Bölüm 1: 8086 Mimarisi

Mikroişlemciler

8086'ya genel bakışSistem yollarıBIU ve EU Önden getirme kuyruğuGetir–çöz–yürütYazmaç kümesi Bayrak yazmacıKesimli bellekFiziksel adres hesabı

Sercan KÜLCÜ · Giresun Üniversitesi · Elektrik-Elektronik Mühendisliği

Giriş

Öğrenme Çıktıları

Genel özellikler

8086'nın veri/adres yolu genişliğini, adresleyebildiği bellek miktarını ve x86 ailesindeki yerini açıklamak.

İç yapı

BIU ve EU birimlerinin görevlerini, önden getirme kuyruğunu ve boru hattı fikrini anlatmak.

Yazmaçlar

14 yazmacı gruplarına ayırmak; genel amaçlı, işaretçi/indis, kesim yazmaçlarını ve bayrakları tanımak.

Adres hesabı

kesim × 10h + bağıl konum ile 20 bitlik fiziksel adresi elle ve adım adım hesaplamak.

Genel Bakış

8086'ya Genel Bakış

Intel'in 1978'de tanıttığı 16 bitlik mikroişlemci; x86 ailesinin ilk üyesi.
Yazmaçları, ALU'su ve veri yolu 16 bittir; aynı anda 16 bitlik veri işler.
20 bitlik adres yolu → 2²⁰ = 1 048 576 bayt = 1 MB bellek.
16 bitlik veri yolu: işlemci, bellek ve G/Ç aygıtları arasında tek seferde 2 bayt taşır.
CISC (karmaşık komut kümesi) mimarisi: değişken uzunlukta (1–6 bayt) komutlar, bellekte işlem yapabilen komutlar.
Kişisel bilgisayarların temelini oluşturan komut kümesi bugün hâlâ geriye dönük uyumlulukla yaşıyor.

16 bitveri yolu

20 bitadres yolu

1 MBbellek

40 pinDIP paket

5–10 MHzsaat

~29 000transistör

+5 Vtek besleme

HMOSteknoloji

Düzeltme: kaynak sunumdaki “8-bit/16-bit işlemci” ifadesi 8088 için geçerlidir (8 bitlik dış veri yolu); 8086 tamamen 16 bittir.

Genel Bakış

x86 Ailesinde 8086

İşlemci	Yıl	İç / dış veri yolu	Adres yolu	Bellek	Not
8086	1978	16 / 16 bit	20 bit	1 MB	6 baytlık önden getirme kuyruğu
8088	1979	16 / 8 bit	20 bit	1 MB	4 baytlık kuyruk; IBM PC (1981)
80186	1982	16 / 16 bit	20 bit	1 MB	tümleşik çevre birimleri
80286	1982	16 / 16 bit	24 bit	16 MB	korumalı mod
80386	1985	32 / 32 bit	32 bit	4 GB	32 bit x86 (IA-32)

Sonraki tüm x86 işlemciler açılışta gerçek modda (real mode) 8086 gibi davranır. Bu derste emu8086 ile yazacağımız programlar da 8086 gerçek modunda çalışır.

Genel Bakış

Neden 20 Bit Adres?

n bit adres2ⁿ farklı bayt adreslenir. 1 KB = 2¹⁰, 1 MB = 2²⁰ bayt.

Veri yolu ≠ adres yoluVeri yolu 16 bit (bir seferde ne kadar veri), adres yolu 20 bit (ne kadar bellek).

Hex gösterim20 bit = 5 onaltılık hane: en düşük adres 00000h, en yüksek FFFFFh.

Genel Bakış

Bellek Yapısı: İşlemci Tek Başına Değil

Mikroişlemci (8086)

CPU'nun tüm işlevlerini tek bir entegre devrede toplar.
İçinde RAM veya ROM yoktur; yalnızca yazmaçları vardır.
Ara ve nihai sonuçlar yazmaçlarda tutulur.
Bellek ve G/Ç'ye sistem yolu (system bus) üzerinden erişir.
Çalışmak için dışarıdan bellek, saat üreteci, tampon/kilit devreleri gerekir.

Mikrodenetleyici (ör. 8051, AVR)

CPU + program belleği (ROM/Flash) + RAM + zamanlayıcı + G/Ç portları tek yongada.
Tek başına bir sistem gibi çalışabilir.
Gömülü uygulamalar: çamaşır makinesi, kumanda, sensör düğümü.
Daha düşük işlem gücü, düşük maliyet ve güç tüketimi.

8086 tabanlı bir bilgisayar = 8086 + 8284A saat üreteci + adres kilitleri + veri yolu alıcı-vericileri + bellek + G/Ç birimleri. Bu donanımı Bölüm 2'de pinler üzerinden inceleyeceğiz.

