Лекции по курсу "Проектирование ассемблеров, компоновщиков, макропроцессоров

6. Организация работы памяти

Физическая память, к которой процессор имеет доступ по шине адреса, называется оперативной памятью (или оперативным запоминающим устройством — ОЗУ). На самом нижнем уровне память компьютера можно рассматривать как массив битов. У бита два устойчивых состояния - 0 и 1. Но адресовать каждый бит сложно, так как их очень много. А вот байты адресуются, поэтому каждый байт имеет уникальный адрес, называемый физическим. Байт (BYTE) в командах обозначается суффиксом B (db, byte ptr). Он состоит из восьми бит. Выделяют также слово. Это последовательность из двух байтов, расположенная по чётному адресу. Слово (WORD)в командах обозначается суффиксом W (dw, word ptr). Таким образом, все слова имеют чётные адреса и не перекрывают друг друга. Слово записывается в память побайтово. Слово в памяти располагается младшим байтом вперед. Например, при записи слова 0x01F5 произойдёт следующее: сначала запишется байт 0xF5, а затем - байт 0x01. Поэтому, если записать слово в ОП, а потом считать его как пару байт, то эти байты нужно будет переставить местами. Верно и обратное: если по адресу 0x2A00 (к примеру) записать байт 0xAA, a следом за ним записать байт 0xBB, а затем считать с адреса 0x2A00 слово в регистр AX (к примеру), то значением регистра AX будет 0xBBAA. Сделать это можно следующими командами:

TASM
TASM
C/C++


;эксперимент 1.1 
cseg		segment
assume	cs:cseg
;точка входа
entry_point:
;сохранили
		push 	bx
;сохранили 

		push 	ax
;разместим байты в стеке
		mov	bx, BBAAh
;0xAA в стек
		push	bl
;0xBB в стек
		push	bh
;на вершине стека 0xBB
;далее лежит      0xAA
;т.о. дамп стека таков:
; BB AA [ax] [bx]. . .
;считаем слово (2 байта)
;0xAABB в ax
		pop	ax
;восстановили
		pop	ax
;восстановили
		pop	bx
;4Сh – выход
		mov	ah,4Сh
;вызов выхода
		int	21h
cseg		ends
end		entry_point 

;эксперимент 1.2
cseg		segment
assume	cs:cseg
;точка входа
entry_point:
		jmp	start
val		db	‘XX’
start:
; ‘k’и‘O’
		mov	ax, 6B4Fh 
;адрес в bx
		lea	bx, val
;в память
		mov	[bx], ax
;6 – код функции печати
		mov	ah, 6
;1-й байт
		mov	dl,[bx]
;печатать dl
		int	21h
;2-й байт
		mov	dl,[bx+1]
;печатать dl
		int	21h
;4Сh–код выхода
		mov	ah, 4Сh
;выход
		int	21h
cseg		ends
end		entry_point
;должны получить Ok

;эксперимент 1.3 
#include 
//char  – 1 байт
//short – 2 байта
main(){

	char buf[2];
	short * pSh;
	pSh = &buf;
	*pSh = 0x8081;
	//0x80 = = 'А'
	//0x81 = = 'Б'
	//выводим байты
	printf("%c%c\n",
	buf[0],buf[1]);
}
/* вывод:
БА т.к. [0]-0x81,[1]-0x80
а если судить по последо-
вательности кодов, то
 должно быть: АБ
*/

Слово в памяти:

Двойное слово (DOUBLE WORD) - это последовательность из двух слов. В командах двойное слово обозначается суффиксом D (dd, dword ptr). Двойное слово начинается с адресов кратных четырем. Они также не перекрывают друг друга. Запись байтов двойного слова, как и в случае со словом, производится от младшего байта к старшему (если запись производить из 4-байтовых регистров, eax, ebx, …).

Четверное слово (QUARTER WORD) - это последовательность из четырёх слов. В командах обозначается суффиксом Q (dq, qword ptr). Четверное слово адресуется с адресов кратных восьми. Они также не перекрывают друг друга.

Параграф – это последовательность из 16 байтов, или 8 слов, или 4 двойных слов. Параграф начинается с адресов кратных шестнадцати. Параграфы не перекрывают друг друга.

Адресное пространство – это максимальное количество байтов в ОП.

m - разрядность адреса

В I8086 m=20. Процессор I8086 мог адресовать 1 Мб памяти. 2²⁰ - 1 = 2¹⁰ x 2¹⁰ = 1024 x 1024 - 1 = 1 (Мегабайт адресов: 0 ... 1 048 575). При этом возникла проблема: разрядность адресов 20, а разрядность регистров 16 (они накрывают 2¹⁶ байт = 64 Кб). Проблема была решена с помощью механизма сегментации.

Ввели сегмент, порцию информации размером 64 Кб. Сегменты начинаются с параграфа (с адресов, кратных 16-ти) и перекрывают друг друга. Каждый сегмент содержит 4096 параграфов, и значит, что в нём лежат начала 4095-ти других сегментов. Для каждого байта данных можно определить канонический сегмент. Им будет тот сегмент, адрес начала которого находится на минимальном смещении от адреса этого байта. Аналогично канонический сегмент определяется для слова и двойного слова. Также можно сказать так: сегмент, начинающийся с параграфа, которому принадлежит данный байт (слово, двойное слово), является для него каноническим.

Физический адрес – адрес любого байта в адресном пространстве. Разрядность 20. Эффективный адрес – адрес байта внутри сегмента. Разрядность 16. Адрес сегмента – номер некоторого параграфа. Разрядность 16. Сегментные регистры хранят адреса сегментов, на рисунке выше приведены их возможные значения.