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 смешение внутри сегмента. Но мы помним, 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 Рисунке 4.

Рисунок 4 – Механизм формирования физического адреса в реальном режиме

На Рисунке 4 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.

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.