Genel Bakış

Sistem Yolları

Yol	Ne taşır?	8086'da
Adres	okunacak/yazılacak bellek konumu veya G/Ç port numarası	20 bit → 1 MB bellek; G/Ç için 16 bit → 64 K port
Veri	işlemci ile bellek/G/Ç arasındaki komut ve veri baytları	16 bit, tek seferde bir kelime (2 bayt)
Kontrol	okuma, yazma, kesme istekleri, durum bilgisi	RD', WR', M/IO', ALE, INTR, READY …

Düzeltme: kaynakta adres yolu “16 bit, 64 KB” yazıyordu; 8086'nın adres yolu 20 bittir ve 1 MB adresler.

İç Yapı

İki Temel Birim: BIU ve EU

Veri Yolu Arayüz Birimi (BIU · Bus Interface Unit)

Dış dünyayla tüm iletişimi yürütür: komutları bellekten getirir (fetch).
İşlenenleri bellekten okur, sonuçları belleğe/G/Ç'ye yazar.
Kesim yazmaçları + IP ile 20 bitlik fiziksel adresi üretir.
6 baytlık önden getirme kuyruğunu doldurur.

Yürütme Birimi (EU · Execution Unit)

Kuyruktan sıradaki komut baytını alır, çözer (decode) ve yürütür.
ALU ile aritmetik ve mantıksal işlemleri yapar.
Genel amaçlı yazmaçları ve bayrakları günceller.
Bellekte bir işlenen gerekiyorsa BIU'dan ister; dış yollara doğrudan bağlı değildir.

İki birim paralel çalışır: EU bir komutu yürütürken BIU sonraki komut baytlarını getirir. Bu, 8086'nın basit boru hattıdır (pipelining).

Düzeltme: kaynakta “BIU komutları getirir ve çözer” deniyordu; çözme (decode) EU'nun işidir.

İç Yapı

8086 Blok Diyagramı

Sol: EUgenel yazmaçlar, ALU, bayraklar, denetim sistemi

Sağ: BIUkesim yazmaçları, IP, adres toplayıcı, kuyruk, yol denetimi

KöprüEU, kuyruktan 8 bitlik Q yoluyla komut baytı alır

İç Yapı

8086 Mimarisinin İşleyişi

Genel görünüm. Bir komutun yolculuğunu adım adım izleyelim: ADD AX, BX.

1. BIU, getirilecek komutun fiziksel adresini hesaplar: CS × 10h + IP (adres toplayıcı).

2. 20 bitlik adres dış adres yoluna konur; yol denetim mantığı bir bellek okuma döngüsü başlatır.

3. Gelen komut baytları 6 baytlık FIFO kuyruğa yazılır; IP getirilen bayt sayısı kadar ilerler.

4. Sıra komuta gelince EU, Q yolu üzerinden işlem kodunu (opcode) alır; denetim sistemi komutu çözer.

5. Denetim sinyalleriyle AX ve BX ALU veri yolundan geçici yazmaçlara, oradan ALU'ya gelir; toplama yapılır.

6. Sonuç AX'e yazılır, bayraklar (CF, ZF, SF, OF, PF, AF) güncellenir. Bu sırada BIU sonraki baytları getirmeyi sürdürür.

İç Yapı

Veri Yolu Arayüz Birimi (BIU)

Harici bellek ve G/Ç aygıtlarına sistem yolu üzerinden arayüz sağlar.
Kesim yazmacı + bağıl konumdan 20 bitlik fiziksel adres üretir (adres toplayıcı).
Bellekten komutları getirir ve kuyruğa yazar.
EU'nun istediği işlenenleri bellekten/G/Ç'den okur, sonuçları yazar.
6 baytlık önden getirme kuyruğunu (instruction queue) yönetir → boru hattını mümkün kılar.

BIU'nun içindekiler

Kesim yazmaçları: CS, DS, SS, ES
Komut işaretçisi: IP
Adres toplayıcı (Σ)
6 baytlık komut kuyruğu
Yol denetim mantığı

İç Yapı

Önden Getirme Kuyruğu

6 baytlık bir FIFO (ilk giren ilk çıkar) kuyruk: komut baytları getirildiği sırayla tüketilir.
EU bir komutu yürütürken BIU sonraki komut baytlarını önceden getirir → boru hattı.
Kuyrukta en az 2 bayt boş yer açıldığında BIU sıradaki kelimeyi (2 bayt) getirmeye başlar.
Bir dallanma (JMP, CALL, RET, koşullu atlama, kesme) yürütülünce kuyruk temizlenir; önceden getirilen baytlar artık yanlış yoldadır.
8086 komutları 1–6 bayt uzunluğundadır (önekler hariç); kuyruk en uzun komutu tümüyle tutabilir.

