Информатика и информационные технологии: конспект лекций.

3. Директивы сегментации.

В ходе предыдущего обсуждения мы выяснили все основные правила записи команд и операндов в программе на ассемблере. Открытым остался вопрос о том, как правильно оформить последовательность команд, чтобы транслятор мог их обработать, а микропроцессор – выполнить.

При рассмотрении архитектуры микропроцессора мы узнали, что он имеет шесть сегментных регистров, посредством которых может одновременно работать:

1) с одним сегментом кода;

2) с одним сегментом стека;

3) с одним сегментом данных;

4) с тремя дополнительными сегментами данных.

Еще раз вспомним, что физически сегмент представляет собой область памяти, занятую командами и (или) данными, адреса которых вычисляются относительно значения в соответствующем сегментном регистре.

Синтаксическое описание сегмента на ассемблере представляет собой конструкцию, изображенную на рисунке 17:

Рис. 17. Синтаксис описания сегмента.

Важно отметить, что функциональное назначение сегмента несколько шире, чем простое разбиение программы на блоки кода, данных и стека. Сегментация является частью более общего механизма, связанного с концепцией модульного программирования. Она предполагает унификацию оформления объектных модулей, создаваемых компилятором, в том числе с разных языков программирования. Это позволяет объединять программы, написанные на разных языках. Именно для реализации различных вариантов такого объединения и предназначены операнды в директиве SЕGМЕNТ.

Рассмотрим их подробнее.

1. Атрибут выравнивания сегмента (тип выравнивания) сообщает компоновщику о том, что нужно обеспечить размещение начала сегмента на заданной границе. Это важно, поскольку при правильном выравнивании доступ к данным в процессорах i80х86 выполняется быстрее. Допустимые значения этого атрибута следующие:

1) ВYТЕ – выравнивание не выполняется. Сегмент может начинаться с любого адреса памяти;

2) WОRD – сегмент начинается по адресу, кратному двум, т. е. последний (младший) значащий бит физического адреса равен 0 (выравнивание на границу слова);

3) DWОRD – сегмент начинается по адресу, кратному четырем, т. е. два последних (младших) значащих бита равны 0 (выравнивание на границу двойного слова);

4) РАRА – сегмент начинается по адресу, кратному 16, т. е. последняя шестнадцатеричная цифра адреса должна быть Оh (выравнивание на границу параграфа);

5) РАGЕ – сегмент начинается по адресу, кратному 256, т. е. две последние шестнадцатеричные цифры должны быть 00h (выравнивание на границу 256-байтной страницы);

6) МЕМРАGЕ – сегмент начинается по адресу, кратному 4 Кбайт, т. е. три последние шестнадцатеричные цифры должны быть ОООh (адрес следующей 4-Кбайтной страницы памяти). По умолчанию тип выравнивания имеет значение РАRА.

2. Атрибут комбинирования сегментов (комбинаторный тип) сообщает компоновщику, как нужно комбинировать сегменты различных модулей, имеющие одно и то же имя. Значениями атрибута комбинирования сегмента могут быть:

1) РRIVАТЕ – сегмент не будет объединяться с другими сегментами с тем же именем вне данного модуля;

2) РUВLIС – заставляет компоновщик соединить все сегменты с одинаковыми именами. Новый объединенный сегмент будет целым и непрерывным. Все адреса (смещения) объектов, а это могут быть в зависимости от типа сегмента команды и данные, будут вычисляться относительно начала этого нового сегмента;

3) СОММОN – располагает все сегменты с одним и тем же именем по одному адресу. Все сегменты с данным именем будут перекрываться и совместно использовать память. Размер полученного в результате сегмента будет равен размеру самого большого сегмента;

4) АТ хххх – располагает сегмент по абсолютному адресу параграфа (параграф – объем памяти, кратный 16; поэтому последняя шестнадцатеричная цифра адреса параграфа равна 0). Абсолютный адрес параграфа задается выражением ххх. Компоновщик располагает сегмент по заданному адресу памяти (это можно использовать, например, для доступа к видеопамяти или области ПЗ>), учитывая атрибут комбинирования. Физически это означает, что сегмент при загрузке в память будет расположен, начиная с этого абсолютного адреса параграфа, но для доступа к нему в соответствующий сегментный регистр должно быть загружено заданное в атрибуте значение. Все метки и адреса в определенном таким образом сегменте отсчитывают – ся относительно заданного абсолютного адреса;

5) SТАСК – определение сегмента стека. Заставляет компоновщик соединить все одноименные сегменты и вычислять адреса в этих сегментах относительно регистра ss. Комбинированный тип SТАСК (стек) аналогичен комбинированному типу РUВLIС, за исключением того, что регистр ss является стандартным сегментным регистром для сегментов стека. Регистр sр устанавливается на конец объединенного сегмента стека. Если не указано ни одного сегмента стека, компоновщик выдаст предупреждение, что стековый сегмент не найден. Если сегмент стека создан, а комбинированный тип SТАСК не используется, программист должен явно загрузить в регистр ss адрес сегмента (подобно тому, как это делается для регистра ds).

