8086CPU寻址范围的思考与研究
文章作者：duckgaga
给定段地址为0001H，仅通过变化偏移地址寻址，CPU的寻址范围为（）到（）？
这个小题的关键点在于，求出偏移的变化范围，再利用公式“段地址*16+偏移地址＝物理地址”即可求得CPU的寻址范围。
关于这个小题的偏移变化范围，据我所知，好像有两种，一个是0~FFFFH，另一种则是0~15。那么两种答案到底谁对谁错呢？或者说，哪一个答案更加合理呢？为此，笔者设计了一个实验对此进行测试，具体情况如下：
一、设计思路：
两个答案中，一个是0~15，另一个是0~FFFFH，两个答案中都包含0~15这个部分，因此只要验证超出15部分（即16~FFFFH）能否正确寻址，就可以达到检测的目的。如果偏移使用16~FFFFH范围内的值进行寻址时出错，则说明答案0~FFFFH是不合理的；反之亦然。
二、实现方案介绍：
1）背景知识：在系统中，0:200h~300h空间的内容为空，值默认为0，即是没有值的。而系统1000:0~1000:200h空间的内容也为空，值也默认为0。这一点可自行验证，方法是进入CMD后，输入debug回车，然后分别用d 0:200和d 1000:0查看即可。
2）方法步骤：
i.在0:200h~300h空间的内容为空，我们先给从0:200H开始的16个字节赋值，值分别是0，1，2……，15.即从0:200h~20fh的值分别为0~15;
ii.设置DS，ES的段值为0001H，分别设置SI，DI初始值为0fff0h，1f0h。通过公式“段地址*16+偏移地址＝物理地址”可以得知，ds:si初始时指向的物理地址为10000H,而es:di初始时指向的物理地址则为00200H,es:di与0:200H所指向的物理地址是相同的。
iii.将ds:si所指向物理地址开始的16个内存单元中的内容复制到es:di所指向的物理地址开始的16个内存单元中，这其中复制了16个字节。复制完毕后0:200h开始的16个内存单元中的内容应该跟ds:si所指向的内存单元中的值一样，即为0.
iv.在debug跟踪观察ds,es,si,di的值，并且看程序是否能够正确执行。
三、测试程序的代码：
assume cs:code
code segment
start:
mov cx,16
mov ax,0
mov es,ax
mov si,200h
s: mov es:[si],al
inc al
inc si
loop s ;将0:200h开始的16个内存单元的值设置为0~15.
mov ax,0001
mov ds,ax
mov es,ax ;设置ds,es段值都为0001H
mov si,0fff0h
mov di,1f0h
mov cx,16
cld
rep movsb ;将ds:si指向开始的16个内存单元复制到es:di所指向的16个内存单元中
mov ax,4c00h
int 21h
code ends
end start
编译情况：编译时没有提示出错，成功通过编译和连接。
四、debug跟踪情况
1.装载test.exe后：
-u
0B68:0000 B91000 MOV CX,0010
0B68:0003 B80000 MOV AX,0000
0B68:0006 8EC0 MOV ES,AX
0B68:0008 BE0002 MOV SI,0200
0B68:000B 26 ES:
0B68:000C 8804 MOV [SI],AL
0B68:000E FEC0 INC AL
0B68:0010 46 INC SI
0B68:0011 E2F8 LOOP 000B
0B68:0013 B80100 MOV AX,0001
0B68:0016 8ED8 MOV DS,AX
0B68:0018 8EC0 MOV ES,AX
0B68:001A BEF0FF MOV SI,FFF0
0B68:001D BFF001 MOV DI,01F0
0B68:0020 B91000 MOV CX,0010
0B68:0023 FC CLD
0B68:0024 F3 REPZ
0B68:0025 A4 MOVSB
0B68:0026 B8004C MOV AX,4C00
0B68:0029 CD21 INT 21
2.在开始跟踪运行test.exe之前，先查看内存0:200h处的内容：
-d 0:200
0000:0200 00 00 00 00 00 00 00 00-00 00 00 00 00 00 00 00 ................
0000:0210 00 00 00 00 00 00 00 00-00 00 00 00 00 00 00 00 ................
0000:0220 00 00 00 00 00 00 00 00-00 00 00 00 00 00 00 00 ................