KazançEU çoğu zaman beklemeden kuyruktan komut alır; bellek erişim süresi gizlenir.

KayıpDallanmada kuyruk boşaltılır, yeniden dolana kadar EU bekler.

8088 farkı8 bitlik dış yol nedeniyle 4 baytlık kuyruk; 1 bayt boşalınca getirir.

İç Yapı

Boru Hattı (Pipelining)

G = getir (fetch, BIU), Y = çöz + yürüt (EU). Her kutu 2 zaman birimi varsayılmıştır.

Boru hattı olmasaydı: önce getir (G), sonra yürüt (Y); BIU ve EU sırayla boş bekler.

8086: EU Y1'i yürütürken BIU G2'yi getirir. İki birim aynı anda çalışır; verim yaklaşık iki katına çıkar.

Dallanma: Y3 bir JMP ise önceden getirilen G4, G5 geçersizdir. Kuyruk boşaltılır; hedef adresten yeniden getirilir.

İç Yapı

Kuyruk Adım Adım

Başlangıç (veya dallanma sonrası): kuyruk boş, EU bekler. CS:IP = CS:0100h.

BIU kelime kelime getirir (B8 34, 12 01, D8 41); kuyruk dolar. EU ilk bayt gelir gelmez çözmeye başlar.

EU 3 baytlık MOV AX,1234h'yi kuyruktan çekti. Kuyrukta 3 boş yer var (≥ 2).

EU yürütürken BIU sonraki kelimeyi (EB 05) getirir. Bekleme yok.

EU 01 D8'i (ADD AX,BX) aldı; BIU 90 90'ı getirdi.

EU 41'i (INC CX) aldı; BIU iki NOP baytı daha getirdi, kuyruk dolu.

EU EB 05'i yürütür: IP = 0108h + 5 = 010Dh. Kuyruktaki 90'lar geçersiz → kuyruk temizlenir.

BIU 010Dh'den yeniden getirmeye başlar (tek adres olduğundan önce 1 bayt). EU, bayt gelene kadar bekler.

İç Yapı

Önden Getirme ve Çözümleme İşlevleri

Önden getirme (prefetch) işlevi

Komutları bellekten getirip bir tamponda (kuyruk) saklar.
Bir program sayacı sonraki getirilecek baytın adresini tutar (8086'da bu iş IP ve BIU içi sayaçla yapılır).
EU, komutları bellek yerine tampondan alır → bellek erişim süresi gizlenir.
Birim zamanda daha fazla komut yürütülür.

Çözümleme (decode) işlevi

Makine kodunu, denetim sinyallerine/mikro işlemlere çevirir.
Önden getirme ile paralel çalışır.
Koşullu atlama, CALL, RET gibi karmaşık komutları çözer.
Yazmaçtan yazmaca, bellekten yazmaca aktarımları yönlendirir.

8086'da bu işlevler ayrı birimler değildir: önden getirme BIU'da, çözme EU'nun denetim sisteminde (mikrokod ROM'u ile) yapılır. Ayrı “prefetch unit” ve “decode unit” 80286 ve sonrasında ortaya çıkar.

İç Yapı

Yürütme Birimi (EU)

EU'nun başlıca bileşenleri:

Genel amaçlı yazmaçlar
Aritmetik mantık birimi (ALU)
Özel amaçlı yazmaçlar (SP, BP, SI, DI)
Komut yazmacı ve komut çözücü
Bayrak (durum) yazmacı
Denetim sistemi

İç Yapı

Aritmetik Mantık Birimi (ALU)

8 ve 16 bitlik aritmetik ve mantık işlemlerini yapar.
Aritmetik: toplama, çıkarma, çarpma, bölme, artırma/azaltma, karşılaştırma.
Mantık: AND, OR, XOR, NOT, kaydırma ve döndürme.
Her işlemden sonra sonuca göre bayrakları günceller.

Komut	İşlem	Boyut
`ADD AX, BX`	AX ← AX + BX	16 bit
`SUB AL, 5`	AL ← AL − 5	8 bit
`MUL BL`	AX ← AL × BL	8 → 16
`DIV CX`	AX ← DX:AX ÷ CX, DX ← kalan	32 → 16
`AND AL, 0Fh`	AL'nin üst 4 bitini sıfırla	8 bit
`XOR AX, AX`	AX ← 0 (ZF = 1)	16 bit

İç Yapı

Komut Yazmacı, Çözücü ve Denetim

Komut yazmacı

EU, kuyruktan işletilecek komutu alır; işlem kodu (opcode) çözülürken geçici olarak burada tutulur. Programcı bu yazmaca erişemez.