По умолчанию атрибут комбинирования принимает значение РRIVАТЕ.

3. Атрибут класса сегмента (тип класса) – это заключенная в кавычки строка, помогающая компоновщику определить соответствующий порядок следования сегментов при собирании программы из сегментов нескольких модулей. Компоновщик объединяет вместе в памяти все сегменты с одним и тем же именем класса (имя класса в общем случае может быть любым, но лучше, если оно будет отражать функциональное назначение сегмента). Типичным примером использования имени класса является объединение в группу всех сегментов кода программы (обычно для этого используется класс «соdе»). С помощью механизма типизации класса можно группировать также сегменты инициализированных и неинициализированных данных.

4. Атрибут размера сегмента. Для процессоров i80386 и выше сегменты могут быть 16– или 32-разрядными. Это влияет прежде всего на размер сегмента и порядок формирования физического адреса внутри него. Атрибут может принимать следующие значения:

1) USЕ16 – это означает, что сегмент допускает 16-разрядную адресацию. При формировании физического адреса может использоваться только 16-разрядное смещение. Соответственно, такой сегмент может содержать до 64 Кбайт кода или данных;

2)USЕ32 – сегмент будет 32-разрядным. При формировании физического адреса может использоваться 32-разрядное смещение. Поэтому такой сегмент может содержать до 4 Гбайт кода или данных.

Все сегменты сами по себе равноправны, так как директивы SЕGМЕNТ и ЕNDS не содержат информации о функциональном назначении сегментов. Для того чтобы использовать их как сегменты кода, данных или стека, необходимо предварительно сообщить транслятору об этом, для чего используют специальную директиву АSSUМЕ, имеющую формат, показанный на рис. 18. Эта директива сообщает транслятору о том, какой сегмент к какому сегментному регистру привязан. В свою очередь, это позволит транслятору корректно связывать символические имена, определенные в сегментах. Привязка сегментов к сегментным регистрам осуществляется с помощью операндов этой директивы, в которых имя_сегмента должно быть именем сегмента, определенным в исходном тексте программы директивой SЕGМЕNТ или ключевым словом nоthing. Если в качестве операнда используется только ключевое слово nоthing, то предшествующие назначения сегментных регистров аннулируются, причем сразу для всех шести сегментных регистров. Но ключевое слово nоthing можно использовать вместо аргумента имя сегмента; в этом случае будет выборочно разрываться связь между сегментом с именем имя сегмента и соответствующим сегментным регистром (см. рис. 18).

Рис. 18. Директива АSSUМЕ.

Для простых программ, содержащих по одному сегменту для кода, данных и стека, хотелось бы упростить ее описание. Для этого в трансляторы МАSМ и ТАSМ ввели возможность использования упрощенных директив сегментации. Но здесь возникла проблема, связанная с тем, что необходимо было как-то компенсировать невозможность напрямую управлять размещением и комбинированием сегментов. Для этого совместно с упрощенными директивами сегментации стали использовать директиву указания модели памяти МОDЕL, которая частично стала управлять размещением сегментов и выполнять функции директивы АSSUМЕ (поэтому при использовании упрощенных директив сегментации директиву АSSUМЕ можно не использовать). Эта директива связывает сегменты, которые в случае использования упрощенных директив сегментации имеют предопределенные имена, с сегментными регистрами (хотя явно инициализировать ds все равно придется).

Синтаксис директивы МОDЕL показан на рисунке 19.

Рис. 19. Синтаксис директивы МОDЕL.

Обязательным параметром директивы МОDЕL является модель памяти. Этот параметр определяет модель сегментации памяти для программного модуля. Предполагается, что программный модуль может иметь только определенные типы сегментов, которые определяются упомянутыми нами ранее упрощенными директивами описания сегментов. Эти директивы приведены в таблице 5.