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Bereits der 8086 teilte den zur Verfügung stehenden Speicher in die Segmente auf. Das machen auch die neueren Prozessoren, bis hin zum Pentium II MMX. Da der 8086 aber insgesamt nur 20 Adreßleitungen gegenüber den 32 des i386 aufweist, kann er maximal 220Byte=1mByte Speicher adressieren. Damit besteht sein physikalischer Adreßraum aus 1mByte Speicher. Jedes der Vielzweckregister im 16-Bit-Prozessor 8086 (zur damaligen Zeit der 8-Bit-Chips dieselbe Sensation wie später der Übergang von 16 auf 32 Bits mit dem i386) ist jedoch nur 16 Bits lang und kann maximal 216byte=64kByte adressieren. Der 8086 unterteilt also den physikalischen Adreßraum in 64k-Segmente mit einer Größe von jeweils 64kByte. Innerhalb eines Segmentes wird die Stelle eines Bytes durch einen Offset angegeben. Offsets werden in den Vielzweckregistern gespeichert. Demgegenüber werden die Segmente über die Segmentregister CS bis GS angesprochen. Die CPU bildet für den Zugriff auf den Speicher sogenannte Segment-Offset-Paare: Das Segment eines bestimmten Speicherobjekts wird durch das Segmentregister, der Offset innerhalb des so festgelegten Segments dann noch durch das beteiligte Vielzweckregister angegeben. Die 16-Bit-Segmentregister können wie die 16-Bit-Offsetregister des 8086 64k=65536 Segmente adressieren, die jeweils 64kByte groß sind. Der theoretisch mögliche Adreßraum umfaßt daher 64kBytex64kByte=4gByte. Das ist mit dem 20-Bit-Adreßbus des 8086 aber nicht zu realisieren, er ist nur in der Lage, 1mByte anzusprechen. Die Segmente werden daher in einem Abstand von 16 Byte verzahnt. Erhöht sich der Wert des Segmentregisters um eins, so verschiebt sich das Segment lediglich um 16 Bytes, nicht um ein "ganzes" Segment mit 64kByte. Demgegenüber verschiebt eine Erhöhung des Offsetregisters um den Wert eins das Speicherobjekt nur um eine Stelle (d.h. ein Byte). Änderungen der Segmentregister führen also zu einem wesentlich größeren (zum 16-fachen) Versatz als Änderungen der Offsetregister. Die eben beschriebene Festlegung von Segment und Offset ist charakteristisch für den Real Mode. Der 8086 kann nur in eben diesem Modus arbeiten, der i386 (sowie alle weiteren Prozessoren der IA) beginnt nach dem Einschalten im Real Mode, kann aber später in den Protected- oder Virtual-8086-Mode umgeschaltet werden.
Die Adresse eines Objekts wird im Real Mode also durch die einfache Formel:
10h * Segment + Offset
berechnet. Anders ausgedrückt bedeutet das eine Verschiebung des Segmentregisters um vier Bits nach links und eine Addition des Offsets. Die quasi aus dem nichts auftretenden vier Bits bei dieser Segmentregisterverschiebung werden auf Null gesetzt. Die AU führt genau diesen Verschiebungs- und Additionsprozeß aus: Nach einer Verschiebung der Segmentadresse um vier Bits nach links summiert ein Addierer in der AU die verschobene Segmentadresse und den Offset, um die betreffende lineare Adresse zu bilden.
Segment und Offset werden meist hexadezimal in der Schreibweise Segment:Offset angegeben.
Beispiel: 1F36:0A5D steht für Segment 1F36, Offset 0A5D;
Nach der oben angeführten Formel ergibt sich für die lineare Adresse:
1F36h * 10h + 0A5Dh = 7990d * 16d + 2653d = 130493d
Alternativ kann man auch mit einer Verschiebung des Segments um vier Bits (eine Hexadezimalstelle) arbeiten:
1F360h
00A5Dh
1FDBDh=130493d
Zu beachten ist, daß zwei verschiedene Segment-Offset-Paare im Real Mode durchaus dieselbe Speicherstelle bezeichnen können.
Beispiel:
1FB1:02AD => 1FB1h * 10h + 02ADh = 130493d (vgl. obiges Beispiel)
Wie bereits erwähnt, ist diese Art der Adreßberechnung charakteristisch für den Real Mode oder eben den 8086. Im Protected Mode, der als wesentliche Neuerung mit dem 80286 eingeführt wurde, sind Segment und Offset vollständig entkoppelt. Die Segmentregister besitzen eine völlig andere Bedeutung, es findet keine Abbildung nach der oben angegebenen einfachen Formel statt. Dadurch ist beim 80286 ein logischer Adreßraum von maximal 1gByte und beim 80386 sogar 64tByte je Task (Programm) möglich. Dieser logische Adreßraum wird jedoch von der Segmentierungslogik beim 80286 auf einen physikalischen Adreßraum von maximal 16mByte entsprechend seinen 24 Adreßleitungen (224=16mByte) abgebildet. Beim i386 stehen bereits 4gByte (232=4gByte) zur Verfügung. Meist liegt der tatsächliche Speicherausbau des Computers jedoch weit unter diesem Wert.
Der im i386 erstmals implementierte Virtual 8086 Mode stellt eine erhebliche Innovation im Hinblick auf die Betreibung im Protected Mode dar. Der i386 führt in diesem Modus die Adreßberechnung nach der oben beschriebenen Formel des Real Mode aus, wobei aber der tatsächliche Zugriff auf den Speicher und die Peripherie durch dieselben Mechanismen überwacht und gegen unerlaubte und fehlerhafte Versuche geschützt wird, wie sie für den Protected Mode charakteristisch sind.
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