Komut çözücü

İşlem kodunu çözer: hangi işlem, hangi işlenenler, hangi adresleme modu? Gerekli bilgiyi denetim devresine gönderir.

Denetim birimi

Komut ve verinin işlemci içindeki akışını yönetir; getir–çöz–yürüt döngüsünü sıralar, diğer bileşenleri koordine eder.

Denetim biriminin görevleri: komutları getirmek (BIU ile), çözmek, yürütmek, işlemcinin durumunu (yazmaçlar, bayraklar) güncellemek ve her komut sonunda kesme isteklerini (INTR, NMI) denetlemek. Hata durumları (ör. sıfıra bölme) özel kesmelerle ele alınır.

Düzeltme: kaynaktaki “güç yönetimi” 8086'da yoktur; güç yönetimi özellikleri çok sonraki işlemcilerle (ör. 386SL) gelmiştir. 8086'nın denetim birimi mikrokod tabanlıdır.

İç Yapı

Komut Uzunlukları

8086 komutları değişken uzunluktadır: işlem kodu + (varsa) adresleme baytı + yer değiştirme + anlık veri.

Komut	Makine kodu (hex)	Bayt	Açıklama
`INC CX`	`41`	1	yalnızca işlem kodu
`MOV AX, BX`	`8B C3`	2	işlem kodu + ModR/M baytı
`ADD AL, 7Ch`	`04 7C`	2	AL'ye özel kısa kod + 8 bit anlık
`MOV BX, 4050h`	`BB 50 40`	3	işlem kodu + 16 bit anlık (küçük uçlu)
`MOV WORD PTR [BX+1234h], 5678h`	`C7 87 34 12 78 56`	6	ModR/M + 16 bit yer değiştirme + 16 bit anlık

Anlık değerler belleğe küçük uçlu (little-endian) yazılır: 4050h → önce 50, sonra 40.

Düzeltme: kaynakta MOV AX,BX “1 baytlık komut” deniyordu; yazmaçtan yazmaca MOV 2 bayttır (8B C3 ya da eşdeğeri 89 D8).

Yazmaçlar

Yazmaç Kümesi

Genel amaçlı: veri saklar, aritmetik/mantık işlemlerine katılır; her biri 8 bitlik iki yarıya bölünebilir.
Kesim yazmaçları: bellekteki dört etkin kesimin başlangıcını gösterir. Özel: IP sonraki komutu, FLAGS son işlemin sonucunu gösterir.

Yazmaçlar

Dahili Yazmaçlar ve Kelime Boyu

8086, 16 bitlik bir tamsayı (skaler, vektörel olmayan) işlemcidir; kayan noktalı işlemler için ayrı bir yardımcı işlemci (8087) kullanılır.
40 pinli, çift sıralı paket (DIP, dual in-line package) olarak üretilmiştir.
Yonga içindeki yazmaçların boyutu, işlemcinin aynı anda üzerinde çalışabileceği veri miktarını (kelime boyu) gösterir → 16 bit.
Programcıya 14 adet 16 bitlik yazmaç sunar.
Yazmaçlar, işlemcinin içindeki en hızlı depolama alanıdır: bellek erişimi için yol döngüsü (≥ 4 saat) gerekir, yazmaç erişimi gerekmez.

8 bit0 … 255 (FFh)

16 bit0 … 65 535 (FFFFh)

32 bit (DX:AX)0 … 4 294 967 295

Yazmaçlar

Genel Amaçlı Yazmaçlar

Yazmaç	Yarılar	Özel kullanımı
AX birikeç (accumulator)	`AH` · `AL`	Aritmetik işlenen ve sonuç; MUL/DIV, IN/OUT, dizgi komutları AX/AL'yi kullanır. Birçok komutun AX için daha kısa kodu vardır.
BX taban (base)	`BH` · `BL`	Dolaylı adreslemede bağıl konumu (offset) tutar: `MOV AL, [BX]`.
CX sayaç (count)	`CH` · `CL`	LOOP ve REP için döngü sayacı; kaydırma/döndürmede sayı `CL`'de.
DX veri (data)	`DH` · `DL`	AX ile birlikte 32 bitlik değer (`DX:AX`) – MUL sonucu, DIV böleni; IN/OUT'ta port adresi.

Yarılar bağımsız 8 bitlik yazmaçlardır ama aynı bitleri paylaşır: AL'yi değiştirmek AX'i de değiştirir. AH = bit 15–8 (high), AL = bit 7–0 (low).

