8086实模式寻址演义

标 题: 【原创】8086实模式寻址演义
作 者: lsanwan
时 间: 2010-06-14,18:48:33
链 接: http://bbs.pediy.com/showthread.php?t=115101

 对于8088实模式寻址，教科书上只讲：１６＋４＝２０位，所以１６位段地址左移４位＋１６位偏移＝２０位物理地址。很多人也只是死记，其实并不知道其含义，而且还会感到晕，怎么１６位左移４位，再加１６位偏移就成２０位了？
　　下面从一个故事说起。

一个鲜为人知的故事
============
　　现在，人们都知道Intel和Microsoft是多么的伟大，如果真正了解他们的成长过程，你就会发现他们也很普通，甚至不怎么样。就象周恩来等中共精英，当初会愚蠢的把红军指挥权交给一个德国人，而让红军一败涂地一样，放到现在别的不说，一个卖国、勾结什么反华势力就能把他们淹死！
　　扯远了，拉回来。IBM决定使用8088芯片开发IBM PC，及盖茨要为建议的IBM PC生产一个操作系统的时候，英特尔警告他们两个，说你们不要用那个，我们正在开发一款新的16位CPU（80286），你们用8088会后悔的。
　　然而， 由于IBM和盖茨都不知道PC计算机操作系统是怎么会事，所以他们不听。盖茨在华盛顿从一个公司买了一个操作系统。（西雅图电脑产品）的这个 OS被称为QDOS（快速和肮脏的操作系统），它基本是由三位前DRI（Digital Research Inc數位研究公司）的人为8086开发的，这三个人成立了这家新公司，并基本上复制了CP/M，并把它转换为16位，使用和增加了内存容量（从64K到量1024K）。然而，当它被开发成16位 CP/M时，它不是写给保护模式的。后来盖茨把它针对IBM做了很少的小改动，改名为像86-DOS或DOS-86或类似的东西。它基本上是专为CP/M 用户设计的。事实上，第一台IBM个人电脑（他们被称为个人电脑之前）吹嘘说CP/M的程序可以在其上运行。-----瞧瞧是不是优点欺诈和奸商的味道？所以在很长时间unix、OS/2的开发人员都认为DOS根本就谈不上是真正的操作系统。
　　       
8086/8088的寻址问题
===============
　　8088和80286都是16位CPU，Intel当初为什么会警告IBM和盖茨呢？到底发生了什么？
　　要了解发生了什么，我们要看看处理器的内部，会看到巨大的差异。首先，你找一片８０８８ＣＰＵ，把包装磨掉，磨到ＣＰＵ硅片，放到显微镜下，你会看到8086/88的内部结构，它根本不是一个新的设计，而是两个并联运行的8085（８位）微处理器再多那么一点点。
　　每个8085有它自己的8位数据和16位寻址能力。结合2个8位数据寄存器假装16位寄存器很容易。事实上这没有任何新东西，RCA COSMAC微处理器就使用16个8位寄存器，可作为内部的8位或16位寄存器使用,你可以有多达16个8位寄存器或8个16位寄存器或两者的任何组合。现在，一个中国的普通ＩＣ厂都可以轻易设计的出来。
　　可能由于受当时生产工艺所限，８０８８只能有４０个脚，ｉｎｔｅｌ的设计“精英”左思右想，确定了２０条地址线（１Ｍ的寻址空间），而且１６条数据线还要和２０条地址线中的１６条复用（分时复用，即一会是地址线，一会是数据线，对此要想了解，可看８０８８芯片手册的时序部分，也可看８０５２单片机书籍，它的地址线和数据线也是复用的）。
　　
　　到了问题的实质了，８０８８内的两个８０８５各有一套１６位寻址寄存器，如何让他们寻址２０位的１Ｍ地址呢？其实把他们并在一起形成３２位寻址很简单，如果是那样后来的很多麻烦可能就都没有了（如Ａ２０门），但当时那些“精英”可能认为３２位寻址（４Ｇ地址空间）那是扯淡，估计地球消失了也用不到那么多的内存吧？再说了老板逼的又紧，于是他们采用了在一个硬件上使用两个８０８５非常好实现的方法－－分段：
　　他们把１０２４Ｋ地址空间分成１６字节的段，共６４Ｋ个段，用一个８０８５的１６位寻址寄存器作地址偏移寄存器（故段的长度是６４Ｋ），而另一个８０８５的１６位寻址寄存器作１６字节段的段地址寄存器，注意，他保存的不是１６字节段的地址，而是１６字节段的序号（０，１，．．．６５５３５）。
      这样做的好处是：只要在两８０８５ＣＰＵ之间加一个移位器和一个２０位的加法器，就可以完成２０位的地址寻址－－一个８０８５的地址寄存器（段地址－－就是１６字节段的序号）左移４位（＊１６　＝　１６字节小段的首地址），加上另一个８０８５的地址寄存器就可以啦，哈哈！可以向老板交差了，制作成本低，设计速度快，有钱不抢是孙子！至于以后，。。。。
　　其实，段的大小从１６－６４Ｋ字节都可以通过类似方法实现１Ｍ寻址，为什么那帮精英非选１６字节呢？因为，１６字节的段，形成地址时段寄存器的位移最少，最好实现。
　　大家想想，要是实现３２位寻址，则需要在两个８０８５间加一个乘法器，但是如果实现了软件开发人员会省多少事。。。。，另外，要知道直到６４位ＣＰＵ才突破３２位地址空间的限制。
　　
　　教科书上只讲：１６＋４＝２０位，所以１６位段地址左移４位＋１６位偏移＝２０位物理地址。很多人也只是死记，其实并不知道其含义，而且还会感到晕，怎么１６位左移４位，再加１６位偏移就成２０位了？
　　
　　其商业、职业含义是应付、凑伙，并带点糊弄，用褒义词，最多也是用最小的成本、最快的速度占领市场，决不是技术上精益求精。其理论实质是：分段，１０２４Ｋ分成６４ｋ个１６字节的段，段寄存器保存的不是段的首地址，而是段的序号。不知为什么，教科书上从来不这样叙述。

