Организация адресного пространства оперативной

     памяти MS DOS

 

Оперативная память представляет собой совокупность элементарных ячеек для хранения информации – байтов, каждый из которых имеет свой собственный номер, называемый адресом. Адрес позволяет обращаться к любому байту памяти. Структура адреса MS DOS – это два 16-разрядных слова типа WORD, которые трактуются как сегмен т и смещение внутри сегмента. Сегмент – это участок памяти, имеющий длину 65536 байт (64 Кбайт = 2¹⁶ байт) и начинающийся с физического адреса, кратного 16 (т.е. 0, 16, 32 и т.д.). Смещение указывает, на каком расстоянии от начала сегмента находится нужный байт памяти. Таким образом, любая ячейка адресного пространства определяется парой чисел СЕГМЕНТ: СМЕЩЕНИЕ.

Адресное пространство современных компьютеров гораздо больше 64 Кбайт и организовано оно последовательными непрерывными областями -сегментами. Для адресации в пределах, например, 1 Мбайта необходимо 20 двоичных разрядов (1 Мбайт = 2²⁰ байт), которые получаются из двух 16-разрядных слов (сегмента и смещения) следующим образом: содержимое сегмента сдвигается влево на 4 разряда, освободившиеся правые разряды заполняются нулями, результат складывается с содержимым смещения (рис. 9).

 

 

 

Рис. 9. Схема формирования адреса

 

Фрагмент памяти размером 16 байт называется параграфом, следовательно, сегмент адресует память с точностью до параграфа, а смещение – с точностью до байта. Адреса принято записывать в 16-ричном формате.

Можно получить адрес ячейки оперативной памяти, отсчитанный от начала памяти, т.е. от адреса 0000: 0000. Такой адрес называется сплошным, его элементом хранения является число типа LongInt.

 

Сплошной адрес = СЕГМЕНТ * 16 + СМЕЩЕНИЕ.

 

Существует понятие нормализованного адреса, у которого смещение находится в диапазоне 0..15 ($0000..$000F). Сплошной адрес переводится в нормализованный формат следующим образом:

СЕГМЕНТ = Сплошной адрес div 16,

СМЕЩЕНИЕ = Сплошной адрес mod 16.

 

Понятие указателя

 

Указание связано с использованием ссылочного или указательного типа. Указатель – это особый объект, в элементе хранения которого могут содержаться адреса любых других объектов. Таким образом, константами ссылочного типа являются адреса ячеек оперативной памяти и особое значение указателя - NIL, которое не указывает ни на один из существующих в программе объектов. Мощность ссылочного типа определяется адресным пространством оперативной памяти. Размер элемента хранения ссылочного типа равен размеру элемента хранения адреса и составляет 4 байта.

 

Sizeof(Pointer_Type) = 4 (байта).

 

Объекты ссылочного типа подразделяются на типизированные (ограниченные) и нетипизированные (свободные) указатели. Свободный указатель имеет встроенный тип POINTER, может хранить адрес любого объекта (в том числе и объекта ссылочного типа), но не позволяет получить доступ к атрибутам объекта, т.к. ни с каким конкретным типом свободный указатель не связан. Ограниченный указатель всегда определяется так, чтобы указывать на объекты определенного типа.

 

Type PPoint = ^ Point;	{ указатели на объекты типа ТОЧКА }
Type PCircle = ^ Circle;	{ указатели на объекты типа ОКРУЖНОСТЬ }

 

Определить тип ограниченного указателя можно и до определения того типа, с которым он связан. Пример описания объектов ссылочного типа:

 

Var pp: PPoint; pc: PCircle;

 

Действия над указателями

 

ПРИСВАИВАНИЕ

Присваивание для указателей сводится к пересылке значения одного указателя другому. Совместимыми по присваиванию являются:

¨ два указателя одного и того же типа;

¨ константа NIL и свободный указатель;

¨ константа NIL и ограниченный указатель любого типа;

¨ свободный указатель и ограниченный указатель любого типа.

Ограниченному указателю одного типа можно присвоить значение ограниченного указателя другого типа с помощью функции приведения типов POINTER (но без крайней необходимости делать это не следует, т.к подобные действия приводят к нарушению строгой типизации).

Каждый указатель перед использованием необходимо инициализировать, т.е. установить на соответствующий объект.

Установка указателя на объект, адрес которого неизвестен, производится с помощью встроенной функции взятия адреса – Addr(), аргументом которой является идентификатор объекта. Эта функция возвращает результат типа Pointer, в котором содержится адрес аргумента. Аналогичный результат возвращает операция @.

 

Type PPoint = ^ Point; Point = record X, Y: word end; PCircle = ^ Circle; Circle = record R: word; Center: Point end;	{ тип - указатели на объекты типа ТОЧКА } { тип ТОЧКА }   { тип - указатели на объекты типа ОКРУЖНОСТЬ } { тип ОКРУЖНОСТЬ }
Var op: Point; pp: PPoint; oc: Circle; pc: PCircle;	{ объект ТОЧКА } { объект – указатель на объект ТОЧКА } { объект ОКРУЖНОСТЬ } { объект – указатель на объект ОКРУЖНОСТЬ }
begin op.X:=100; op.Y:=200; pp:= @op; pc:= addr (oc);	{ заполнение атрибутов объекта ТОЧКА} { установка указателя на объект ТОЧКА } { установка указателя на объект ОКРУЖНОСТЬ }
with oc do begin R:=5; with Center do begin X:=10; Y:=20 end; end;	{ заполнение атрибутов объекта ОКРУЖНОСТЬ }

 

Установка указателя на объект, адрес которого известен и хранится в другом указателе, производится с помощью присваивания.