Yazmaçlar

Demo: AX = AH : AL

16 bitlik bir değer gir (hex). Üst bayt AH, alt bayt AL olur.
Bitlere tıklayarak tek tek değiştir.
AL'ye 1 ekle düğmesi yalnız alt baytı değiştirir: AL = FFh iken taşan elde AH'ye geçmez (8 bitlik işlem).

AX = h

Yazmaçlar

İşaretçi ve İndis Yazmaçları

Belirli bellek konumlarını gösteren bağıl konum (offset) yazmaçlarıdır; bir kesim yazmacıyla birlikte adres oluştururlar.

Yazmaç	Görev	Varsayılan kesim
SP yığın işaretçisi	Yığının üstünü (top) gösterir; PUSH, POP, CALL, RET, INT, IRET otomatik günceller.	`SS`
BP taban işaretçisi	Yığının içindeki rastgele konumlara erişir (ör. prosedür parametreleri `[BP+4]`).	`SS`
SI kaynak indis	Dizi/dizgi işlemlerinde kaynak konumu.	`DS`
DI hedef indis	Dizi/dizgi işlemlerinde hedef konumu; dizgi komutlarında (MOVSB, STOSB) `ES:DI`.	`DS` (dizgide `ES`)

PUSH, SP'yi 2 azaltıp SS:SP'ye yazar; POP okuyup SP'yi 2 artırır. Yığın bellekte aşağı doğru büyür (Bölüm 8).

Yazmaçlar

Kesim Yazmaçları

Kesimler bellekte, kesim yazmaçları işlemcinin içinde bulunur.
Her kesim yazmacı bir kesimin başlangıç adresini / 16 tutar (kesim tabanı = yazmaç × 10h).

CS Code Segment	Programın kodu; `CS:IP` ile sonraki komut
DS Data Segment	Değişkenler ve veriler
SS Stack Segment	Yığın; `SS:SP`, `SS:BP`
ES Extra Segment	Ek veri; dizgi hedefi `ES:DI`

Kurallar

Kesim yazmacına anlık değer doğrudan yüklenemez: MOV DS, 2000h geçersiz; önce MOV AX, 2000h, sonra MOV DS, AX.
CS, MOV ile değiştirilemez; JMP FAR, CALL FAR, RET FAR, INT, IRET değiştirir.
Kesimden kesime doğrudan MOV yoktur (MOV ES, DS geçersiz).

Yazmaçlar

Komut İşaretçisi (IP)

16 bitlik yazmaç (Instruction Pointer).
Kod kesiminde bir sonraki komutun bağıl konumunu tutar.
Her komut baytı getirildikçe ilerler; komut uzunluğu kadar artmış olur.
Dallanma komutları (JMP, Jcc, CALL, RET, LOOP, INT) IP'ye yeni bir değer yükler.
Programcı IP'yi doğrudan okuyamaz/yazamaz (MOV IP, … yoktur).
Sonraki komutun fiziksel adresi: CS × 10h + IP.

Örnek

CS = 4321h, IP = 1000h

  43210h   ; CS × 10h
+ 01000h   ; IP
--------
  44210h

Sonraki komut 44210h fiziksel adresindedir. Bir sonraki slaytta adım adım.

Yazmaçlar

Bayrak Yazmacı (FLAGS)

Durum bayraklarıHer aritmetik/mantık işleminden sonra sonuca göre otomatik güncellenir: CF, PF, AF, ZF, SF, OF. Koşullu atlamalar (JZ, JC, JS …) bunlara bakar.

Kontrol bayraklarıİşlemcinin davranışını yönlendirmek için programcı tarafından ayarlanır: TF, IF, DF.

16 bitlik yazmacın yalnızca 9 biti kullanılır. MOV komutları bayrakları değiştirmez.

Yazmaçlar

Durum Bayrakları

Bayrak	Bit	1 olur, eğer…	Örnek (8 bit)
CF taşıma (carry)	0	işaretsiz işlemde en üst bitten elde/ödünç çıktıysa	`FFh + 01h = 00h` → CF=1
PF eşlik (parity)	2	sonucun alt baytındaki 1 sayısı çiftse	`03h` (2 adet 1) → PF=1
AF yardımcı (auxiliary)	4	bit 3'ten bit 4'e elde/ödünç olduysa (BCD için)	`0Fh + 01h` → AF=1
ZF sıfır (zero)	6	sonuç sıfırsa	`05h − 05h` → ZF=1
SF işaret (sign)	7	sonucun en üst biti 1 ise (negatif)	`80h` → SF=1
OF taşma (overflow)	11	işaretli sonuç sığmadıysa	`7Fh + 01h = 80h` → OF=1

CF işaretsiz, OF işaretli sayılar için taşmayı bildirir. 7Fh + 01h: işaretsiz 127+1=128 doğru (CF=0), işaretli +127+1 = −128 yanlış (OF=1).

