Geum.ru

М. В. Ломоносова Факультет вычислительной математики и кибернетики В. Г. Баула Введение в архитектуру ЭВМ и системы программирования Москва 2003 Предисловие Данная книга

Вид материалаКнига

Содержание


6.5. Сегментация памяти
6.6. Мнемонические обозначения регистров
Подобный материал:
1   ...   9   10   11   12   13   14   15   16   ...   37

6.5. Сегментация памяти


Память нашей ЭВМ имеет уже знакомую нам сегментную организацию. В любой момент времени для младшей модели определены четыре сегмента (хотя для старших моделей число сегментов может быть и больше). Это означает, что есть четыре сегментных регистра, которые указывают на определённые области памяти. Каждый сегментный регистр имеет длину 16 разрядов, поэтому для того, чтобы сегмент мог располагаться на любом месте оперативной памяти, адрес начала сегмента получается после умножения значения сегментного регистра на число 16. Правда, при таком способе задания начала сегмента, он может начинаться не с любого места оперативной памяти, а только с адресов, кратных 16.

Итак, извлекать из памяти числа или команды можно только относительно одного из них этих сегментных регистров. Таким образом, физический адрес числа или команды вычисляется по формуле

Aфиз := (SR*16 + A)mod 220,

где SR – значение сегментного регистра, а A – смещение. Физический адрес берётся по модулю 220, чтобы он не вышел за максимальный адрес памяти.

В качестве мнемонических обозначений сегментных регистров выбраны следующие двухбуквенные служебные1 имена: кодовый сегментный регистр (CS), сегментный регистр данных (DS), сегментный регистр стека (SS) и дополнительный сегментный регистр (ES). Каждый из них может адресовать сегмент памяти длиной от 1 до 216 байт (напомним, что вся память состоит из 220 ячеек). Так как физический адрес в приведённой выше формуле берётся по модулю 220, то очевидно, что память "замкнута в кольцо". Таким образом, в одном сегменте могут находиться ячейки с самыми большими и самыми маленькими адресами основной памяти.На рис. 6.1 показан пример расположения сегментов в памяти.

Стоит отметить, что сегментные регистры являются специализированными, предназначенными только для хранения адресов сегментов, поэтому арифметические операции над их содержимым не предусмотрены.

Заметим, что даже если все сегменты не перекрываются и имеют максимальный размер, то и в этом случае центральный процессор в каждый момент времени имеет доступ только к одной четвёртой от общего объёма оперативной памяти.

6.6. Мнемонические обозначения регистров


В силу того, что в ЭВМ все регистры имеют безликие двоичные обозначения, программисты предпочитают использовать мнемонические названия регистров. Регистры общего назначения, каждый из которых может складывать, вычитать и просто хранить данные, а некоторые – умножать и делить, обозначают следующими именами: AX, BX, CX, DX. Для обеспечения многообразия форматов данных каждый из них разбит на две части по 8 бит каждая (биты нумеруются немного непривычно справа налево, начиная с нуля):
15
7
0

AX
AH
AL



BX
BH
BL



CX
CH
CL



DX
DH
DL






16 бит



Каждый из регистров AH, AL, BH, BL, CH, CL, DH и DL может быть использован как самостоятельный регистр, на которых возможно выполнять операции сложения и вычитания.

Существуют также четыре регистра SI, DI, SP и BP, которые также могут использоваться для проведения сложения и вычитания, но уже не делятся на половинки:
15 0

SI



DI



SP



BP






16 бит

В основном эти четыре регистра используются как индексные, т.е. на них храниться положение конкретного элемента в некотором массиве.

Кроме перечисленных выше регистров программист имеет дело с регистром IP (instruction pointer), который называется счётчиком адреса и содержит адрес следующей исполняемой команды (точнее, содержит смещение относительно начала кодового сегмента, адрес начала этого сегмента, как мы уже знаем, равен значению сегментного регистра CS, умноженному на 16).
16 бит

IP



И, наконец, как уже упоминалось, архитектурой изучаемой ЭВМ предусмотрен регистр флагов FLAGS. Он содержит шестнадцать одноразрядных флагов, например, ранее упоминавшиеся флаги CF и OF. Конкретные номера битов, содержащих тот или иной флаг, для понимания архитектуры несущественны, и приводиться здесь не будут.
16 бит

FLAGS
…
CF
…
OF
…

Все биты в регистрах пронумерованы справа налево: в шестнадцатибитных – от 0 до 15, в восьмибитных – от 0 до 7.

Все упомянутые имена регистров являются служебными в языке Ассемблера. Как и в языке Паскаль, в языке Ассемблера принято соглашение по синтаксису имён: регистр символов не различается, таким образом, AX,Ax,aX и ax обозначают один и тот же регистр.

Рассмотрим теперь способ хранения чисел в памяти ЭВМ. Запишем, например, шестнадцатеричное число 1234h в какой-нибудь 16-тиразрядный регистр (каждая шестнадцатиричная цифра занимает по 4 бита):

1
2
3
4

Теперь поместим это число в память в ячейки с номерами, например, 100 и 101. Так вот: в ячейку с номером 100 запишется число 34h, а в ячейку 101 – число 12h. Говорят, что число представлено в основной памяти (в отличие от регистров) в перевёрнутом виде. Это связано с тем, что в младших моделях ЭВМ при каждом обращении к памяти читался один байт. Чтобы считать слово, было необходимо дважды обратиться к памяти, поэтому было удобно (например, для проведения операция сложения "в столбик") получать сначала младшие цифры числа, а затем – старшие. В современной архитектуре за одно обращение из памяти получают сразу 4, 8 или 16 байт, но из-за совместимости моделей семейства пришлось оставить перевёрнутое представление чисел. Заметим, что в отличие от чисел, команды хранятся в памяти в обычном (не перевернутом) виде.