Bölüm 2: 8086 Mimarisi

Mikroişlemciler

8086'ya genel bakışSistem yollarıBIU ve EU Önden getirme kuyruğuGetir–çöz–yürütYazmaç kümesi Kesim yazmaçları ve IPKesimli 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; kesim yazmaçlarının ve IP'nin görevini açıklamak.

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

8 bitlik dış veri yolu kullanan kardeşi 8088'den farklı olarak 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).

Onaltılık gösterim20 bit = 5 onaltılık basamak: en düşük adres 00000h, en yüksek FFFFFh.

Genel Bakış

Bellek Yapısı: İşlemci Tek Başına Değil

Mikroişlemci (8086)

CPU'nun tüm işlevlerini tek bir tümleşik 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.

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 sözcük (2 bayt)
Kontrol	okuma, yazma, kesme istekleri, durum bilgisi	RD', WR', M/IO', ALE, INTR, READY …

Genel Bakış · Kodu adım adım çalıştır

Kod İzleme: Yollar Üzerinde Bellek ve G/Ç

org 100h
mov ax, 1000h
mov ds, ax
mov bx, 0200h
mov al, [bx]     ; bellek oku
out 50h, al      ; G/Ç yaz
in al, 51h       ; G/Ç oku
mov [bx+1], al   ; bellek yaz
ret

Veri kesimi DS = 1000h (taban 10000h). Bellekte 10200h adresinde 5Ah, 51h numaralı G/Ç portunda 3Ch bulunuyor (örnek değerler).

BX = 0200h. Yalnız komut getirme; veri için yol kullanılmadı.

Bellek okuma: adres yolunda 20 bitlik 10200h, M/IO' = 1, RD' = 0. Bellek 5Ah'yi veri yoluna koyar → AL = 5Ah.

G/Ç yazma: adres yolunda yalnız port numarası (0050h, 16 bit), M/IO' = 0, WR' = 0; veri yolunda AL = 5Ah. Bellek bu döngüyü yok sayar.

G/Ç okuma: port 0051h, M/IO' = 0, RD' = 0. Aygıt 3Ch'yi veri yoluna koyar → AL = 3Ch.

Bellek yazma: EA = BX + 1 = 0201h → FA = 10201h, M/IO' = 1, WR' = 0, veri 3Ch. Aynı adres ve veri yolları hem bellek hem G/Ç için kullanılır; ayrımı M/IO' yapar.

İç Yapı

İki Temel Birim: BIU ve EU

Yol 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).

İç Yapı

8086 Blok Diyagramı

Sol: EUgenel yazmaçlar, ALU, bayraklar, kontrol sistemi

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

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 kontrol 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; kontrol sistemi komutu çözer.

5. Kontrol 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

Yol 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 kontrol 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 önden getirir → boru hattı.
Kuyrukta en az 2 bayt boş yer açıldığında BIU sıradaki sözcüğü (2 bayt) getirmeye başlar.
Bir dallanma (JMP, CALL, RET, koşullu atlama, kesme) yürütülünce kuyruk temizlenir; önden 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 önden 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 sözcük sözcük 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 sözcüğü (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, kontrol 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 kontrol 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
Kontrol 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 · Kodu adım adım çalıştır

Kod İzleme: ALU Ne Yapar?

org 100h
mov ax, 0010h
mov bx, 0030h
add ax, bx      ; AX ← AX + BX
sub al, 5       ; AL ← AL − 5
mov bl, 4
mul bl          ; AX ← AL × BL
mov dx, 0
mov cx, 3
div cx          ; AX ← DX:AX ÷ CX
and al, 0Fh     ; üst 4 biti sil
xor ax, ax      ; AX ← 0
ret

İşlenenler yazmaçlara yüklenir: AX = 0010h, BX = 0030h. MOV, ALU'yu kullanmaz; bayraklar değişmez.

add ax, bx: ALU 16 bitlik toplama yapar → AX = 0040h. Elde yok (CF = 0), sonuç sıfır değil (ZF = 0).

sub al, 5: 8 bitlik çıkarma; yalnız AL değişir → AL = 3Bh (AX = 003Bh). Ödünç gerekmedi: CF = 0.

BL = 4. mul bl: 8 bitlik işlenenlerin çarpımı 16 bittir: 3Bh × 04h = 00ECh → AX. AH = 0 olduğundan CF = OF = 0; SF ve ZF tanımsız (?).

Bölmeye hazırlık: bölünen 32 bitlik DX:AX çiftidir, DX = 0 yapılır; bölen CX = 3.

div cx: 236 ÷ 3 = 78 kalan 2 → bölüm AX = 004Eh, kalan DX = 0002h. DIV sonrası bayraklar tanımsızdır.

and al, 0Fh: 0100 1110 AND 0000 1111 = 0000 1110 → AL = 0Eh. Üst 4 bit silindi; AND, CF = OF = 0 yapar.

xor ax, ax: her bit kendisiyle XOR'lanınca 0 olur → AX = 0000h, ZF = 1. mov ax, 0'dan kısa (2 bayt) bir sıfırlama yoludur.

İç Yapı

Komut Yazmacı, Çözücü ve Kontrol

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 kontrol devresine gönderir.

Kontrol birimi

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

Kontrol 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.

Güç yönetimi 8086'da yoktur; bu özellikler çok sonraki işlemcilerle (ör. 386SL) gelmiştir. 8086'nın kontrol 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 (little-endian)
`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 little-endian düzende (düşük bayt önce) yazılır: 4050h → önce 50, sonra 40.

Yazmaçtan yazmaca MOV 2 bayttır (8B C3 ya da eşdeğeri 89 D8).