Yazmaçlar

Kontrol Bayrakları

Bayrak	Görev	Ayarlama
TF tuzak (trap)	1 iken her komuttan sonra tip 1 kesme → adım adım yürütme (hata ayıklayıcılar).	Doğrudan komutu yok; PUSHF/POPF ile yığın üzerinden
IF kesme (interrupt)	1 iken INTR pininden gelen maskelenebilir kesmeler kabul edilir. NMI'yi etkilemez.	`STI` (1), `CLI` (0)
DF yön (direction)	Dizgi komutlarında SI/DI'nin yönü: 0 → artar, 1 → azalır.	`CLD` (0), `STD` (1)

CLC, STC, CMC komutları da vardır, ancak bunlar bir kontrol bayrağını değil CF durum bayrağını temizler/kurar/tersler (ör. çok baytlı toplama öncesi).

Düzeltme: kaynakta CLC/STC kontrol bayrağı komutları arasında sayılıyordu; TF için de doğrudan bir komut olmadığı eklendi.

Yazmaçlar · Kodu adım adım çalıştır

Kod İzleme: Bayraklar ve IP

COM programı CS:0100h'den başlar. Varsayım: yazmaçlar ve bayraklar 0.

AX ← 1234h (AH=12h, AL=34h). Komut 3 bayt → IP 3 artar. MOV bayrakları değiştirmez.

BX ← 4050h. Bellekte BB 50 40: anlık değer küçük uçlu.

1234h + 4050h = 5284h. Elde yok (CF=0), bit 15 = 0 (SF=0). Alt bayt 84h = 1000 0100b → iki adet 1 → PF=1.

CX ← FFFFh. Bayraklar aynı kalır.

FFFFh + 1 = 0000h → ZF=1, AF=1. Dikkat: INC, CF'yi değiştirmez (CF=0 kaldı).

AL: 84h + 7Ch = 100h → AL=00h, CF=1, ZF=1. 8 bitlik işlem: elde AH'ye geçmez, AX=5200h. İşaretli: −124 + 124 = 0 → OF=0.

AH: 52h − 53h = FFh → ödünç alındı (CF=1), SF=1. İşaretli: 82 − 83 = −1 doğru → OF=0. FFh'de sekiz adet 1 → PF=1.

RET: COM programı DOS'a döner. IP'nin komut uzunluklarına göre 0100h → 0111h ilerlediğine dikkat.

org 100h
mov ax, 1234h     ; B8 34 12
mov bx, 4050h     ; BB 50 40
add ax, bx        ; 01 D8
mov cx, 0FFFFh    ; B9 FF FF
inc cx            ; 41
add al, 7Ch       ; 04 7C
sub ah, 53h       ; 80 EC 53
ret               ; C3

Kesimli Bellek

Kesimli Bellek Mimarisi

8086 belleği kesimli (segmented) olarak adresler.
Her bellek adresi iki 16 bitlik parçayla verilir: kesim : bağıl konum (segment : offset), ör. 2000h:0010h.
Kesim yazmacı kesimin başlangıcını gösterir.
Bağıl konum, istenen baytın kesimin başından itibaren uzaklığıdır (0000h–FFFFh).
İkisi BIU'daki adres toplayıcıda birleştirilerek 20 bitlik fiziksel adres elde edilir.

Mantıksal ve fiziksel adres

Mantıksal adres: programın kullandığı kesim:offset çifti.

Fiziksel adres: adres yoluna çıkan gerçek 20 bitlik adres.

FA = kesim × 10h + offset

Kesimli Bellek

Kesim ve Bağıl Konum

Bellek 1 MB: 00000h–FFFFFh. Bir kesim yazmacı ve bir bağıl konumdan 20 bitlik adres üreteceğiz.

Kesim yazmacı 1000h (16 bit).

Kesim değeri 4 bit sola kaydırılır (× 10h): 1000h → 10000h. Kesim tabanı her zaman 16'nın katıdır (paragraf sınırı).

Bağıl konum F000h. En büyük bağıl konum FFFFh olduğundan kesim 10000h–1FFFFh aralığını (64 KB) kapsar.

Toplayıcı: 10000h + F000h = 1F000h. Bu 20 bitlik değer adres yoluna çıkar.

Kesimli Bellek

Adım Adım: CS:IP → Fiziksel Adres

CS = 4321h (4 hex hane = 16 bit).

