地址空间中地址为3的信息，大概分成以下步骤：

1.CPU向地址线输出物理地址3

2.控制线需要选择相应的存储设备，然后通知该设备，将要从中读取数据

3.该存储设备会将数据8送入数据线

CPU写信息到存储器的过程类似。

我们把上面的图放大，还可以再深入一点。

我们刚才说CPU和存储设备之间有总线相连，其实CPU内部也是有总线的，它连接着CPU中不同的部件，比如寄存器，运算器，控制器。但是计算机中，不同总线的位数不一定是一样的，比如8086CPU内部总线就是16位的，地址总线是20位的，数据总线是16位的。

那么问题来了？既然8086CPU是16位结构的，怎样才能做到输出20位的物理地址呢？其实很简单，地址加法器是这样解决的：段地址（16位）x 16 + 偏移地址（16位）＝ 物理地址（20位），比如B800H x 16 + 1111H=B9000H。如果对16进制不太熟悉，那我们可以用熟悉的10进制来描述这个计算，比如家，学校，图书馆在一条直线上，他们之间的距离如图所示，我们可以这样跟朋友描述图书馆的距离：图书馆离家200m，这其实就是它的物理地址了。但现在有一些限制，我们和朋友之间只能通过纸条来通信，不巧的是，纸条上只能写2位数，且纸条数量不限，于是我们约定规则：纸条1x10+纸条2＝物理地址，比如在纸条1上写11，纸条2上写90，意思是说学校离家110m，图书馆离学校90m，这就ok了。而这2张纸条能表示的最远距离为99x10+99=1089。

现在看来，这里出现的段地址:偏移地址的概念，完全是因为8086CPU的硬件设计是这样的。我们设想一下，如果8086CPU的内部总线是20位的，不就可以直接表示物理地址了吗？！所以段地址:偏移地址的概念并不是关键，也许以后CPU硬件设计变了，采用完全不同的计算方式都说不定。

我们现在知道CPU是如何从内存读取信息的了，但是CPU怎么知道读过来的信息到底是普通的数据还是需要被执行的程序呢？很简单，我们知道CPU中有很多的寄存器（就是用来存放信息的），它指定了2个寄存器（分别叫CS, IP，CS用来存段地址，IP用来存偏移地址），让它们来表示当前需要被执行的机器码的物理地址，在执行代码的过程中，CPU会去维护CS和IP的值，比如每执行一句机器码，IP会增加相应的数值以指向下一句指令。以此类推，我们可以用其他的寄存器去表示数据的物理地址。所以说，内存中的二进制信息本来对CPU没有区别，全靠约定好的寄存器里面存放的地址，才得以区分程序和数据。