Что такое сегментные регистры? Не очень понял

@NewNoob · Регистрация: 29.05.2015

Студворк — интернет-сервис помощи студентам

Что такое сегментные регистры? Не очень понял. Это регистры,которые хранят адреса или что? И адреса на что? На данные? Вроде указателей в Си,только не в памяти,а в регистре?

@R71MT · 04.11.2016, 07:43

Сообщение от NewNoob

Это регистры,которые хранят адреса или что? И адреса на что? На данные?

Адресация реального режима DOS довольно мутная тема, в отличии от линейной адресации WIN, где адрес - это просто порядковый номер ячейки памяти. Сегментная адресация применяется только в реальном режиме работы процессора, и в WIN лишена смысла. Вот тебе кое-что на эту тему..

Физический адрес
^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
У первых плат 8086 шина-адреса была 20-битная. Такая ширина позволяет адресовать всего FFFFFh байт памяти. Запускаем виндовый калькулятор, переводим его с BIN, и введём 20 единиц. Так выглядит шина(А) на физическом уровне:

Код

; 20-битная шина процессора 8086
^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
     |<--- Шина адреса ---->| -----------------------------
     1111 1111 1111 1111 1111 b = FFFFFh = 1.048.575 = 1 Мb

; 24-битная шина 80286
^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
     |<------ Шина адреса ------>| -----------------------
     1111 1111 1111 1111 1111 1111 = FFFFFFh = 16 Мегабайт

; 32-битная шина 80386
^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
     |<----------- Шина адреса ----------->| ------------------------
     1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 = FFFFFFFFh = 4 Гигабайт

Значит увеличение ширины шины, увеличивает кол-во адресуемых ячеек памяти. Это хорошо.. Но регистры ЦП были в то время 16-битными. Как вместить в них 20-битный адрес? Было решено разбить память на логические сегменты, и адресовать её через регистровую пару так:

Код

     1111 1111 1111 1111  ---------> DS:
     |    1111 1111 1111 1111  ----> SI
     |                      |
     |<------ 20-бит ------>|
     1111 1111 1111 1111 1111  ----> адрес = DS:SI, ES:DI
                                             CS:IP, SS:SP

Здесь видно, что для смещения выделяется всего 0Fh байт, а не как показывает отладчик FFFFh. Эти 16-байт смещения принято называть одним параграфом памяти (1 строка в дампе):

Код

C:\>debug
-d 0:90
0000:0090  17 03 EC 0D 86 10 A7 00 - 90 10 A7 00 9A 10 A7 00   ................
0000:00A0  B8 10 A7 00 54 02 70 00 - F2 04 7E D3 B8 10 A7 00   ....T.p...~.....

При 20-битной шине, макс/физ.адрес будет 5-значным FFFFFh, но никак не 8-значным.
Тогда весь первый мегабайт правильней было-бы адресовать так:

Код

        00 01 02 03 04 05 06 07   08 09 0A 0B 0C 0D 0E 0F
        -------------------------------------------------
0000:0  17 03 EC 0D 86 10 A7 00 - 90 10 A7 00 9A 10 A7 00   ................
0001:0  B8 10 A7 00 54 02 70 00 - F2 04 7E D3 B8 10 A7 00   ....T.p...~.....
;.......
FFFE:0  B8 10 A7 00 B8 10 A7 00 - 40 01 17 04 50 09 C0 0C   ........@...P...
FFFF:0  EA AE 10 A7 00 ED 00 F0 - B8 10 A7 00 C4 23 02 D0   .............#..

; ..ну или так (что больше соответствует действительности)
; Внутри сегмента, левая часть адреса всегда остаётся прежней,
; а смещение (правая часть) указывает на диапазон адресов 0..FFFFh (64 Кбайт).
; Всего сегментов может быть 16, что в сумме даёт: 16 * 64К = 1 Мегабайт
;---------------------------------------------------------------------------
F:FFE0  B8 10 A7 00 B8 10 A7 00 - 40 01 17 04 50 09 C0 0C   ........@...P...
F:FFF0  EA AE 10 A7 00 ED 00 F0 - B8 10 A7 00 C4 23 02 D0   .............#..