0000:0230 00 00 00 00 00 00 00 00-00 00 00 00 00 00 00 00 ................
0000:0240 00 00 00 00 00 00 00 00-00 00 00 00 00 00 00 00 ................
0000:0250 00 00 00 00 00 00 00 00-00 00 00 00 00 00 00 00 ................
0000:0260 00 00 00 00 00 00 00 00-00 00 00 00 00 00 00 00 ................
0000:0270 00 00 00 00 00 00 00 00-00 00 00 00 00 00 00 00 ................
由此可以看出，程序执行前，0:200开始的内容为空。
3.直接用g 13命令，使程序执行到mov ax,0001处停止（此时mov ax,0001并未执行，它是下一条待执行的指令），则有：
-g13
AX=0010 BX=0000 CX=0000 DX=0000 SP=0100 BP=0000 SI=0210 DI=0000
DS=0B58 ES=0000 SS=0B68 CS=0B68 IP=0013 NV UP EI PL NZ AC PO NC
0B68:0013 B80100 MOV AX,0001
4.此时，我们再去查看0:200h处的内容，按照预计，0:200H开始的16个内存单元中的内容应该被修改了，好，我们此时用d 0:200命令进行查看，结果为：
-d 0:200
0000:0200 00 01 02 03 04 05 06 07-08 09 0A 0B 0C 0D 0E 0F ................
0000:0210 00 00 00 00 00 00 00 00-00 00 00 00 00 00 00 00 ................
0000:0220 00 00 00 00 00 00 00 00-00 00 00 00 00 00 00 00 ................
0000:0230 00 00 00 00 00 00 00 00-00 00 00 00 00 00 00 00 ................
0000:0240 00 00 00 00 00 00 00 00-00 00 00 00 00 00 00 00 ................
0000:0250 00 00 00 00 00 00 00 00-00 00 00 00 00 00 00 00 ................
由上面，我们可以清楚地看到，0:200h~20fh处的内容如我们所想的，被修改了。它们的值分别是0，1……14，15.
5.好，我们继续下一步，用g 20命令使程序直接运行至mov cx,16处停止，此时，我们的程序应该已经执行完了给ds,es,si,di赋值。
-g20
AX=0001 BX=0000 CX=0000 DX=0000 SP=0100 BP=0000 SI=FFF0 DI=01F0
DS=0001 ES=0001 SS=0B68 CS=0B68 IP=0020 NV UP EI PL NZ AC PO NC
0B68:0020 B91000 MOV CX,0010
由上可以看到，ds,es分别被设置为0001,而si,di分别被设置为fff0,01f0。
6.经过给ds,es,si,di赋值后没有出错，说明偏移大于15时是合法的（此时SI，DI的内容为偏移），好，我们继续下步，看程序是否能成功运行。我们用g 26命令，使程序直接运行止mov ax,4c00h处停止（中间的rep movsb是循环执行的，为避免烦琐，故直接跳至此处），
-g 26
AX=0001 BX=0000 CX=0000 DX=0000 SP=0100 BP=0000 SI=0000 DI=0200
DS=0001 ES=0001 SS=0B68 CS=0B68 IP=0026 NV UP EI PL NZ AC PO NC
0B68:0026 B8004C MOV AX,4C00
我们可以看到ds,es的内容还是0001，没有改变，即段地址的值没有发生改变。而si,di在加上0fh之后，分别变为0000h,0200h了。
7.程序执行到mov ax,4c00h处时，此时程序已经完成了将DS:SI指向内存单元开始的16个字节复制到ES:DI所指向内存单元的指令。我们再来查看结果，用d 0:200命令进行查看，看其中的内容是否如我们所想，又重新变为空了（因为1000:0h开始处的内容为空，复制到0:200h处后，0:200h的数据被覆盖，因此变成与1000:0h处的内容一样，即为空，值为0）：
-d 0:200
0000:0200 00 00 00 00 00 00 00 00-00 00 00 00 00 00 00 00 ................
0000:0210 00 00 00 00 00 00 00 00-00 00 00 00 00 00 00 00 ................
0000:0220 00 00 00 00 00 00 00 00-00 00 00 00 00 00 00 00 ................
0000:0230 00 00 00 00 00 00 00 00-00 00 00 00 00 00 00 00 ................