      到了80286，不只是为了抢占市场搞的手忙脚乱，还是8088的底子太差，以至于80286的设计复杂系数太高，还是其他什么原因，intel们又犯了两个非常低级的错误，以至于80286有两个重大缺陷：

      首先，他声称80286兼容8086/8088实模式，但是在实模式地址达到1024K顶端时且不能回绕，而8088事回绕的，即地址到达FFFFFH时，再增加要回到0。
      于是，产生了A20门这个痛苦问题，致使IBM不得不非常龌龊的通过键盘控制器来A20地址线的高低，从而实现实模式下的地址回绕，以便和8088兼容。这个问题后来又不断演化（专门写出来就可长篇大论），并长期给软件开发人员带来不小的麻烦。

      第二， 80286从实模式进入保护模式后没有办法退回实模式，必须复位才行！ 80286有16M的存储空间，但实模式只能访问1M，也就是说，要使用1M以上的内存，必须切换到保护模式，可是要回来必须复位CPU，这对实模式下程序员是怎么一种折磨和酷刑呀？当然，到了386这个问题得到了解决，然而，至今，A20门则一直存在。
      看看80286的bios设计人员是如何进行内存自检的，PC启动时，bios先在实模式执行其他应该执行的程序，到了内存自检时，首先切换到保护模式，但完成内存自检，然后在键盘控制器中设一些标志，复位CPU， bios重新执行，但会检查键盘控制器中的标志，发现是bios的热复位，则跳到复位的地方接着执行。
      
      Intel这个技术帝国的独裁者捆绑的这个技术帝国的既得利益者(如，IBM、Microsoft等)，竞把如此糟糕的80286退给消费者，可见技术垄断的危害性。

      Intel、microsoft等之所以高深、神秘、伟大，完全在于被他们洗脑或自己给自己洗脑的大众把他们高深、神秘、伟大了，而他们本身，初期量仅仅是占据了一点点先机的普通人，当揭开他们的内幕，远没有人们认为的那样高深、神秘、伟大，甚至还充满了龌龊。