Формирование физического адреса в реальном режиме.

В реальном режиме механизм адресации физической памяти имеет следующие характеристики:

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

- максимальный размер сегмента 64 Кбайт. Это объясняется 16–разрядной архитектурой i8086. Нетрудно подсчитать, что максимальное значение, ко­торое могут содержать 16–разрядные регистры, составляет 2¹⁶ – 1, что при­менительно к памяти и определяет величину 64 Кбайт;

- для обращения к конкретному физическому адресу оперативной памяти необходимо определить адрес начала сегмента (сегментную составляющую) и смещение внутри сегмента. Но следует помнить, что сегментная составляющая адреса (или база сегмента) представляет собой всего лишь 16–битное значе­ние, помещенное в один из сегментных регистров. Максимальное значение, которое при этом получается, соответствует 2¹⁶ – 1. Если так рассуждать, то получается, что адрес начала сегмента может быть только в диапазоне 0–64 Кбайт от начала оперативной памяти. Возникает вопрос о том, как ад­ресовать остальную часть оперативной памяти вплоть до 1 Мбайт с учетом того, что размер самого сегмента не превышает 64 Кбайт. Дело в том, что в сегментном регистре содержатся только старшие 16 бит физического адреса начала сегмента. Недостающие младшие четыре бита 20–битного адреса получаются сдвигом значения в сегментном регистре влево на 4 разряда. Эта операция сдвига выполняется аппаратно и для программного обеспечения абсолютно прозрачна. Получившееся 20–битное значение и является настоя­щим физическим адресом, соответствующим началу сегмента. Что касается второго компонента, участвующего в образовании физического адреса неко­торого объекта в памяти, – смещения – то оно представляет собой 16–бит­ное значение. Это значение может содержаться явно в команде либо косвен­но в одном из регистров общего назначения. В микропроцессоре эти две составляющие складываются на аппаратном уровне, в результате чего полу­чается физический адрес памяти размерностью 20 бит. Данный механизм образования физического адреса позволяет сделать программное обеспече­ние перемещаемым, то есть не зависящим от конкретных адресов загрузки его в оперативной памяти. Он показан на рис. 2.3.

Оперативная память

АЛУ

Смещение из команды		Эффективный адрес
Линейный адрес
15			Устройство Страничного Преобразования адреса
Базовый регистр bx или bp		S		S
15
Индексный регистр si или di		Сдвинуть на 4 бита влево	Физический aдрес

Сегментные регистры:			Шина Адреса
cs
	ds
	ss
	es
	fs
	gs

Рис. 3. Механизм формирования физического адреса в реальном режиме

На рис. 3 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. Не стоит волноваться насчет того, что существует несоответствие размеров шины адреса микропроцессора i486 или Pentium (32 бита) и 20–битного значения физичес­кого адреса реального режима. Пока микропроцессор находится в реальном режиме, старшие 12 линий шины адреса попросту недоступны, хотя при опре­деленных условиях и существует возможность работы с первыми 64 Кбайт оперативной памяти, лежащими сразу после первого мегабайта.

Недостатки такой организации памяти:

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

- сегменты имеют максимальный размер 64 Кбайт;

- сегменты могут перекрываться с другими сегментами.

Желанием ввести в архитектуру средства, позволяющие избавиться от указан­ных недостатков, в частности, и обусловлено появление защищенного режима.

Типы данных.

Понятие типа данных носит двойственный характер. С точки зрения размер­ности микропроцессор аппаратно поддерживает следующие основные типы данных (рис. 4):

- Байт – восемь последовательно расположенных битов, пронумерованных от 0 до 7, при этом бит 0 является самым младшим значащим битом.

- Слово – последовательность из двух байт, имеющих последовательные адре­са. Размер слова – 16 бит; биты в слове нумеруются от 0 до 15. Байт, содер­жащий нулевой бит, называется младшим байтом, а байт, содержащий 15–й бит – старшим байтом. Микропроцессоры Intel имеют важную особен­ность – младший байт всегда хранится по меньшему адресу. Адресом слова считается адрес его младшего байта. Адрес старшего байта может быть ис­пользован для доступа к старшей половине слова.

- Двойное слово – последовательность из четырех байт (32 бита), расположен­ных по последовательным адресам. Нумерация этих бит производится от 0 до 31. Слово, содержащее нулевой бит, называется младшим словом, а слово, со­держащее 31–й бит, – старшим словом. Младшее слово хранится по меньше­му адресу. Адресом двойного слова считается адрес его младшего слова. Адрес старшего слова может быть использован для доступа к старшей половине двойного слова.