Если для адреса выделяется 20-бит, то после FFFFFh счётчик сбросится в нуль. Чтобы выйти за пределы первого мегабайта, нужен 21-ый бит! Биты в шине(А) нумеруются с нуля A0-A19, поэтому этот 21-ый бит назвали (А20). Линия(А20) позволяет преодолеть мегабайтный барьер, и схематически выглядит так:

Код

       A0   А4   А8   А12  А16  А20  А24  A28
        |    |    |    |    |    |____|____|____/ __  <-- Ключ(A20)
        |    |    |    |    |     ____|____|________|
        |    |    |    |    |    |    |    |
        1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 = FFFF'FFFFh = 4 Gb
        |                      |              |
        |<--- Шина 20-бит ---->|              |
        |<---------------- Шина 32-бит ------>|

На аппаратном уровне линией(А20) управляет чипсет через порт(92h) системной логики, но ей можно управлять и программно: через прерывания BIOS, или порт(60h) контроллёра клавиатуры. Нужно сказать, что в современной архитектуре чипсет избавили от этой задачи, и управление взял на себя сам ЦП через ножку (А20-Mask). Проц пользуется ею при входе/выходе из защищённого режима.

Линейная и сегментная адресация
^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
Любая память имеет линейную структуру. То есть это прямая линия от нуля до N байт. Эту прямую можно логически разделить на некоторое кол-во отрезков. Размер памяти от этого не изменится, но зато изменится её лог/структура. Логический адрес привязан к типу памяти: ROM, RAM, Flash, HDD.

Чтобы осветить сегментный адрес, рассмотрим такой пример..
Допустим, нам нужна ячейка 46. В виде [Seg:Offs] это будет 0040:0006, ..а так-же 0030:0016, 0010:0036 и т.д.. Всё зависит от того, сколько бит выделяется для смещения. Линейный-же адрес не делится на две составляющих. Это просто целое число, а не сумма двух чисел.

Посмотрим на линейный адрес А7FFFh.
В сегментном виде это А700:0FFFh, но не только..:

Код

    А7FFF  =  А000:7FFF
           =  А700:0FFF
           =  А7F0:00FF
           =  А7FF:000F
           =  А6EE:111F
           =  А500:2FFF
           ...и т.д.

Все/эти адреса указывают на одну ячейку памяти.
Докажем эту теорию, запросив в отладчике физ/адрес [12340h] в разном виде:

Код

C:\>debug
-d 1234:0000
1234:0000  4A 4E 50 00 4A 4E 53 00-4A 4E 4F 00 4A 4F 00 4A   JNP.JNS.JNO.JO.J
1234:0010  53 00 4A 50 00 4C 41 48-46 00 4C 44 53 00 4C 45   S.JP.LAHF.LDS.LE
-d 1000:2340
1000:2340  4A 4E 50 00 4A 4E 53 00-4A 4E 4F 00 4A 4F 00 4A   JNP.JNS.JNO.JO.J
1000:2350  53 00 4A 50 00 4C 41 48-46 00 4C 44 53 00 4C 45   S.JP.LAHF.LDS.LE

Как видим, дампы одинаковы и менеджер памяти знает об этом (в отличии от большинства пользователей). Формула ниже переводит сегментный адрес в физический:

Код

   Физический адрес = (Seg * 16) + Offset
   Пример:
   ----------
   1234:0000 = 1234h * 10h = 12340h + 0000h = 12340h
   1000:2340 = 1000h * 10h = 10000h + 2340h = 12340h

Сегментные регистры
^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
В реальном режиме работы ЦП имеются всего 4 сегментных регистров: CS(Code), DS(Data), SS(Stack), ES(Enhanced - вспомогательный). Позже было добавлено ещё два - GS/FS, но в реальном режиме они не используются. Соответственно, каждый из сегментных регистров адресует свой сегмент памяти.

