요약

실주소 모드에서는 메모리의 한 자리를 숫자 두 개로 가리킨다. “몇 동”과 “그 동의 몇 호”로 집을 찾는 것과 같다. 앞의 숫자가 구역이 시작하는 곳을, 뒤의 숫자가 그 안에서 얼마나 들어갔는지를 말한다. 작은 숫자 둘로 큰 메모리를 다 가리킬 수 있어 좋다. 대신 구역 하나가 작고, 구역끼리 겹쳐 있어서 서로 다른 숫자 쌍이 같은 자리를 가리킬 수 있다.

예시로 보기

실주소 모드의 메모리는 1MB이고, 한 자리를 가리키려면 20비트가 든다. 그런데 이 모드의 레지스터는 16비트라서 0000h부터 FFFFh까지, 곧 65,536가지만 담는다. 레지스터 하나로는 1MB의 16분의 1밖에 못 가리킨다. 그래서 16비트 숫자 두 개를 함께 쓴다. 그림으로 보면 이렇다.

 진짜 주소
  F0000 +-------+
  ...   |       |          8000:FFFF  +---------+  ← 구역의 끝
  90000 +-------+                     |         |
  80000 |#######| ----------------->  |  구역   |
  70000 +-------+                     |  하나   |
  ...   |       |          8000:0250  |- - - - -|  ← 시작에서 0250h 들어간 곳
  10000 +-------+                     |         |
  00000 +-------+          8000:0000  +---------+  ← 구역의 시작

8000:0250은 “8000번 구역의 0250h번째 자리”다. 콜론 앞의 수를 세그먼트 값, 뒤의 수를 오프셋(offset)이라 부른다. 오프셋은 기준점에서 떨어진 거리라는 뜻이다. 8000번 구역은 진짜 주소 80000h에서 시작한다. 거기서 0250h를 더 가면 80250h다.

진짜 주소, 곧 메모리 맨 처음부터 센 20비트 주소를 선형 주소(linear address) 또는 절대 주소라 부른다.

검증: 08F1:0100 → 09010h, 그림의 세 주소(80000h, 80250h, 8FFFFh), 16을 곱하는 것과 16진수 끝에 0을 붙이는 것이 같음, 같은 선형 주소를 만드는 쌍의 수, FFFF:FFFF → 10FFEFh, 카드의 값 — 06_real-mode-segment-address_verify.py

정의

세그먼트 값에 16을 곱하고 오프셋을 더하면 선형 주소다. 세그먼트 값과 오프셋은 둘 다 16비트 수다.

\[\text{선형 주소} = \text{세그먼트} \times 16 + \text{오프셋}\]

16진수에서 16을 곱하는 것은 끝에 0을 하나 붙이는 것이다. 10진수에서 10을 곱하면 끝에 0이 붙는 것과 같다.

쓰는 때. 주소가 xxxx:yyyy 꼴로 적혀 있고 실주소 모드(MS-DOS, BIOS)의 이야기일 때다. 보호 모드의 32비트 프로그램에서는 주소 하나가 32비트 수 하나라서 이 계산이 필요 없다.

순서.

  1. 세그먼트 끝에 0 붙이기: 세그먼트 값을 16진수로 쓰고 오른쪽에 0을 하나 붙인다.
  2. 오프셋 더하기: 오프셋을 16진수 덧셈으로 더한다.

예제

08F1:0100을 선형 주소로

  1. 세그먼트 끝에 0 붙이기: 08F1 → 08F10.
  2. 오프셋 더하기: 08F10 + 0100 = 09010.
   0 8 F 1 0      ← 세그먼트에 0을 붙인 값
 +   0 1 0 0      ← 오프셋
 -----------
   0 9 0 1 0      ← 선형 주소

오른쪽에서 셋째 자리에서 F + 1 = 16이라 0을 쓰고 1을 올린다. 그래서 8이 9가 된다.

서로 다른 쌍이 같은 자리를 가리킨다. 0900:0010도 09000 + 0010 = 09010h다. 0901:0000도 09010h다. 세그먼트 값이 1 늘면 구역의 시작이 16바이트만 뒤로 간다. 구역 하나의 길이는 65,536바이트(64KB)이므로 이웃 구역들이 거의 다 겹친다1.

가장 큰 쌍. FFFF:FFFF는 FFFF0 + FFFF = 10FFEFh다. 20비트로 적을 수 있는 가장 큰 수 FFFFFh를 넘는다1.

활용

  • 실주소 모드에서 세그먼트 값은 세그먼트 레지스터(CS, DS, SS, ES)에 들어 있다: x86 레지스터. 프로그램은 보통 오프셋만 적고, 프로세서가 레지스터의 세그먼트 값과 합친다1.
  • 인터럽트 벡터 표의 칸 하나는 이 꼴의 주소(세그먼트 16비트 + 오프셋 16비트 = 32비트)다: INT 명령과 인터럽트 벡터 표.
  • 흔한 실수: 두 수를 그냥 이어 붙이는 것. 08F1:0100은 08F10100h가 아니다. 한 자리만 밀어서 더한다.
  • 흔한 실수: 10진수로 더하는 것. F + 1은 10이 아니라 올림이 생기는 10h다. 연습은 16진 계산과 2의 보수 연습에 있다.

연결

  • 선수: x86 동작 모드, 진법과 자릿수
  • 운영체제 과목의 세그먼테이션도 “구역 번호 + 오프셋”으로 주소를 적는다. 다른 점은 구역의 시작 주소를 찾는 방법이다. 그쪽은 표에서 시작 주소와 길이를 찾아 길이를 넘는지 검사한다. 실주소 모드는 표 없이 16을 곱할 뿐이고, 길이 검사도 보호도 없다.
  • 1MB 안의 어느 주소에 무엇이 있는가: MS-DOS 메모리 배치

확인 문제

C1 1234:0010, B800:0000, 0040:0017을 선형 주소로 바꾸라.

답: 12350h, B8000h, 00417h.
이유: 12340 + 0010 = 12350. B8000 + 0000 = B8000. 00400 + 0017 = 00417. 세 주소는 연습용으로 고른 값이다1.

C2 세그먼트 값에 왜 하필 16을 곱하는가? 곱하지 않고 그냥 더하면 무엇이 안 되는가?

답: 세그먼트와 오프셋은 둘 다 16비트라서, 그냥 더하면 합이 많아야 1FFFEh로 17비트밖에 안 된다. 1MB(20비트)를 다 가리키지 못한다. 16을 곱하면 세그먼트 값이 왼쪽으로 4비트 밀려 20비트 수가 되고, 구역의 시작점이 1MB 전체에 16바이트 간격으로 놓인다.

C3 “세그먼트:오프셋 쌍이 다르면 가리키는 자리도 다르다”가 틀렸음을 보이는 예를 들어라.

답: 1234:0010과 1000:2350. 둘 다 12350h다. 12340 + 0010 = 12350, 10000 + 2350 = 12350.
이유: 구역의 시작은 16바이트 간격인데 구역 하나의 길이는 65,536바이트라서 구역들이 겹친다.

  1. 모든 값은 검증 코드로 확인했다. 내용은 교재 Irvine, Assembly Language for x86 Processors 7판, 2.3.1절에 있다. ↩ ↩2 ↩3 ↩4