Сегментная адресация памяти процессорами х86. Сегментация программ. Внутрисегментные адреса. (Лекция 4)

Сегментная адресация памяти процессором
Процессор «рассматривает» память, как набор блоков (сегментов)
Программно адрес памяти должен задаваться ему двумя значениями:
«указатель на сегмент памяти», в котором находится данный байт
«внутрисегментный адрес» - это смещение (в байтах) от начала сегмента до данного байта: 0,1, 2 ..
Физический адрес памяти для обращения процессор вычислит сам: по значению «указатель сегмента» определит физический адрес начала сегмента и прибавит к нему внутрисегментный адрес.

Сегментация программы
Сегментная адресация памяти процессором порождает требования к структуре загружаемой ОС в память программы:
Любой программный объект, предназначенный для загрузки в память, должен быть оформлен, как один или несколько «программных» сегментов. Каждый программный сегмент будет загружаться ОС и размещаться в памяти независимо от другого.
Решение о сегментной структуре кода принимает:
Компилятор - при компиляции исходного текста в объектный код, если программа написана на ЯВУ
Автор - при написании исходного текста программы на низкоуровневом языке (ассемблере)

Регистры-указатели сегментов
Адрес команды, данных в памяти
Указателями сегментов памяти для процессора являются 16-разрядные регистры:
CS - указатель на «кодовый» сегмент – сегмент с командами процессора
DS, ES SS, GS, FS – указатели для сегментов данных
Адрес команды для процессора в памяти – это всегда значения регистров:
CS : IP (или ЕIP)
Регистр IP или ЕIP – задает внутрисегментный адрес команды. Именно он автоматически увеличивается на длину прочитанной команды, задавая, таким образом, процессору адрес следующей команды в кодовом сегменте
Адрес данных для процессора – это любой адрес в виде «указатель сегмента»: «внутрисегментное смещение». Выбор указателя на сегмент с данными и внутрисегментный адрес данных полностью определяются автором

Варианты сегментной структуры программы
а) Односегментная структура . Программа представлена, как один кодовый сегмент, в котором размещены команды и (если есть) данные. Указателем на кодовый сегмент должен быть регистр CS.
Варианты размещения данных в кодовом сегменте:
б) Многосегментная структура программы: один /несколько кодовых сегментов с командами и один/несколько сегментов для данных
Пример: Двухсегментная программа
Команды
………
Данные
Данные
………
Команды
Команды
Данные
Команды
Команды
………
Данные
………

Примеры записи адреса данных:
Пусть с начала сегмента данных последовательно размещены четыре байта: 05 FA 4D 9F. Указателем на сегмент данных выбран регистр ds.
1) Как записать в команде адрес байта FA? ds: [ ? ]
2) Какое значение будет в регистре AX после выполнения команды:
mov ax, ds:[2] ; чтение из памяти двух байтов в регистр АХ
АХ =
3) Как изменится содержимое сегмента данных после выполнения процессором команды записи в память байта по указанному адресу ?
mov ds:[1], al ; в сегменте данных: ? ? ? ?

Разрядность внутрисегментных адресов - «разрядность программы»
Внутрисегментные адреса в программном сегменте должны иметь конкретную разрядность. Современные процессоры могут оперировать с внутрисегментными адресами разной разрядности – 16-ти, 32-х, 64-разрядными.
Термин «разрядность программы» и означает разрядность внутрисегментных адресов в машинном коде программы
Варианты использования термина «разрядности программы»:
16-разрядное приложение,
32-разрядный код,
64-разрядная операционная системы и т.д.
Это все – про разрядность внутрисегментных адресов в исполняемых кодах этих программ

1) Как влияет разрядность внутрисегментных адресов на длину команды (в байтах)
Пример. Одна и та же команда, в которой используется адрес данных. Только разная разрядность ВА
mov вx, ds:[000f] ; 16-разр.внутрисегментный адрес. В машинном коде команды этот адрес займет 2 байта
mov вx, ds:[0000000f] ; 32-разрядный внутрисегментный адрес. В машинном коде команды адрес займет 4 байта
mov вx, ds:[000000000000000f] ; 64-разрядный внутрисегментный адрес. В машинном коде команды адрес займет 8 байт.
Таким образом, увеличение разрядности внутрисегментного адреса приводит к существенному увеличению длины команды и в итоге - объему исполняемой программы в целом.