× 10h = hex olarak sağa bir 0 eklemek (4 bit sola kaydırma): 43210h.

IP = 1000h sağa hizalanarak altına yazılır (en soldaki hane boş = 0).

Haneleri sağdan toplarız: 0+0, 1+0, 2+0, 3+1, 4+0 → 44210h. Elde oluşmadı.

CS = F000h, IP = FFF0h (8086'nın sıfırlama sonrası ilk komutunun adresi BIOS'ta).

F000h × 10h = F0000h.

IP = FFF0h sağa hizalanır.

F0000h + FFF0h = FFFF0h: 1 MB'ın son 16 baytı. Reset sonrası işlemci ilk komutu buradan alır.

Kesimli Bellek

Demo: Fiziksel Adres Hesaplayıcı

Kesim h : Bağıl konum h

Kesim tabanı ve 64 KB'lık kesim aralığı haritada gösterilir. Toplam 1 MB'ı aşarsa 8086 adresi 20 bite kırpar (sarma).

Kesimli Bellek

Bellek Kesimleme

20 bitlik adres yolu 1 MB'ı adresler; bir kesim en fazla 64 KB'tır (16 bitlik offset).
Herhangi bir anda yalnızca 4 kesim etkindir (CS, DS, SS, ES) → aynı anda en çok 256 KB doğrudan erişilir. Başka bölgeye erişmek için kesim yazmacı değiştirilir.
Kesimler sabit 16 parça değildir: her paragraf (16 bayt) sınırında başlayabilir, çakışabilir veya ayrık olabilir.

Düzeltme: kaynaktaki “belleği 16 adet 64 KB'lık kesime böler” ifadesi yalnızca 1 MB / 64 KB = 16 hesabını anlatır; 8086'da kesim başlangıçları sabit değildir (65 536 olası başlangıç).

Kesimli Bellek

Neden Kesimleme?

Artıları

16 bitlik yazmaçlarla 20 bitlik (1 MB) bellek adreslenir.
Kod, veri ve yığın birbirinden ayrılır; program düzeni netleşir.
Yeniden konumlanabilirlik: yalnızca kesim yazmaçları değiştirilerek program bellekte başka yere yüklenebilir.
Komutlar kısa kalır: çoğu adres 16 bitlik offset ile yazılır.

Eksileri

Tek bir dizi/yapı 64 KB'ı aşamaz (aşarsa kesim değiştirmek gerekir).
Aynı fiziksel adresin birçok kesim:offset yazımı vardır → işaretçi karşılaştırması zorlaşır.
Kesimler arasında koruma yoktur: hatalı bir yazma başka kesimi bozabilir.
Adres hesabı programcı için ek zihinsel yük.

Kesimli Bellek

Aynı Adres, Farklı Kesim:Offset

Mantıksal adres	Hesap	Fiziksel adres
`1234h:0005h`	12340h + 0005h	12345h
`1000h:2345h`	10000h + 2345h	12345h
`1200h:0345h`	12000h + 0345h	12345h
`0234h:FFF5h`	02340h + FFF5h	12335h (dikkat: farklı!)
`FFFFh:0010h`	FFFF0h + 0010h = 100000h	00000h (8086'da 20 bite sarar)

Normalleştirme: offset'i 0–Fh arasına indirmek için kesim = FA'nın ilk 4 hanesi, offset = son hane. 12345h → 1234h:0005h. Bir fiziksel adresin en fazla 4096 farklı yazımı vardır.

Sarma (wrap-around): 8086'da A20 hattı yoktur; 1 MB'ı aşan toplam 00000h'ye döner. 80286+ işlemcilerde bu davranış “A20 kapısı” ile taklit edilir.

Kesimli Bellek

Varsayılan Kesimler

Erişim türü	Kesim	Offset kaynağı	Değiştirilebilir mi?
Komut getirme	`CS`	`IP`	hayır
Yığın işlemleri (PUSH, POP, CALL, RET)	`SS`	`SP`	hayır
BP ile adresleme `[BP+…]`	`SS`	etkin adres	evet: `DS:[BP]`
Genel veri `[BX]`, `[SI]`, `[DI]`, `[1234h]`	`DS`	etkin adres	evet: `ES:[BX]`
Dizgi kaynağı (MOVSB, LODSB)	`DS`	`SI`	evet
Dizgi hedefi (MOVSB, STOSB)	`ES`	`DI`	hayır

Varsayılan kesimi değiştirmek için kesim öneki (segment override) kullanılır: MOV AL, ES:[BX] → fiziksel adres = ES × 10h + BX. Önek komuta 1 bayt ekler (26h).

