Сегментные регистры

Основной предпосылкой сегментации памяти 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. Поэтому в процессоре 8086 применяется двухступенчатая схема адресации. Каждый 16-разрядный указатель памяти или смещение комбинируется с содержимым 16-разрядного сегментного регистра для формирования 20-разрядного адреса памяти.

Адрес состоит из двух 16-разрядных чисел, разделенных двоеточием, где первое число представляет номер сегмента, а второе – байт внутри него. Сегменты и смещения комбинируются следующим образом: значение сегмента сдвигается влево на 4 (т.е. умножается на 16), а затем складывается со смещением. 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.

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. При работе с большим (более 64К) объемом памяти и значение сегментного регистра, и смещение придется часто изменять.

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, ES - на дополни­тельный сегмент данных, 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, т.е. 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. 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.