6_Архитектура младшей модели семейства Intel (В.Г. Баула - Введение в архитектуру ЭВМ и системы программирования), страница 3

Сегментация памятиПамять нашей ЭВМ имеет уже знакомую нам сегментную организацию. В любой момент времени для младшей модели определены четыре сегмента (хотя для старших моделей число сегментовбольше). Это означает, что есть четыре сегментных регистра, которые указывают на определённыеобласти памяти. Каждый сегментный регистр имеет длину 16 разрядов, а в то же время для адресации любого места нашей памяти необходимо, как мы уже говорили, 20 разрядов. Для того чтобысегмент мог указывать на некоторое место оперативной памяти, адрес начала сегмента получаетсяпосле умножения значения сегментного регистра на число 16.

Правда, как легко понять, при такомспособе задания начала сегмента, он может начинаться не с любого места оперативной памяти, атолько с адресов, кратных 16 (в некоторых книгах по Ассемблеру такие участки памяти называютсяпараграфами).Итак, производить обмен с памятью можно только относительно одного из них этих сегментныхрегистров. Таким образом, физический адрес числа или команды вычисляется центральным процессором по формулеAфиз := (SEG*16 + A)mod 220,где SEG – значение сегментного регистра, а A –заданное в команде смещение.

Физический адрес берётся по модулю 220, чтобы он не вышел за максимальный адрес памяти.В качестве мнемонических обозначений сегментных регистров выбраны следующие двухбуквенные служебные имена: кодовый сегментный регистр (CS), сегментный регистр данных (DS),сегментный регистр стека (SS) и дополнительный сегментный регистр (ES). Эти имена (как и именавсех остальных регистров нашей ЭВМ) являются служебными в языке Ассемблера.

Напомним, чтослужебные имена нельзя использовать ни в каком другом смысле, кроме того, который определён вязыке.Смысл названий регистров скоро проясниться. Каждый из этих регистров может адресовать сегмент памяти длиной от 1 до 216 байт (напомним, что вся память состоит из 220 ячеек), при этом "настоящая" длина сегмента известна только программисту. Так как физический адрес в приведённойвыше формуле берётся по модулю 220, то, очевидно, что память, как и в нашей учебной ЭВМ,"замкнута в кольцо".

Другими словами, в одном сегменте могут находиться ячейки с самыми боль-1Для любознательных читателей отметим, что, например, в семейства ЭВМ IBM-360/370, которые началивыпускать свою первую модель позже, чем в нашем семействе, уже принят "естественный" для программистаформат целого числа, где крайний левый бит задаёт знак числа, а затем записывается прямой код модуля числа.7шими и самыми маленькими адресами основной памяти.

На рис. 6.1 показан пример расположениясегментов в памяти.Стоит отметить, что сегментные регистры являются специализированными,предназначенными только для хранения адресов сегментов, поэтому арифметиче- DSские операции (сложение, вычитание и др.) над их содержимым в языке машиныне предусмотрены.Заметим, что даже если все сегменты не перекрываются и имеют максималь- CSный размер, то и в этом случае центральный процессор в каждый момент времениимеет доступ только к одной четвёртой от общего объёма оперативной памяти.SS6.6. Мнемонические обозначения регистровВ силу того, что в ЭВМ все регистры имеют безликие двоичные обозначения,программисты предпочитают использовать в своих программах на Ассемблеремнемонические названия регистров. Регистры общего назначения, каждый из которых может складывать, вычитать и просто хранить данные, а некоторые – ещёумножать и делить, обозначают следующими служебными именами: AX, BX, CX,DX.

Для обеспечения многообразия форматов данных каждый из них разбит на двечасти по 8 бит. Биты нумеруются немного непривычно справа налево, начиная снуля, такая нумерация естественна для записи чисел: последняя двоичная цифра вчисле задаёт младший разряд этого числа (с показателем основания в нулевой степени:15AXBXCXDX7AHBHCHDHESРис. 6.1. Примерположения сегментов в памяти.0ALBLCLDL16 битКаждый из регистров AH, AL, BH, BL, CH, CL, DH и DL может быть использован в машинных командах как самостоятельный регистр, на них можно выполнять операции сложения и вычитания.

Вдальнейшем условное обозначение r8 мы будем использовать для обозначения любого короткого (8разрядного) адресуемого регистра.Существуют также четыре регистра с именами SI, DI, SP и BP, которые также могут использоваться для проведения сложения и вычитания, но они уже не делятся на половинки:150SIDISPBP16 битВ основном эти четыре регистра используются как индексные, т.е.

на них обычно храниться положение конкретного элемента в некотором массиве. Условное обозначение r16 будем использоватьдля указания любого из регистров AX, BX, CX, DX, SI, DI, SP и BP.Кроме перечисленных выше регистров программист имеет дело с регистром IP (instructionpointer), который называется счётчиком адреса (в учебной машине мы обозначали его как RA).

Этотрегистр содержит адрес следующей исполняемой команды (точнее, содержит смещение этой команды относительно начала кодового сегмента, адрес начала этого сегмента равен значению сегментного регистра CS, умноженному на 16).16 битIPИ, наконец, как уже упоминалось, архитектурой изучаемой ЭВМ предусмотрен регистр флагов сименем FLAGS. Он содержит шестнадцать одноразрядных флагов, например, ранее упоминавшиеся8флаги CF и OF. Конкретные номера битов, содержащих тот или иной флаг, для понимания архитектуры несущественны, и приводиться здесь не будут.