Kesimli Bellek · Kodu adım adım çalıştır

Kod İzleme: Kesim:Offset ile Erişim

AX ← 2000h. Kesim yazmacına anlık değer yüklenemediği için önce AX'e yüklenir.

DS ← AX = 2000h. Veri kesimi artık 20000h–2FFFFh.

BX ← 0010h (bağıl konum).

FA = 2000h×10h + 0010h = 20010h. Oraya 41h ('A') yazılır.

AX ← 2001h.

DS ← 2001h: kesim tabanı 16 bayt (bir paragraf) ileri kaydı → 20010h–3000Fh.

BX ← 0000h.

FA = 20010h + 0000h = 20010h → AL = 41h. 2000h:0010h ile 2001h:0000h aynı bayt!

SI ← FFFFh: en büyük bağıl konum.

FA = 20010h + FFFFh = 3000Fh: bu kesimin son baytı. AH bu bayttaki değeri alır.

mov ax, 2000h
mov ds, ax          ; DS = 2000h
mov bx, 0010h
mov byte ptr [bx], 41h
mov ax, 2001h
mov ds, ax          ; +16 bayt
mov bx, 0000h
mov al, [bx]        ; aynı bayt
mov si, 0FFFFh
mov ah, [si]        ; son bayt

Donanım

8086 Pin Diyagramı

40 pinli DIP paket; pin 1 ve 20 toprak (GND), pin 40 besleme (+5 V).
AD0–AD15: adres ve veri aynı pinlerden zaman paylaşımlı (çoklanmış) geçer.
A16–A19: adresin üst 4 biti, durum bitleriyle çoklanır → toplam 20 bit adres.
Pin 24–31'in işlevi MN/MX' pinine göre değişir (parantez içindekiler minimum mod).
' işareti (diyagramda üst çizgi) sinyalin aktif düşük olduğunu gösterir.
Ayrıntılar: Bölüm 2 – 8086 Pinler.

Özet

Genel

16 bit veri yolu ve yazmaçlar, 20 bit adres yolu → 1 MB. CISC, değişken uzunlukta komutlar.

BIU + EU

BIU getirir ve adres üretir; EU çözer ve yürütür. 6 baytlık FIFO kuyruk ile ikisi paralel çalışır.

14 yazmaç

AX, BX, CX, DX · SP, BP, SI, DI · CS, DS, SS, ES · IP, FLAGS.

Bayraklar

Durum: CF, PF, AF, ZF, SF, OF. Kontrol: TF, IF, DF.

Adres hesabı

FA = kesim × 10h + offset. Kesim ≤ 64 KB, paragraf sınırında başlar, kesimler çakışabilir.

Dallanma

IP'ye yeni değer yükler ve önden getirme kuyruğunu temizler.

Özet

Alıştırmalar

CS = 2F00h, IP = 01A4h ise sonraki komutun fiziksel adresi nedir?
3A2C5h fiziksel adresini normalleştirilmiş kesim:offset biçiminde yazın; DS = 3000h ise offset ne olmalıdır?
AX = 80FFh iken ADD AL, 1 sonrası AX, CF, ZF, SF, OF ne olur?
MOV DS, 1000h neden derlenmez? Doğru yazımı verin.
Kuyrukta 6 bayt varken EU bir JMP yürütürse kuyruğa ne olur? Neden?
8086 bir komutu getirirken aynı anda başka komutu yürütebilir mi? Hangi birimler sayesinde?

İpuçları / cevaplar

2F000h + 01A4h = 2F1A4h.
3A2Ch:0005h; DS = 3000h ise offset = 3A2C5h − 30000h = A2C5h.
AL: FFh + 1 = 00h → AX = 8000h; CF=1, ZF=1, SF=0, OF=0 (−1 + 1 = 0 doğru).
Kesim yazmacına anlık değer yüklenemez: MOV AX, 1000h + MOV DS, AX.
Kuyruk temizlenir; önceden getirilen baytlar atlamanın hedefinden değil, sıradaki adreslerden gelmiştir.
Evet: BIU getirir, EU yürütür (boru hattı).

Özet

Kaynaklar

Intel, 8086 16-Bit HMOS Microprocessor veri sayfası (231455).
Intel, The 8086 Family User's Manual, 1979.
B. B. Brey, The Intel Microprocessors, 8. baskı, Pearson, 2009.
M. A. Mazidi, J. G. Mazidi, D. Causey, The x86 PC: Assembly Language, Design, and Interfacing, 5. baskı, Pearson, 2010.
emu8086 belgeleri ve komut kümesi başvurusu.

Son

Bölüm 1: 8086 Mimarisi

Sonraki bölüm: Bölüm 1: Programlama Dilleri