İç Yapı · Kodu adım adım çalıştır

Kod İzleme: Baytlar ve IP

org 100h
inc cx
mov bx, 4050h
mov ax, bx
add al, 7Ch
mov word ptr [bx+1234h], 5678h
ret

Program 0100h'de. inc cx yalnız işlem kodundan oluşur: 41 (1 bayt) → IP = 0101h. CX = 1.

BB 50 40: BB = “BX'e 16 bitlik sabit”; sabit little-endian yazılır (önce 50, sonra 40). 3 bayt → IP = 0104h.

8B C3: 8B = MOV r16, r/m16; ModR/M C3 = 11 000 011 → mod 11 (yazmaç), reg AX, r/m BX. 2 bayt → IP = 0106h.

04 7C: AL'ye özel kısa kod + 8 bitlik sabit. AL = 50h + 7Ch = CCh, AX = 40CCh. IP = 0108h.

6 bayt: C7 + ModR/M 87 (mod 10: 16 bit yer değiştirme, r/m BX) + 34 12 + 78 56. EA = 4050h + 1234h = 5284h; oraya 5678h yazılır. IP = 010Eh.

C3 = RET (1 bayt); IP yığından alınan 0000h olur (COM programı DOS'a döner). Altı komut 15 bayt tuttu: uzunluk 1 ile 6 bayt arasında.

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 Sözcük 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 (sözcük 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

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.

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 + bağıl konum

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 onaltılık basamak = 16 bit).

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

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

Basamakları 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.

1 MB / 64 KB = 16 yalnızca bir hesaptır; 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 bağıl konum 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:Bağıl Konum

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 (12345h değil)
`FFFFh:0010h`	FFFF0h + 0010h = 100000h	00000h (8086'da 20 bite sarar)

Normalleştirme: bağıl konumu 0–Fh arasına indirmek için kesim = FA'nın ilk 4 basamağı, bağıl konum = son basamak. 12345h → 1234h:0005h. Bir fiziksel adresin en fazla 4096 farklı yazımı vardır.

Kesimli Bellek · Kodu adım adım çalıştır

Kod İzleme: 1 MB Sınırında Adres Başa Sarar

org 100h
mov ax, 0
mov ds, ax
mov byte ptr [0500h], 77h
mov ax, 0FFFFh
mov ds, ax
mov bl, [0510h]    ; FFFF:0510
ret

DS = 0000h: kesim belleğin en başında. Kesim yazmacına sabit yazılamadığı için değer AX'ten geçer.

mov byte ptr [0500h], 77h: 0000:0500 → fiziksel 00500h adresine 77h yazıldı.

DS = FFFFh: kesim FFFF0h'den, 1 MB'ın son 16 baytından başlar.

mov bl, [0510h]: toplam 21 bit olur; 8086'nın 20 adres hattı yalnızca 00500h'yi taşır. Aynı bayt okundu: BL = 77h.

RET. FFFF:0010'dan FFFF:FFFF'e kadarki adresler belleğin başındaki 00000h–0FFEFh bölgesine düşer.

80286 ve sonrasında 21. adres hattı (A20) açıksa FFFF:0510 gerçekten 100500h'ye ulaşır; 8086 için yazılmış bazı eski programlar başa sarmaya güvendiği için bu hat kapatılabilir.

Kesimli Bellek

Varsayılan Kesimler

Erişim türü	Kesim	Bağıl konum 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: Aynı Bağıl Konum, Üç Kesim

org 100h
mov ax, 2000h
mov ds, ax
mov ax, 3000h
mov es, ax
mov bx, 0010h
mov bp, 0010h
mov byte ptr [bx], 11h    ; DS
mov byte ptr [bp], 22h    ; SS
mov byte ptr es:[bx], 33h ; ES
mov al, [bx]              ; DS
mov ah, [bp]              ; SS
ret

Kesim yazmacına sabit yüklenemez; AX üzerinden DS = 2000h yapılır. COM programında SS = CS = 0700h kalır.

Aynı yolla ES = 3000h. Artık üç farklı kesim tabanı var: 07000h (SS), 20000h (DS), 30000h (ES).

BX ve BP aynı bağıl konumu tutar: 0010h. Hangi bayta erişileceğini bağıl konum değil, kullanılan kesim belirleyecek.

[bx] varsayılan olarak DS kullanır: 2000h × 10h + 0010h = 20010h ← 11h.

[bp] varsayılan olarak SS kullanır: 0700h × 10h + 0010h = 07010h ← 22h. Aynı bağıl konum, başka bayt.

es: kesim öneki DS yerine ES'yi seçtirir (+1 bayt, 26h): 30000h + 0010h = 30010h ← 33h.

mov al, [bx] yine DS:0010h'yi okur → AL = 11h (ES:0010h'deki 33h değil).

mov ah, [bp] SS:0010h'yi okur → AH = 22h. Sonuç AX = 2211h: üç erişim, aynı bağıl konum, üç farklı fiziksel adres.

Kesimli Bellek · Kodu adım adım çalıştır

Kod İzleme: Kesim:Bağıl Konum 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

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.

Kesim yazmaçları

CS, DS, SS, ES dört etkin kesimin tabanını gösterir; kesim yazmacına anlık değer yüklenemez.

Adres hesabı

FA = kesim × 10h + bağıl konum. 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 bağıl konum ne olmalıdır?
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 bağıl konum = 3A2C5h − 30000h = A2C5h.
Kesim yazmacına anlık değer yüklenemez: MOV AX, 1000h + MOV DS, AX.
Kuyruk temizlenir; önden 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 2: 8086 Mimarisi

Sonraki bölüm: Bölüm 2: 8086 Yazmaçlar · Terim sözlüğü