Заметим также, что эти номера нам не надо будет знать и при программировании на языке Ассемблера.16 битFLAGSCFOF………Как уже показывалось на рисунках, все биты в регистрах пронумерованы справа налево: в шестнадцатибитных – от 0 до 15, в восьмибитных – от 0 до 7. Как и в Паскале, в языке Ассемблера принято такое же соглашение по семантике всех имён: большие и маленькие буквы не различается. Таким образом, имена можно писать как заглавными, так и прописными буквами, например, именаAX,Ax,aX и ax обозначают в нашем языке Ассемблера один и тот же регистр.Рассмотрим теперь особенности хранения чисел в регистровой и основной памяти ЭВМ. Запишем, например, шестнадцатеричное число 1234h в какой-нибудь 16-тиразрядный регистр (каждаяшестнадцатеричная цифра занимает по 4 бита):1 2 3 4Теперь перешлём машинной командой содержимое этого регистра в память в ячейки с адресами,например, 100 и 101.

Так вот: в ячейку с первым (старшим) адресом 100 при такой пересылке запишется число из младшего байта регистра 34h, а в ячейку со вторым (младшим) адресом 101 запишется число из первого (старшего) байта регистр 12h. Говорят, что целое число представлено восновной памяти (в отличие от регистров) в перевёрнутом виде. Это связано с тем, что в младшихмоделях ЭВМ при каждом обращении к памяти в центральный процессор читался всего один байт.Таким образом, для того, чтобы считать двухбайтное целое число, было необходимо дважды обратиться к памяти, поэтому было удобно (например, для проведения операция сложения "в столбик")получать из памяти сначала младшие цифры числа, а затем – старшие.

В современной архитектуре заодно обращение из памяти получают сразу 8, 16 и бóльшее число байт, но из-за совместимости моделей семейства пришлось оставить перевёрнутое представление чисел, что, конечно, весьма неудобно для программистов. Заметим, что в отличие от чисел, команды хранятся в памяти в обычном(не перевернутом) виде.6.7. Структура командТеперь рассмотрим структуру машинных команд самых распространённых форматов регистррегистр (RR) и регистр-память (RX). Формат регистр–регистр.6 битКОП1 бит1 бит2 бита3 бита3 битаw11R1R2dКоманды этого формата занимают в памяти 2 байта. Первое поле команды – код операции – занимает 6 первых бит, что позволяет задавать до 64 различных операций. Далее следуют однобитныеполя с именами d и w, где d – так называемый бит направления, а w – бит размера аргумента, последующие два бита для этого формата всегда равны 11, а последние две части (по 3 бита каждая)задают номера регистров-операндов команды.Стоит подробнее рассмотреть назначение битов d и w.

Бит d задаёт направление выполнениякоманды, а именно:<R1> := <R1>  <R2> при d = 0<R2> := <R2>  <R1> при d = 1.Для формата регистр-регистр этот бит не имеет большого значения, так как программист всегдаможет поменять в команде регистры первого и второго операнда местами, однако для формата регистр-память этот бит очень важен, так как может превращать формат регистр-память (RX) в форматпамять-регистр (XR). Именно поэтому в форматах команд указывается только один вид RX.Бит w задаёт размер регистров-операндов, а соответствие двоичных номеров регистров и ихимён можно определить по таблице 6.1.9Таблица 6.1r1,2000001010011100101110111w = 1AXCXDXBXSPBPSIDIw = 0ALCLDLBLAHCHDHBHВ младших моделях ЭВМ нашего семейства в таком формате возможна работа лишь с упомянутыми в таблице регистрами.

В последующих же моделях возможности этого формата были расширены, но за счёт увеличения длины команды. В своих программах мы будем пользоваться и другимивидами формата регистр-регистр, например, командой mov ds,ax , но выписывать их внутреннеепредставление не будем.Как видно из приведённой выше таблицы, архитектурой нашего компьютера не предусмотреныоперации формата КОП r8,r16 , т.е.

операции над регистрами разной длины запрещены, например,команды типа add AL,BX являются неправильными. Исходя из этого, для проведения операций надчислами разной длины появляется необходимость преобразования типов из короткого целого вдлинное, и из длинного в сверхдлинное (и наоборот). Такое преобразование, как можно (и нужно!)понять, зависит от знаковой или беззнаковой трактовки числа.Беззнаковое число всегда расширяется из короткого формата в более длинный приписываниемслева двоичных нулей, а для знакового числа слева размножается его знаковый (крайний слева) бит.Таким образом, Вам необходимо понять, что для знаковых чисел незначащими левыми двоичнымицифрами будут 0 для неотрицательных и 1 для отрицательных значений. Для преобразования знаковых целых чисел из более короткого формата в более длинный в языке машины предусмотрены безадресные команды, имеющие в Ассемблере такую мнемонику:cbw(convert byte to word)иcwd(convert word to double),которые производят знаковое расширение соответственно значения регистра AL до AX и AX до значения пары регистров <DX,AX> (так называемой регистровой пары), которые в этом случае рассматриваются как один длинный 32-х битный регистр.Преобразование целого значения из более длинного формата в более короткий (усечение) производится путём отбрасывания соответствующего числа левых битов целого числа.