CPU怎樣對存儲器們進行讀寫？

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在了解了計算機中的存儲器們之後，緊接著我們會有一些問題：CPU是怎樣去訪問內存地址空間的某一個地址的呢？接下來會以8086cpu架構作為例子來進行介紹（8086是老古董了，現代的CPU有i5架構的，還有i7架構的），之所以選擇8086是因為它結構比較簡單，適合上手，通過它學習到的概念，同樣可以對其他CPU進行舉一反三。

CPU要讀寫存儲器，總得需要有導線把它們連在一起吧？在計算機中，這種導線稱為匯流排，如果你拆過機箱就很清楚，它就是一根根的導線的集合，這些導線同時發送信號，每根導線要麼高電平，要麼低電平。匯流排按照功能的不同又分為地址匯流排，數據匯流排和控制匯流排。以上圖為例，CPU要讀取內存地址空間中地址為3的信息，大概分成以下步驟：

1. CPU向地址線輸出物理地址3

2. 控制線需要選擇相應的存儲設備，然後通知該設備，將要從中讀取數據

3. 該存儲設備會將數據8送入數據線

CPU寫信息到存儲器的過程類似。

我們把上面的圖放大，還可以再深入一點。

我們剛才說CPU和存儲設備之間有匯流排相連，其實CPU內部也是有匯流排的，它連接著CPU中不同的部件，比如寄存器，運算器，控制器。但是計算機中，不同匯流排的位數不一定是一樣的，比如8086CPU內部匯流排就是16位的，地址匯流排是20位的，數據匯流排是16位的。

那麼問題來了？既然8086CPU是16位結構的，怎樣才能做到輸出20位的物理地址呢？其實很簡單，地址加法器是這樣解決的：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。如果對16進位不太熟悉，那我們可以用熟悉的10進位來描述這個計算，比如家，學校，圖書館在一條直線上，他們之間的距離如圖所示，我們可以這樣跟朋友描述圖書館的距離：圖書館離家200m，這其實就是它的物理地址了。但現在有一些限制，我們和朋友之間只能通過紙條來通信，不巧的是，紙條上只能寫2位數，且紙條數量不限，於是我們約定規則：紙條1x10+紙條2＝物理地址，比如在紙條1上寫11，紙條2上寫90，意思是說學校離家110m，圖書館離學校90m，這就ok了。而這2張紙條能表示的最遠距離為99x10+99=1089。

現在看來，這裡出現的段地址:偏移地址的概念，完全是因為8086CPU的硬體設計是這樣的。我們設想一下，如果8086CPU的內部匯流排是20位的，不就可以直接表示物理地址了嗎？！所以段地址:偏移地址的概念並不是關鍵，也許以後CPU硬體設計變了，採用完全不同的計算方式都說不定。

我們現在知道CPU是如何從內存讀取信息的了，但是CPU怎麼知道讀過來的信息到底是普通的數據還是需要被執行的程序呢？很簡單，我們知道CPU中有很多的寄存器（就是用來存放信息的），它指定了2個寄存器（分別叫CS, IP，CS用來存段地址，IP用來存偏移地址），讓它們來表示當前需要被執行的機器碼的物理地址，在執行代碼的過程中，CPU會去維護CS和IP的值，比如每執行一句機器碼，IP會增加相應的數值以指向下一句指令。以此類推，我們可以用其他的寄存器去表示數據的物理地址。所以說，內存中的二進位信息本來對CPU沒有區別，全靠約定好的寄存器裡面存放的地址，才得以區分程序和數據。