Файлы типа(COM) всегда грузятся в один сегмент, поэтому значения этих регистров у них имеют одно и тоже значения. Файлы типа(EXE) могут иметь размер больше 64КБ, поэтому загрузчик ОС разбрасывает его содержимое по-нескольким сегментам. В этом случае, все данные программы (константы, переменные, текстовые строки) находятся в сегменте данных на который указывает регистр(DS), а сам код находится в другом сегменте памяти, на который указывает(CS). Так-же и стек находится в третьем/произвольном сегменте(SS). Их содержимое можно посмотреть в отладчиках:

Код

AX 0000  CX 00FF  DS:SI 2070:0000  CS:IP 2080:0000  BP 0000  ODITSZAPC
BX 0000  DX 2070  ES:DI 2070:0080  SS:SP 4A16:0080  FL 7202  001000000

@Jin X · 04.11.2016, 23:46

Если попроще, то сегментный регистр указывает - к какому участку памяти (грубо говоря, странице памяти) обращаются команды (типа mov [bx],ax или cmp [1234h],ax).
Зачем? Регистр bx, например (и иже с ним) может принимать значения от 0 до 65535, а памяти обычно немного побольше (1 Мб, например)

. Это первая причина использования сегментных регистров. Вторая - разделения областей памяти под разные нужды (код, данные, стек).
Как уже сказано выше, физическая адресация (хотя, я бы её назвал виртуальной, но под ДОС будет физическая) идёт следующим образом: сегмент * 16 + смещение.

@R71MT · 08.11.2016, 21:26

Jin X, согласен... Раздул я тему! ТС наверное вообще запутался.. Просто у меня было готово (типа когда-то писАл конспект)

@NewNoob 6 / 10 / 2 Регистрация: 29.05.2015 Сообщений: 661
		1
	Что такое сегментные регистры? Не очень понял 04.11.2016, 01:20. Показов 7881. Ответов 3 Метки нет (Все метки) Что такое сегментные регистры? Не очень понял. Это регистры,которые хранят адреса или что? И адреса на что? На данные? Вроде указателей в Си,только не в памяти,а в регистре? 0

