1.12.2. Модели памяти.

Обратимся теперь к одной весьма важной проблеме, с которой рано или поздно сталкивается любой программист программирующий на Си в операционной системе MS DOS. Эта проблема называется - выбор модели памяти. Выбор модели памяти можно осуществить отметив соответствующие опции в интегрированной среде обработки или или указав соответствующие параметры для строкового компилятора. Вопрос заключается в том: что означает выбранная модель памяти.

Чтобы разобраться в указанной проблеме прежде всего следует обратиться к тому как осуществляется адресация памяти на компьютерах IBM. Прежде всего заметим, что микропроцессор Intel может работать в двух режимах реальном и защищенном, отличающихся в том числе и системой адресации. Операционная система MS DOS работает в реальном режиме (или в имитированном реальном режиме). Начнем, поэтому, с адресации в реальном режиме.

Поскольку первые микропроцессоры Intel были 16-битные то для того, чтобы расширить объем адресуемой памяти, адрес ячейки памяти формируется из двух компонент. Обозначим первую компоненту как seg и назовем ее сегментным адресом. Вторую компоненту обозначим ofs и назовем ее смещением. Тогда физический адрес ячейки может быть найден по формуле: seg*16+ofs. Поскольку размер регистров составляет 16 бит, то имеем, что максимальный возможный адрес составляет (2^16-1)*16+(2^16-1). Т.е. объем охватываемой памяти оказывается равным приблизительно 1 Мб.

Заметим, что при фиксированном seg смещение позволяет адресовать 64 Кб памяти. В результате вся память разбивается на сегменты. Максимальный размер сегмента составляет 64 Кб. Адрес начала сегмента всегда кратен 16. Такую сегментную структуру приходится учитывать и при написании программы. Традиционно в программе можно выделить три компонента: код, данные, стек. Для каждой из этих компонент должно быть выделено определенное количество сегментов.

Для сегментации сегментов в микропроцессоре Intel существует 4 регистра называемых сегментными: cs - регистр сегмента кода, ds - регистр сегмента данных, ss - регистр сегмента стека, es - дополнительный сегментный регистр.

Ранее было введено понятие указателя. До сих пор мы пользовались этим понятием не задумываясь о их типе. Этот тип устанавливается по умолчанию согласно модели памяти (см. ниже). В Си существует 3 типа указателя: NEAR, FAR и HUGE.

Указатель NEAR - соответствует смещению в текущем сегменте. Длина его 16 бит.

Указатель FAR - 32-битный указатель, точнее пара SEG,OFS. Легко видеть, что один и тот же физический адрес может быть представлен несколькими парами: seg,ofs. Кроме того сравнение и действия над указателями касается только смещения. Т.о. два указателя относящиеся к одной и той же ячейки памяти оказываются не равными друг другу.

Указатель HUGE - 32-битный указатель. Отличается от FAR тем, что он нормализован - из всех пар seg,ofs выбрана пара с минимальным ofs. Такой вид указателя называется нормализованным.

Перейдем теперь непосредственно к рассмотрению моделей памяти, коих существует ровно 6.

Модель tiny (крохотная). Все сегментные регистры (cs,ds,ss,es) указывают на один адрес. Т.о. у Вас для всего (кода, данных, стека) всего 64 Кб. памяти. Используются только указатели типа near. Программы написанные в этой модели могут быть преобразованы к COM-виду.

Модель small (малая). Программный сегмент и сегмент данных начинаются с разных адресов. Т.е. для кода и для стека отводится по 64 Кб. Сегмент стека начинается с того же адреса, что сегмент данных. Используются только указатели near.

Модель medium (средняя). Может иметь несколько сегментов кода, но один сегмент данных. Другими словами указатели типа far определены только для сегментов кода. Сегмент стека начинается с адреса сегмента данных.

Модель compact (компактная). Может иметь несколько сегментов данных (один для статических данных), но один сегмент кода. Другими словами указатели типа far определены для сегментов данных (и стека). Стек имеет свой собственный сегмент.

Модель large (большая). Может иметь несколько сегментов кода и данных. Для стека, как и в предыдущем случае, имеется свой сегмент. Используется указатель типа far. Для статических данных отводится один сегмент.

Модель huge (огромная). Совпадает с предыдущей, но снимается ограничение на количество сегментов для статических данных.

Предыдущий материал показывает какие указатели используются по умолчанию в той или иной модели памяти. Однако используя модификаторы near, far и huge можно изменить тип указателя задаваемого по умолчани.