x86汇编语言，作为学习操作系统前导知识，有必要学习一下。有幸在B站认识了up主李老师，引我走上学习操作系统内核之路。看了《x86汇编语言》这本书的前十章后，深觉有些纸上谈兵，摸不到头脑，在看保护模式时，突然发现，每章节会有一些学习目标，所以就以解决这些问题为目标进行学习吧。带着问题学习，才能更有收获。
INTEL8086处理器的通用寄存器和段地址加偏移地址的内存访问方式
首先有必要介绍一下INTEL8086处理器，它的诞生开启了x86架构的先河（至于为啥叫x86我就不知道了），直到现在，我们仍离不开它，或者说，在某些环境中，多多少少还能看到它的影子。
它是INTEL发布的第一款x86架构的16位微处理器。16位指的是它有16根数据总线，每次能处理至多2字节的数据。并且有20位外部地址总线，所以寻址空间为$2^{20}=1MB$。
INTEL8086处理器的通用寄存器
8086内部一共有8个通用寄存器，分别为AX、BX、CX、DX、SI、DI、BP、SP。这8个寄存器都是16位的，并且前4个又能分别拆成2个8位寄存器使用：
AL（AX Low）指的是低8位寄存器；AH（AX High）指的是高8位寄存器。操作低8位寄存器AL时，不影响高8位寄存器AH中的数据，反之也成立。
AX～DX寄存器比其他4个寄存器更加通用，从名字就能看出来。其余4个寄存器更加常用于以下工作：
- SI(Source Index)：源变址寄存器
- DI(Destination Index)：目的变址寄存器
- BP(Base Pointer)：基指针寄存器
- SP(Stack Pointer)：堆栈指针寄存器
这四个寄存器不能像AX～DX寄存器一样被分为高8位和低8位，什么时候需要使用了，我们再做分析。
段地址加偏移地址的内存访问方式
先介绍一下背景：
首先说一下我们为什么要使用内存，为什么不直接使用寄存器来存储数据。
这是因为寄存器造价太高，我们不得不使用价格稍微便宜，容量更大的内存来暂时存储数据。
在内存中有数据段和代码段，处理器并不知道什么是数据什么是指令，同样的数据在不同的空间中解释也不同。例如ADD指令，假如它翻译成的机器码是0100 1001，如果处理器将这段数据当作指令解释，那它就是ADD指令；而如果处理器将其解释为数据，那就是十进制的1+8+64=73。为了方便记忆这些操作码，人们发明了汇编语言，而编译器就充当了这个过程中的翻译官，当我们写完了汇编代码后，编译器会将程序翻译成对应的机器码，这样处理器就能理解了。
好了，说了这么多，我都等不及了，赶紧访问内存吧，怎么访问？起码我现在知道一点：内存至少分成两部分，可事实上，内存里乱的很。为啥呢？因为我们有时不止运行一个程序，所以内存里不止一套数据和代码，它们被加载到内存中的位置是随机的！
假如有个新手程序员写了一条指令，在内存中的0100（物理地址：内存的真实地址）处取一次数据，可0100处放的是别的程序的数据，我靠，这不就越俎(zǔ)代庖了吗？而且我可不想我程序的数据被别的程序读取，甚至修改！这其实是因为程序员想直接访问物理内存导致的结果。为了我们的程序能够总是正确的运行，我们不能直接使用物理地址了，这太不安全了，所以设计一套能够“自圆其说”的内存访问方式，这就是程序的重定向。
所以我们采用了内存分段策略，这个段可不是上边的数据段和代码段的段，而是使用“段：偏移”或“段地址：偏移地址”。（逻辑地址：段地址+偏移地址）这怎么理解呢？
可以这么理解：
把段地址想象成一个车技很好的大哥，偏移地址就是个特别听话的小弟。每次加载程序时，都可能在内存中的不同地方，段地址大哥的车技很好，就带着偏移地址小弟在内存中“漂移”，每次加载的时候位置都不一样，但偏移地址小弟只需要跟着段地址大哥飞就行了。
内存分段机制
为了在硬件级实现这样的功能，处理器需要两个段寄存器：代码段寄存器(Code Segment, CS)和数据段寄存器(Data Segment, DS)。加载程序时，CS和DS中的数据都会被重置，当代码段中的指令想要访问数据时，就需要将DS中的段地址与指令中的偏移地址相加，得到访问内存所需的物理地址。
分段机制对程序重定位的好处
从上边的叙述中就可以简单的概括出，使用分段机制，可以更简单的进行程序的重定位。在编写程序时，我们就不用真正考虑数据到底在内存中的什么地方，自有段地址为我们搞定。
INTEL8086处理器内存分段的本质及灵活性
受制于自身限制，INTEL8086的内存分段机制更加复杂。
INTEL8086的内存分段机制
8086内部有4个段寄存器：
- CS：代码段寄存器
- DS：数据段寄存器
- ES：(Extra Segment)附加段寄存器：程序中需要两个数据段时，ES可以为DS提供辅助
- SS：(Stack Segment)栈段寄存器
INTEL8086内存访问
之前说8086有20位外部地址总线，可以访问1MB的内存，可在CPU内部是如何实现的呢？
一共有3个部件参与这个工作。当加载程序时，代码段寄存器DS中会保存当前指令的段地址，IP寄存器会保存段内偏移地址，将段地址左移4位后，加上偏移地址，组成20位的物理地址，这个20位的物理地址不会保存在寄存器中（寄存器里当然也放不下），而是传给输入输出控制电路，然后再传输到地址总线上，从而到内存中寻址。找到代码段中的指令后，会有专门的电路用来执行指令，指令中如果有数据，那么它一定是数据段的偏移地址，我们还需要使用数据段寄存器DS来获得数据段的段地址，将两个地址相加，就可以得到数据的物理地址了。
8086访问内存使用了段地址加偏移地址的分段机制，一共有两种方式：
- 充分利用偏移地址，偏移地址寄存器有16位，内存有20位，那么内存就可以被分成$\frac{2^{20}}{2^{16}}=2^{4}=16$个段，那么每个段就有$2^{16}=64KB$大小，偏移地址寄存器的16位地址全被得到了利用
- 充分利用段地址，段地址寄存器有16位，那么就可以将内存分为$2^{16}=65536$个段，那么每个段就只有$2^{4}=16B$，此时段地址寄存器的16位地址全部得到了利用。
这两种方式肯定有各自的优缺点，这里先不做讨论。
灵活性
通过以上的分析，我们就知道8086的内存访问非常灵活了，那么灵活在哪呢？
我认为，正是由于分段机制的两种策略，再根据不同的使用场景，我们可以将内存分成一定数量的段，这这个数量是由我们决定的，我们可以分16～65536这个区间中的，这么多种不同的数量。（这里面可能涉及字对齐的问题，所以不是任意的数都可以取，假如你非要把内存分成17个段，那么肯定无法平均分配了，最后一块内存不够长了，就会有一定的bug）