Сегментные регистры

Теперь мы подошли к наиболее необычному аспекту процессора 8086 - сегментации памяти. Основной предпосылкой сегментации является следующее: процессор 8086 может адресоваться к 1 мегабайту памяти. Для адресации ко всем ячейкам адресного пространства в 1 мегабайт необходимы 20-разрядные сегментные регистры. Однако процессор 8086 использует только 16-разрядные указатели на ячейки памяти. Как же тогда согласовать 16-разрядные указатели процессора 8086 и 20-разрядные адреса?

Ответ состоит в том, что процессор 8086 использует двухступенчатую схему адресации. Да, используются 16-разрядные указатели, но эта форма представляет собой только часть полной схемы адресации. Каждый 16-разрядный указатель памяти или смещение комбинируется с содержимым 16-разрядного сегментного регистра для формирования 20-разрядного адреса памяти. Сегменты и смещения комбинируются следующим образом: значение сегмента сдвигается влево на 4 (то есть умножается на 16), а затем складывается со смещением. Фактически, для доступа к памяти процессор всегда использует пару "сегмент:смещение". Все команды и режимы адресации процессора 8086 по умолчанию работают относительно того или иного сегментного регистра, хотя в некоторых командах можно явно указать, что нужно использовать желаемый сегментный регистр. Вам редко потребуется загружать значение непосредственно в сегментный регистр. Вместо этого вы будете загружать в сегментные регистры имена сегментов, которые в ходе ассемблирования, компоновки и выполнения превращаются в числа. Это необходимо, поскольку нет способа сказать заранее, где в памяти будет находиться данный сегмент: это зависит от версии DOS, числа и размера резидентных в памяти программ, а также потребности в памяти остальной части программы. Использование имен сегментов позволяет ассемблеру и операционной системе DOS выполнять подобные вычисления. Использование сегментов процессора 8086 приводит к некоторым интересным моментам. Один из них состоит в том, что только блок памяти размером в 64К в любой момент может адресоваться через сегментный регистр, так как 64К - это максимальный объем памяти, к которой можно адресоваться с помощью 16-битового смещения. Это может оказаться неприятным при работе с большим (более 64К) объемом памяти, так как и значение сегментного регистра, и смещение, придется часто изменять.

Адресация к большим блокам памяти в процессоре 8086 может представлять еще большую трудность, поскольку, в отличие от регистров общего назначения, сегментные регистры не могут использоваться в качестве источников или приемников в арифметических и логических команд. Фактически, единственная операция, которую можно выполнять с сегментными регистрами, состоит в копировании значений между сегментными регистрами и другими общими регистрами или памятью.

Вторая особенность использования сегментов состоит в том, что каждая ячейка памяти адресуется через многие возможные сочетания "сегмент:смещение". Например, адрес памяти 100h адресуется с помощью следующих значений "сегмент:смещение": 0:100h, 1:F0h, 2:E0h и т.д., так как при вычислении всех этих пар "сегмент:смещение" получается значение адреса 100h.

Аналогично регистрам общего назначения каждый сегментный регистр играет свою, конкретную роль. Регистр CS указывает на код программы, DS указывает на данные, SS - на стек. Сегментный регистр ES - это дополнительный сегмент, который может использоваться так, как это необходимо. Рассмотрим сегментные регистры более подробно. Регистр CS указывает на начало блока памяти объемом 64К, или сегмент кода, в котором находится следующая выполняемая команда. Следующая команда, которую нужно выполнить, находится по смещению, определяемому в сегменте кода регистром IP, то есть на нее указывает адрес (в форме "сегмент:смещение") CS:IP. Процессор 8086 никогда не может извлечь команду из сегмента, отличного от того, который определяется регистром CS.

Регистр CS можно изменять с помощью многих команд, включая отдельные команды перехода, вызовы и возвраты управления. Ни при каких обстоятельствах регистр CS нельзя загрузить непосредственно. Никакие другие режимы адресации или указатели памяти, отличные от IP, не могут нормально работать относительно регистра CS.

Регистр DS указывает на начало сегмента данных, которые представляет собой блок памяти объемом 64К, в котором находится большинство размещенных в памяти операндов. Обычно для ссылки на адреса памяти используются смещения, предполагающие использование регистров BX, SI или DI. В основном сегмент данных представляет собой то, о чем говорит его название: как правило это сегмент, в котором находится текущий набор данных.

Регистр ES указывает на начало блока памяти объемом 64К, который называется дополнительным сегментом. Как и подразумевает его название, дополнительный сегмент не служит для какой-то конкретной цели, но доступен тогда, когда в нем возникает необходимость. Иногда сегмент ES используется для выделения дополнительного блока памяти объемом 64К для данных. Однако доступ к памяти в дополнительном сегменте менее эффективен, чем доступ к памяти в сегменте данных.

Особенно полезен дополнительный сегмент, когда используются строковые команды. Все строковые команды, которые выполняют запись в память, используют в качестве адреса, по которому нужно выполнить запись, пару регистров ES:DI. Это означает, что регистр ES особенно полезен при использовании его в качестве целевого сегмента при копировании блоков, сравнении строк, просмотре памяти и очистке блоков памяти.