 

Var

pp, pp1, pp2: PPoint; pc: PCircle; p: Pointer;          

begin

pp1:= pp; p:= pc; pp2:= nil; 

Результат выполнения этих операций иллюстрируется рис. 10.

 

 

 

Рис. 10. Присваивание указателей

 

ДОСТУП К ОБЪЕКТУ ЧЕРЕЗ УКАЗАТЕЛЬ. РАСКРЫТИЕ ССЫЛКИ.

Доступ к объекту через ограниченный указатель связан с предварительной установкой указателя на объект и последующим раскрытием ссылки. При этом имя указателя используется как идентификатор, за которым следует символ “ ^ ”, (т.е. калидент с постфиксом “^”). Доступ к объекту и его атрибутам осуществляется в несколько шагов:

¨ имя указателя – указатель используется для получения адреса того объекта, с которым он связан

¨ имя указателя^ - открывает доступ ко всему объекту, адрес которого хранится в указателе

¨ имя указателя^.  - открывает доступ к атрибутам объекта

¨ имя указателя^  . имя атрибута – открывает доступ к конкретному атрибуту объекта.

Каждый из подобных квалидентов открывает доступ к уникальному объекту или атрибуту объекта.

                                                                                                 

Var p: PCircle;

p	{ доступ к объекту ОКРУЖНОСТЬ }
p^.R	{ доступ к атрибуту РАДИУС объекта ОКРУЖНОСТЬ }
p^.Center.X	{ доступ к атрибуту X объекта ОКРУЖНОСТЬ }
p^.Center.Y	{ доступ к атрибуту Y объекта ОКРУЖНОСТЬ }

 

 В общем случае размер объекта типа указатель, не равен размеру элемента хранения объекта, доступ к которому он открывает и не равен размеру атрибута объекта, т.е.

 

Sizeof(указатель) # Sizeof(указатель^) # Sizeof(указатель^. атрибут).

 

Для того чтобы сократить длину дистанции доступа при идентификации указанием, можно использовать оператор присоединения

 

WITH < указатель^ > DO begin < присоединяемый фрагмент > end;

Var oc: Circle; p: PCircle;

begin

p:=addr(oc);

with p^ do begin

Center.X:=10; Center.Y:=20; R:=5

end;

Любое присоединение, объявленное оператором WITH, выполняется после того, как определено значение присоединяющего квалидента (другими словами, адреса того объекта, к атрибутам которого будет осуществляться доступ через указатель), т.е. до “входа” в обрабатываемый фрагмент. Изменение значения присоединяющего указателя внутри присоединяемого фрагмента не изменит уже созданного присоединения. Поэтому переустановка указателя, присоединяющего к обрабатываемому объекту, внутри присоединяемого фрагмента недопустима, а может выполняться только до оператора WITH. Правильный пример использования оператора присоединения приведен выше. Ошибочный пример следует далее:

 

Var oc1, oc2: Circle; p: PCircle;

 begin

p: = @oc1;

with p^ do begin

p: = @oc2;                         { ошибка: переустановка указателя внутри

                                                присоединяемого фрагмента }

p^. R: = ……

end;

 

Если два типизированных указателя указывают на разные объекты одного и того же типа, то одному объекту можно присвоить значения атрибутов другого объекта. Например:

 

Var p, q: PCircle;

Begin

p^. R:=5; p^. Center.X:=10; p^.Center.Y:=20;                { * 1 * } q^:=p^;                                                                                   { * 2 * }

 

Выполнение операторов { * 1 * } и { * 2 * } иллюстрирует рис. 11.

 

 

 

Рис. 11. Выполнение операторов  { * 1 * } и { * 2 * }

 

Оператор { * 2 * } эквивалентен следующей группе операторов:

 

q^.R:=p^.R; q^.Center.X:= p^.Center.X; q^.Center.Y:=p^.Center.Y;

 

Заметим, что с использованием присоединения эту группу операторов можно записать следующим образом:

 

with q^ do begin

R:=p^.R; Center.X:=p^.Center.X; Center.Y:=p^.Center.Y

end;

 

или

 

with p^ do begin

q^.R:=R; q^.Center.X:=Center.X; q^.Center.Y:=Center.Y

end;

 

После выполнения присваивания значения атрибутов первого и второго объекта становятся равными, а указатели по-прежнему указывают на разные объекты.

 

СРАВНЕНИЕ УКАЗАТЕЛЕЙ.

Указатели можно сравнивать между собой на равенство и неравенство. Два указателя считаются равными, если они указывают на один и тот же объект или оба никуда не указывают (оба равны NIL). Неравные указатели указывают на разные объекты или один из них никуда не указывает. Указатель можно сравнивать с константой NIL, чтобы узнать, ссылается ли данный указатель на конкретный объект. Порядок вычисления булевских выражений в условных операторах, использующих доступ к атрибутам объектов через указатели, очень важен. Например оператор:

 

If (p <> nil) and (p^. R = 10) then …

 

будет работать корректно, даже если p = nil. В этом случае второе условие проверяться не будет согласно правилу вычисления булевских выражений.

     Оператор

 

If (p^. R = 10)  and (p <> nil) then …

 

является некорректным, т.к. если p = nil, выражение p^. R = 10 не имеет смысла, поскольку указатель p ни на какой конкретный объект не указывает.