- Учетверенное слово – последовательность из восьми байт (64 бита), распо­ложенных по последовательным адресам. Нумерация бит производится от 0 до 63. Двойное слово, содержащее нулевой бит, называется младшим двой­ным словом, а двойное слово, содержащее 63–й бит, – старшим двойным сло­вом. Младшее двойное слово хранится по меньшему адресу. Адресом учетве­ренного слова считается адрес его младшего двойного слова. Адрес старшего двойного слова может быть использован для доступа к старшей половине учетверенного слова.

Рис. 4. Основные типы данных микропроцессора

Кроме трактовки типов данных с точки зрения их разрядности, микро­процессор на уровне команд поддерживает логическую интерпретацию этих типов (рис. 5).

- Целый тип со знаком – двоичное значение со знаком размером 8, 16 или 32 бита. Знак в этом двоичном числе содержится в 7, 15 или 31–м бите соответственно. Ноль в этих битах в операндах соответствует положитель­ному числу, а единица – отрицательному. Отрицательные числа представ­ляются в дополнительном коде. Числовые диапазоны для этого типа данных следующие:

8-разрядное целое – от – 128 до +127;

16-разрядное целое – от – 32 768 до +32 767;

32-разрядное целое – от – 2³¹ до +2³¹ – 1.

- Целый тип без знака – двоичное значение без знака размером 8, 16 или 32 бита. Числовой диапазон для этого типа следующий:

байт – от 0 до 255;

слово – от 0 до 65 535;

двойное слово – от 0 до 2³² – 1.

- Указатель на память бывает двух типов.

· Ближний тип – 32-разрядный логический адрес, представляющий собой относительное смещение в байтах от начала сегмента. Эти указатели могут также использоваться в сплошной (плоской) модели памяти, где сегмент­ные составляющие одинаковы.

· Дальний тип – 48-разрядный логический адрес, состоящий из двух частей: 16-разрядной сегментной части – селектора и 32-разрядного смещения.

- Цепочка представляет собой некоторый непрерывный набор байтов, слов или двойных слов максимальной длиной до 4 Гбайт.

- Битовое поле представляет собой непрерывную последовательность бит, в ко­торой каждый бит является независимым и может рассматриваться как от­дельная переменная. Битовое поле может начинаться с любого бита любого байта и содержать до 32 бит.

- Неупакованный двоично-десятичный тип – байтовое представление десятич­ной цифры от 0 до 9. Неупакованные десятичные числа хранятся как байто­вые значения без знака по одной цифре в каждом байте. Значение цифры определяется младшим полубайтом.

- Упакованный двоично-десятичный тип представляет собой упакованное пред­ставление двух десятичных цифр от 0 до 9 в одном байте. Каждая цифра хра­нится в своем полубайте. Цифра в старшем полубайте (биты 4–7) является старшей.

Рис. 5. Основные логические типы данных микропроцессора

Формат команд.

Программирование на уровне машинных команд – это тот минимальный уро­вень, на котором еще возможно программирование компьютера. Система ма­шинных команд должна быть достаточной для того, чтобы реализовать требуе­мые действия, выдавая указания аппаратуре машины. Каждая машинная команда состоит из двух частей: операционной части, определяющей «что делать?» и операндной части, определяющей объекты обработки, то есть то «над чем де­лать?».

Вся эта информация, разумеется, должна быть определенным образом закодиро­вана и формализована.

В машинную команду микропроцессора явно или неявно входят следующие эле­менты:

- поле префиксов – элемент команды, который уточняет либо модифицирует действие этой команды в следующих аспектах:

· замена сегмента, если нас по какой–либо причине не удовлетворяет сег­мент по умолчанию;

· изменение размерности адреса;

· изменение размерности операнда;

· указание на необходимость повторения данной команды;

- поле кода операции, определяющее действие данной команды. Одной и той же команде могут соответствовать несколько кодов операций в зависимости от ее операндов;

- поле операндов; содержит от 0 до 2 элементов.

Важной особенностью машинных команд является то, что они не могут мани­пулировать одновременно двумя операндами, находящимися в оперативной памяти. Это означает, что в команде могут быть использованы один регистр и/или регистр и некоторый операнд, который может либо непосредственно на­ходиться в команде, либо располагаться в памяти.

По этой причине возможны только следующие сочетания операндов в команде:

- регистр – регистр;

- регистр – память;

- память – регистр;

- непосредственный операнд – регистр;

- непосредственный операнд – память.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: