Сегментированная модель памяти

Первые модели ПК имели оперативную память объемом 2^16 байтов (64Кб) и потому использовали 16-битовые адреса. В последующих моделях память была увеличена до 2^20 байтов (1Мб=1000Кб), для чего уже необ­ходимы 20-битовые адреса. Однако в этих ПК ради сохранения преемствен­ности были сохранены 16-битовые адреса: именно такие адреса хранятся в регистрах и указываются в командах, именно такие адреса получаются в результате модификации по базовым и индексным регистрам. Как же удает­ся 16-битовыми адресами ссылаться на 1Мб памяти?

Для микропроцессоров фирмы INTEL, начиная с i8086, принят особый подход к управлению памятью – сегментированная модель использования оперативной памяти. В ПК вводится понятие "сегмент памяти". Так на­зывается любой участок памяти размером до 64Кб и с начальным адресом, кратным 16, называемым параграфом сегмента. Абсолютный (20-битовый) адрес A любой ячейки памяти можно представить как сумму 20-битового начального адреса (базы) B сегмента, которому принадлежит ячейка, и 16-битового смещения D - адреса этой ячейки, отсчитанного от начала сегмента: A=B+D. Адрес B заносится в некоторый регистр S, а в ко­манде, где должен быть указан адрес A, вместо него записывается пара из регистра S и смещения D (в ассемблере такая пара, называемая адресной па­рой, записывается как S:D). Микропроцессор же, при выполнении команды, прежде всего по паре S:D вычисляет абсо­лютный адрес A как сумму содержимого регистра S и смещения D и только затем обращается к памяти по этому адресу A. Вот так, заменяя в коман­дах абсолютные адреса на адресные пары, и удается адресовать всю па­мять 16-битовыми адресами (смещениями).

В качестве регистра S разрешается использовать не любой регистр, а только один из 4 регистров, называемых сегментными: CS, DS, SS и ES. В связи с этим одновременно можно работать с 4 сегментами памяти: начальный адрес одного из них загружается в регистр CS и все ссылки на ячейки этого сегмента указываются в виде пар CS:D, начало другого - заносится в DS и все ссылки на его ячейки задаются в виде пар DS:D и т.д. Отметим, что используемые сегменты могут быть расположены в памяти произвольным образом: они могут не пересекаться, а могут пересекаться и даже совпадать. Какие сегменты памяти использовать, в каких сегмент­ных регистрах хранить их начальные адреса - все это личное дело автора машинной программы.

Как и все регистры ПК, сегментные регистры имеют размер слова. По­этому возникает вопрос: как удается разместить в них 20-битовые на­чальные адреса сегментов памяти? Ответ такой. Поскольку все эти адреса кратны 16, то в них младшие 4 бита (последняя 16-ричная цифра) всегда нулевые, а потому эти биты можно не хранить явно, а лишь подразумевать. Именно так и делается: в сегментном регистре всегда хранятся только первые 16 битов (первые четыре 16-ричные цифры) на­чального адреса сегмента (эта величина называется номером сегмента или просто сегментом). При вычислении же абсолютного адреса A по паре S:D процессор сначала приписывает справа к содержимому регистра S четыре нулевых бита (другими словами, умножает на 16) и лишь затем прибавляет смещение D, причем суммирование ведется по модулю 2^20:

Aабс. = 16*[S] + D (mod 2^20)

Если, например, в регистре CS хранится величина 1234h, тогда адресная пара 1234h:507h определяет абсолютный адрес, равный 16*1234h + 507h = 12340h + 507h = 12847h.

Дата добавления: 2014-11-09