Шпоры по ассемблеру, 1ый семестр (Гончаревич А Л) [3131 вопросов] / шпоры-1 / 8.Сегментная организация памяти+9формиров физ адреса

Процессоры Intel аппаратно поддерживают сегментную организацию программы.Это означает, что любая программа состоит из трех сегментов: кода, данных и стека. Логически машинные команды в архитектуре IA-32 построены так, что при выборке каждой команды для доступа к данным программы или к стеку неявно используется информация из вполне определенных сегментных регистров. В зависимости от режима работы процессора по их содержимому определяются адреса памяти, с которых начинаются соответствующие сегменты.

В сегментированной модели программе выделяются непрерывные области памяти (сегменты), а сама программа может обращаться только к данным, которые находятся в этих сегментах.

Сегментация — механизм адресации, обеспечивающий существование нескольких независимых адресных пространств как в пределах одной задачи, так и в системе в целом для защиты задач от взаимного влияния. В основе механизма сегментации лежит понятие сегмента, который представляет собой независимый поддерживаемый на аппаратном уровне блок памяти.

Каждая программа в общем случае может состоять из любого количества сегментов, но непосредственный доступ она имеет только к трем основным сегментам (кода, данных и стека), а также к дополнительным сегментам данных числом от одного до трех. Программа никогда не знает, по каким физическим адресам будут размещены ее сегменты. Этим занимается операционная система. Операционная система размещает сегменты программы в оперативной памяти по определенным физическим адресам, после чего помещает значения этих адресов в определенные места. Куда именно, зависит от режима работы процессора. Так, в реальном режиме эти адреса помещаются непосредственно в соответствующие сегментные регистры

Внутри сегмента программа обращается к адресам относительно начала сегмента линейно, то есть начиная с 0 и заканчивая адресом, равным размеру сегмента. Этот относительный адрес, или смещение, который процессор использует для доступа к данным внутри сегмента, называется эффективным.

Под физическим адресом понимается адрес памяти, выдаваемый на шину адреса процессора. Другое название этого адреса — линейный адрес.

Далее перечислены характеристики механизма адресации физической памяти

в реальном режиме.

1.Диапазон изменения физического адреса — от 0 до 1 Мбайт. Эта величина определяется тем, что шина адреса i8086 имела 20 линий.

2.Максимальный размер сегмента— 64 Кбайт. Это объясняется 16-разрядной

архитектурой 18086. Нетрудно подсчитать, что максимальное значение, которое могут содержать 16-разрядные регистры, составляет 2 16 - 1, что применительно к памяти и определяет величину 64 Кбайт.

3.Для обращения к конкретному физическому адресу оперативной памяти необходимо определить адрес начала сегмента (сегментную составляющую) и смещение внутри сегмента.

Дело в том, что в сегментном регистре содержатся только старшие 16 битов физического адреса начала сегмента. Недостающие младшие четыре бита 20-разрядного адреса получаются сдвигом значения в сегментном регистре влево на 4 разряда. Эта операция сдвига

выполняется аппаратно и для программного обеспечения абсолютно прозрачна. Получившееся 20-разрядное значение и является настоящим физическим адресом, соответствующим началу сегмента. Что касается второго компонента {смещения), участвующего в образовании физического адреса некоторого объекта в памяти, то он представляет собой 16-разрядное значение. Это значение может содержаться явно в команде либо косвенно в одном из регистров общего назначения. В процессоре эти две составляющие складываются на аппаратном уровне,

в результате получается физический адрес памяти размерностью 20 битов. Данный механизм образования физического адреса позволяет сделать программное обеспечение перемещаемым, то есть не зависящим от конкретных адресов загрузки его в оперативной памяти (рис. 2.8).

На рисунке хорошо видно, как формируется некоторый целевой физический адрес: сегментная часть извлекается из одного из сегментных регистров, сдвигается на четыре разряда влево и суммируется со смещением. В свою очередь, видно,что значение смещения можно получить минимум из одного и максимум из трех источников: из значения смещения в самой машинной команде и/или из содержимого одного базового и/или одного индексного регистра. Количество источников, участвующих в формировании смещения, определяется кодированием конкретной машинной команды, и если таких источников несколько, то значения в них складываются.

Недостатки такой организации памяти:

1.И сегменты бесконтрольно размещаются с любого адреса, кратного 16 (так как содержимое сегментного регистра аппаратно смещается на 4 разряда), и, как следствие, программа может обращаться по любым адресам, в том числе и реально не существующим;

2.сегменты имеют максимальный размер 64 Кбайт;

3.сегменты могут перекрываться другими сегментами.

Модель памяти определяет следующие параметры: - количество сегментов, их расположение, перекрытие и т.п.; - размерности и свойства переменных и предопределенных значений в программе (например, тип процедур NEAR или FAR). Обычно модель памяти используется по умолчанию и определяется ассемблером в зависимости от числа сегментов, но можно задать модель памяти с помощью директивы ЯА, располагаемой в начале файла с программой, что позволяет использовать упрощенные формы описания сегментов. Общий вид директивы 

.MODEL {тип} где {тип} – может принимать следующие значения: а)tiny – состоит из одного сегмента, т.е. регистры CS, DS и SS имеют одно и то же значение; наиболее компактная программа, занимающая б) small – сегмент кода отделен от сегментов данных и стека, последние объединены в одну группу, т.е. DS и SS имеют одно и то же значение; наиболее распространенная модель памяти, все переходы – типа NEAR; в) compact – используется один сегмент кодов и несколько сегментов данных, все переходы – типа NEAR, а обращение к данным – с указанием сегментного регистра, но сегменты данных и стека объединены в одну группу; г) medium – несколько сегментов кодов и общий сегмент данных со стеком, доступ к процедурам – типа FAR, а обращение к данным указывает только смещение; д) large – наиболее общий случай; несколько сегментов кодов и данных, вся адресация – с помощью сегментных регистров; е) huge – аналогичен large, но предназначен для совмещения с программами на языках высокого уровня, разрешается работа с данными, занимающими >64КБ памяти.