@R71MT Эксперт Hardware 5750 / 2221 / 381 Регистрация: 29.07.2014 Сообщений: 3,036 Записей в блоге: 4
	04.11.2016, 07:43	2
	Сообщение от NewNoob Это регистры,которые хранят адреса или что? И адреса на что? На данные? Адресация реального режима DOS довольно мутная тема, в отличии от линейной адресации WIN, где адрес - это просто порядковый номер ячейки памяти. Сегментная адресация применяется только в реальном режиме работы процессора, и в WIN лишена смысла. Вот тебе кое-что на эту тему.. Физический адрес ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^ У первых плат 8086 шина-адреса была 20-битная. Такая ширина позволяет адресовать всего FFFFFh байт памяти. Запускаем виндовый калькулятор, переводим его с BIN, и введём 20 единиц. Так выглядит шина(А) на физическом уровне: Код ; 20-битная шина процессора 8086 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^ \|<--- Шина адреса ---->\| ----------------------------- 1111 1111 1111 1111 1111 b = FFFFFh = 1.048.575 = 1 Мb ; 24-битная шина 80286 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^ \|<------ Шина адреса ------>\| ----------------------- 1111 1111 1111 1111 1111 1111 = FFFFFFh = 16 Мегабайт ; 32-битная шина 80386 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^ \|<----------- Шина адреса ----------->\| ------------------------ 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 = FFFFFFFFh = 4 Гигабайт Значит увеличение ширины шины, увеличивает кол-во адресуемых ячеек памяти. Это хорошо.. Но регистры ЦП были в то время 16-битными. Как вместить в них 20-битный адрес? Было решено разбить память на логические сегменты, и адресовать её через регистровую пару так: Код 1111 1111 1111 1111 ---------> DS: \| 1111 1111 1111 1111 ----> SI \| \| \|<------ 20-бит ------>\| 1111 1111 1111 1111 1111 ----> адрес = DS:SI, ES:DI CS:IP, SS:SP Здесь видно, что для смещения выделяется всего 0Fh байт, а не как показывает отладчик FFFFh. Эти 16-байт смещения принято называть одним параграфом памяти (1 строка в дампе): Код C:\>debug -d 0:90 0000:0090 17 03 EC 0D 86 10 A7 00 - 90 10 A7 00 9A 10 A7 00 ................ 0000:00A0 B8 10 A7 00 54 02 70 00 - F2 04 7E D3 B8 10 A7 00 ....T.p...~..... При 20-битной шине, макс/физ.адрес будет 5-значным FFFFFh, но никак не 8-значным. Тогда весь первый мегабайт правильней было-бы адресовать так: Код 00 01 02 03 04 05 06 07 08 09 0A 0B 0C 0D 0E 0F ------------------------------------------------- 0000:0 17 03 EC 0D 86 10 A7 00 - 90 10 A7 00 9A 10 A7 00 ................ 0001:0 B8 10 A7 00 54 02 70 00 - F2 04 7E D3 B8 10 A7 00 ....T.p...~..... ;....... FFFE:0 B8 10 A7 00 B8 10 A7 00 - 40 01 17 04 50 09 C0 0C ........@...P... FFFF:0 EA AE 10 A7 00 ED 00 F0 - B8 10 A7 00 C4 23 02 D0 .............#.. ; ..ну или так (что больше соответствует действительности) ; Внутри сегмента, левая часть адреса всегда остаётся прежней, ; а смещение (правая часть) указывает на диапазон адресов 0..FFFFh (64 Кбайт). ; Всего сегментов может быть 16, что в сумме даёт: 16 * 64К = 1 Мегабайт ;--------------------------------------------------------------------------- F:FFE0 B8 10 A7 00 B8 10 A7 00 - 40 01 17 04 50 09 C0 0C ........@...P... F:FFF0 EA AE 10 A7 00 ED 00 F0 - B8 10 A7 00 C4 23 02 D0 .............#.. Если для адреса выделяется 20-бит, то после FFFFFh счётчик сбросится в нуль. Чтобы выйти за пределы первого мегабайта, нужен 21-ый бит! Биты в шине(А) нумеруются с нуля A0-A19, поэтому этот 21-ый бит назвали (А20). Линия(А20) позволяет преодолеть мегабайтный барьер, и схематически выглядит так: Код A0 А4 А8 А12 А16 А20 А24 A28 \| \| \| \| \| \|____\|____\|____/ __ <-- Ключ(A20) \| \| \| \| \| ____\|____\|________\| \| \| \| \| \| \| \| \| 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 = FFFF'FFFFh = 4 Gb \| \| \| \|<--- Шина 20-бит ---->\| \| \|<---------------- Шина 32-бит ------>\| На аппаратном уровне линией(А20) управляет чипсет через порт(92h) системной логики, но ей можно управлять и