12 Extended Memory Access Using Segments

當 CPU 執行在 16-bit mode 時，表示 register 的最大 size 為 16 bit。這表示最大的 address 是 0xffff，也就是 memory 最大只能到 64KB。

那如果 memory 的 size 超過 64KB 該怎麼辦呢？

在 16-bit 下，我們可以用 special register cs、ds、ss 以及 es――稱為 segment register――來超過 64KB 的 memory size 限制。

我們將 memory 想像成被切成好幾塊 segment，這些 segment 以 segment register 為 index。當我們指定某個 16-bit address 時，CPU 會自動以某個 segment register 及我們指定的 address 計算出真正的 memory address。

其中這「某個」segment register 如何決定的？除非特別指定，否則 CPU 會以 instruction 的 context 來決定要用哪個 segment register。例如 mov ax, [0x34ef] 的 instruction 就會預設使用 data segment ds。

那麼 CPU 是怎麼計算實際 address 的呢？

CPU 會將 segment register 的值乘 16，再加上我們指定的 address（也就是 offset）得到實際 address。因為我們通常用 16 進位表示 register 的值，例如 0x32，乘 16 就是將 16 進位的數字左移一格，變成 0x320。如果我們設定 ds 為 0x32，則 mov ax, [0x20] 的 [0x20] 實際 address 是 0x320 + 0x20 = 0x340。

另外，segment register 無法直接用 mov 來 assign 值，需要先將值放到 general register，再 mov 到 segment register 裡，如下：

mov ax, 0x123
mov ds ds, ax

segment-based 的 address 方式讓我們可以使用更多 memory，因為總共的 address 可以有 0xffff * 16 + 0xffff 個，也就是 1MB 多一點。