Пространство памяти емкостью 1 Мбайт представляется как набор сегментов, определяемых программным путем. Сегмент состоит из смежных ячеек памяти и является независимой и отдельно адресуемой единицей памяти емкостью 64 Кбайт. Каждому сегменту программой назначается начальный адрес, являющийся адресом первого байта сегмента в пространстве памяти. Начальные адреса четырех сегментов, выбранных в качестве текущих, записываются в сегментные регистры CS, DS, SS и TS, тем самым фиксируются текущие сегменты кода (программы) , данных, стека и дополнительных данных. Для обращения к командам и данным, находящимся в других сегментах, необходимо изменять содержимое сегментных регистров, что позволяет использовать все пространство памяти емкостью 1 Мбайт. Сегментные регистры инициализируются в начале программы путем засылки в них соответствующих констант. Частный случай загрузки всех сегментных регистров нулями приводит к организации памяти, характерной для ВМ80, т.е. фактически к отказу от сегментации памяти.
В сегментном регистре хранится 16 старших битов 20-битового начального адреса сегмента. Четыре младших бита адреса принимаются равными нулю и дописываются справа к содержимому сегментного регистра при вычислении физических адресов ячеек памяти. Поэтому начальные адреса сегментов всегда кратны 16. Поскольку других ограничений на размещение сегментов в памяти нет, сегменты могут быть соседними (смежными) , неперекрывающимися, частично или полностью перекрывающимися. Физическая ячейка памяти может принадлежать одному или нескольким сегментам.
Физический адрес ячейки памяти представляет 20-битовое число в диапазоне 0 – FFFFF, которое однозначно определяет положение каждого байта в пространстве памяти емкостью 1 Мбайт. В начале каждого цикла шины, связанного с обращением к памяти, физический адрес выдается на шину адреса и сопровождается сигналом ALE. Так как МП ВМ86 является 16-битовым, то все операции при вычислении физического адреса производится с 16-битовыми адресными объектами.
Логический адрес ячейки памяти состоит из двух 16-битовых беззнаковых значений: начального адреса сегмента, который называется также просто базой или сегментом, и внутрисегментного смещения, которое определяет расстояние от начала сегмента до этой ячейки. Для вычисления физического адреса база сегмента сдвигается влево на 4 бит и суммируется со смещением, как показано на рисунке 26, где также приведены возможные источники компонентов логического адреса (ЕА – эффективный адрес, вычисляемый в соответствии с заданным способом адресации).
Рис. 26
Перенос из старшего бита, который может возникнуть при суммировании, игнорируется. Это приводит к так называемой кольцевой организации памяти, при которой за ячейкой с максимальным адресом FFFFF следует ячейка с нулевым адресом. Аналогичную кольцевую организацию имеет и каждый сегмент.
Источники логического адреса для различных типов обращения к памяти приведены в таблице 4.
Табл. 4.
Тип обращения к памяти
Сегмент
(по умолчанию)
Вариант
Смещение
Выборка команды
CS
Нет
IP
Стековая операция
SS
Нет
SP
Переменная
DS
CS, SS, ES
EA
Цепочка-источник
DS
CS, SS, ES
SI
Цепочка-приемник
ES
Нет
DI
ВР как базовый регистр
ES
CS, SS, DS
EA
Команды всегда выбираются из текущего сегмента кода в соответствии с логическим адресом CS: IP. Стековые команды всегда обращаются к текущему сегменту стека по адресу SS: SP. Если при вычислении адреса ЕА используется регистр ВР, то обращение производится также к стековому сегменту. В последнем случае принцип стека «первый пришел – последний вышел» игнорируется и ячейки стекового сегмента рассматриваются как ОЗУ с произвольной выборкой, что обеспечивает большую гибкость в использовании этих ячеек.
Операнды, как правило, размещаются в текущем сегменте данных, и обращение к ним организуется по адресу DS: EA. Однако программист может заставить МП обратиться к переменной, находящейся в другом текущем сегменте. Считается, что цепочка-источник находится в текущем сегменте данных, а ее смещение задается регистром SI. Цепочка-получатель обязательно располагается в текущем дополнительном сегменте, а смещение берется из регистра DI. Команды обработки цепочек автоматически модифицируют содержимое индексных регистров SI и DI по мере продвижения по цепочке в направлении, соответствующем флагу DF.
Смена сегментного регистра в соответствии с вариантами, указанными в таблице 4, осуществляется с помощью однобайтового префикса замены сегмента 001SR110, который ставится перед первым байтом команды. Двухбитовое поле SR содержит код сегментного регистра, используемого для вычисления физического адреса в данной команде: 00 – регистр ES; 01 – СS, 10 - SS; 11 – DS. В мнемонических обозначениях команд смена сегмента отражается следующим образом: MOV AX, CS: [BX] - пересылка в АХ слова из кодового сегмента со смещением из ВХ; ADD ES:ROW[DI], ВL - сложение байта из дополнительного сегмента (со смещением + ROW) с содержимым регистра и размещение результата в ОЗУ на место первого слагаемого.
Сегментная структура памяти обеспечивает возможность создания позиционно независимых или динамически перемещаемых программ, что необходимо в мультипрограммной среде для эффективного использования оперативной памяти. Чтобы обеспечить позиционную независимость, все смещения в программе должны задаваться относительно фиксированных значений, содержащихся в сегментных регистрах. Это позволяет произвольно перемещать программу в адресном пространстве памяти, изменяя только содержимое сегментных регистров.
Стек, как обычно, организуется в ОЗУ, и его положение определяется содержимым регистров SS и SР. Регистр SS хранит базовый адрес текущего сегмента стека, а регистр SР указывает на вершину стека, т.е. содержит смещение вершины стека в стековом сегменте. При каждом обращении к стеку пересылается одно слово, причем содержимое SР модифицируется автоматически: при записи (включении) в стек оно уменьшается на два, при чтении (извлечении) из стека – увеличивается на два.