программно: через прерывания BIOS, или порт(60h) контроллёра клавиатуры. Нужно сказать, что в современной архитектуре чипсет избавили от этой задачи, и управление взял на себя сам ЦП через ножку (А20-Mask). Проц пользуется ею при входе/выходе из защищённого режима. Линейная и сегментная адресация ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^ Любая память имеет линейную структуру. То есть это прямая линия от нуля до N байт. Эту прямую можно логически разделить на некоторое кол-во отрезков. Размер памяти от этого не изменится, но зато изменится её лог/структура. Логический адрес привязан к типу памяти: ROM, RAM, Flash, HDD. Чтобы осветить сегментный адрес, рассмотрим такой пример.. Допустим, нам нужна ячейка 46. В виде [Seg:Offs] это будет 0040:0006, ..а так-же 0030:0016, 0010:0036 и т.д.. Всё зависит от того, сколько бит выделяется для смещения. Линейный-же адрес не делится на две составляющих. Это просто целое число, а не сумма двух чисел. Посмотрим на линейный адрес А7FFFh. В сегментном виде это А700:0FFFh, но не только..: Код А7FFF = А000:7FFF = А700:0FFF = А7F0:00FF = А7FF:000F = А6EE:111F = А500:2FFF ...и т.д. Все/эти адреса указывают на одну ячейку памяти. Докажем эту теорию, запросив в отладчике физ/адрес [12340h] в разном виде: Код C:\>debug -d 1234:0000 1234:0000 4A 4E 50 00 4A 4E 53 00-4A 4E 4F 00 4A 4F 00 4A JNP.JNS.JNO.JO.J 1234:0010 53 00 4A 50 00 4C 41 48-46 00 4C 44 53 00 4C 45 S.JP.LAHF.LDS.LE -d 1000:2340 1000:2340 4A 4E 50 00 4A 4E 53 00-4A 4E 4F 00 4A 4F 00 4A JNP.JNS.JNO.JO.J 1000:2350 53 00 4A 50 00 4C 41 48-46 00 4C 44 53 00 4C 45 S.JP.LAHF.LDS.LE Как видим, дампы одинаковы и менеджер памяти знает об этом (в отличии от большинства пользователей). Формула ниже переводит сегментный адрес в физический: Код Физический адрес = (Seg * 16) + Offset Пример: ---------- 1234:0000 = 1234h * 10h = 12340h + 0000h = 12340h 1000:2340 = 1000h * 10h = 10000h + 2340h = 12340h Сегментные регистры ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^ В реальном режиме работы ЦП имеются всего 4 сегментных регистров: CS(Code), DS(Data), SS(Stack), ES(Enhanced - вспомогательный). Позже было добавлено ещё два - GS/FS, но в реальном режиме они не используются. Соответственно, каждый из сегментных регистров адресует свой сегмент памяти. Файлы типа(COM) всегда грузятся в один сегмент, поэтому значения этих регистров у них имеют одно и тоже значения. Файлы типа(EXE) могут иметь размер больше 64КБ, поэтому загрузчик ОС разбрасывает его содержимое по-нескольким сегментам. В этом случае, все данные программы (константы, переменные, текстовые строки) находятся в сегменте данных на который указывает регистр(DS), а сам код находится в другом сегменте памяти, на который указывает(CS). Так-же и стек находится в третьем/произвольном сегменте(SS). Их содержимое можно посмотреть в отладчиках: Код AX 0000 CX 00FF DS:SI 2070:0000 CS:IP 2080:0000 BP 0000 ODITSZAPC BX 0000 DX 2070 ES:DI 2070:0080 SS:SP 4A16:0080 FL 7202 001000000 2

@Jin X Asm♥/C++/Delphi/Py/PHP/Go 6334 / 1941 / 219 Регистрация: 14.12.2014 Сообщений: 4,047 Записей в блоге: 12
	04.11.2016, 23:46	3
	Если попроще, то сегментный регистр указывает - к какому участку памяти (грубо говоря, странице памяти) обращаются команды (типа mov [bx],ax или cmp [1234h],ax). Зачем? Регистр bx, например (и иже с ним) может принимать значения от 0 до 65535, а памяти обычно немного побольше (1 Мб, например) . Это первая причина использования сегментных регистров. Вторая - разделения областей памяти под разные нужды (код, данные, стек). Как уже сказано выше, физическая адресация (хотя, я бы её назвал виртуальной, но под ДОС будет физическая) идёт следующим образом: *сегмент 16 + смещение**. 1

@R71MT Эксперт Hardware 5750 / 2221 / 381 Регистрация: 29.07.2014 Сообщений: 3,036 Записей в блоге: 4
	08.11.2016, 21:26	4
	Jin X, согласен... Раздул я тему! ТС наверное вообще запутался.. Просто у меня было готово (типа когда-то писАл конспект) 0

Опции темы