0000:0240 00 00 00 00 00 00 00 00-00 00 00 00 00 00 00 00 ................
0000:0250 00 00 00 00 00 00 00 00-00 00 00 00 00 00 00 00 ................
大家可以清晰地看到：0:200h~20fH处的内容又全部变成0了！说明此程序成功执行了！
这也就说明，在给定段地址为0001H的情况下，仅通过变化偏移地址寻址时，使用16~ffffH范围内的偏移（这里我们分别使用了0fff0~0ffffh和1f0~1ffh）进行寻址是合法的，也即偏移地址的变化范围仍然为0~ffffH，而不会被局限为0~15.
五、结论
OK，我们通过上面的实验证实偏移地址的变化范围仍然是0~FFFFH的。但是题目要求的是CPU的寻址范围，即求其物理地址范围。因此，我们还得用“段地址*16+偏移地址＝物理地址”这个公式进行求解一次。
∵段地址＝0001，偏移地址变化范围为0~FFFFH，由“段地址*16+偏移地址＝物理地址”有：
物理地址＝0001*16+0~FFFFH
＝00010H+0~FFFFH
＝00010~1000FH
综上所述，我个人认为，检测2.2的第一小题的答案应为（00010H）到（1000FH）。
六、题外探讨
那么，许多人以为问题到此已经解决了，但大家是否会想想：为什么有人会得出偏移变化范围为0~15的答案呢？
个人见解：
我想之所以有人会得出0~15的答案来，这与是否真正理解了“段地址*16+偏移地址＝物理地址”的本质含义密切相关的。
好，我们进行一次错误（个人认为是错误的，请指教）的思维过程：
1）由“给定段地址0001H，仅通过变化偏移地址进行寻址”+“段地址*16+偏移地址＝物理地址”有：
段地址*16＝0001H*16＝00010H
2）又由关键字眼“给定段地址”，“仅通过变化偏移地址进行寻址”则有：
CPU寻址的范围只能从00010H~0001fH，因为如果再加1的话，就变为00020H了，就不再是00010h这个“给定的段地址”了，就不符合题目的要求了！所以答案应为：0到15.
OK，错误思维旅程结束，我们跳出来（不要掉进这个陷阱出不来了，否则我罪过就大了）探讨上面错误思维产生的原因。不难看出，这是由于对“段地址*16+偏移地址＝物理地址”的本质含义没有真正理解，并且没有真正理解“段”概念、物理地址及其之间关系的缘故。
七、结语
王爽老师的《汇编语言》看起来虽然简单，但是里面讲述的都是一些原理性的、本质性的东西，因此希望大家认真理解、深入研究和探讨，只有这样才能真正达到学习的目的。就像本题，虽然“段地址*16+偏移地址＝物理地址”这个公式看起来是很简单，但是又有多少人掉进了这个“陷阱”？
八、题外话
学完一遍，感觉轻松了不少，因为不用再像以前一样，不再急着往下学（以前就算不赶进度，但还是要考虑时间关系的），所以就想找点事做。所谓“三人必有我师”，故决定从第一章开始，把论坛里所有章节的帖子都看完，然后再逛别人的博客，呵呵。这几天都在逛论坛，今天把第1章的所有帖子看完了。感觉这几天学习到了不少东西，大多是与课本学习密切相关，但课本上没有的基础类的东西或者是从课本上来，但又高于课本的一些思考类的东西。
虽然是重新回头读《汇编语言》这本书，但还是从中发掘到了许多东西，因此速度愈放愈慢（所以更新博客会比较慢），自己也逐渐感到有一种研究性学习的精神在自己身上慢慢产生，虽然是一点点，但是有了开头，只要坚持，一定会有所成的。
每当看到谁谁说自己速度多快，一下子看了几十页时，心里不知作何感想。如果他真的是个牛人，我羡慕他，佩服他；但是如果单纯是为了进度而不求甚解的话，我又会为其担心，这样子学下去又能学到什么实质性的东西呢？不管怎么都好吧，希望大家都能克制浮躁的心情，同时希望学得快的人都是比我理解能力强的人。
虽然自己有点笨，不像他们那样能一飞冲天，但是贵在坚持吧。许三多说得对：“不抛弃，不放弃！”
发表日期：08/06/26 00:00
网友评论(1)
【游客 发表于：18/02/02 21:08】
妙哉
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