[CPU] 8086 세그먼트와 오프셋의 개념

8086은 1978년 인텔에서 제작된 CPU로서 처음으로 x86 아키텍처를 적용한 제품입니다.
(모든 80x86 CPU는 8086을 기초로 하여 만들어졌으므로 8086에서 사용되는 명령어는 다른 80x86 제품에서도 사용할 수 있습니다.) 클럭은 제품에 따라 4.77MHz에서 10MHz까지 다양하며 16 bit 레지스터를 사용하였습니다. 내부적으로는 16 bit 레지스터를 사용했지만, 어드레스 버스가 20 bit 였으므로 1024 * 1024 = 1048576 (byte) = 1MB 만큼의 메모리를 사용할 수 있었습니다.

어드레스 버스가 20 bit 였기때문에 최대 1MB(2^20)의 메모리까지 사용할 수 있었지만, 바이오스에서 사용하는 영역인 384KB를 제외하면 640KB만을 실제로 사용할 수 있었습니다.

0x0 - 0x3FF의 0x400(1KB)은 IVT로 사용하고, 0x400 - 0x4FF 까지는 BDA, 0x500 - 0x9FFFF 까지는 자유롭게 사용할 수 있다고 나와있지만 사실 0x7C00 - 0x7DFF 의 512byte에는 부트코드가 있어야합니다. 또한 0x9FC00 - 0x9FFFF 의 1KB 영역에는EBDA(Extended BIOS Data Area)가 있으므로 사용할 수 없습니다. IVT와 BDA 그리고, 이런 부분들을 제외하면 약 640KB 정도가 됩니다. 상위의 0xA0000 - 0xFFFFF 까지의 0x60000(384KB)는 ROM 영역입니다.

x86의 초기모델인 8086은 이렇게 총 1MB(20 bit)의 메모리를 사용하도록 설계되어 있었지만, CPU 내부 구조는 16 bit 레지스터를 사용하고 있었으므로 최대 2^16인 65536 Byte, 즉 64KB의 메모리밖에 사용할 수 없었습니다. 이에 인텔은 세그먼트와 오프셋이라는 개념을 도입해서 16 bit 레지스터를 이용해 20 bit를 가리킬 수 있도록 합니다.

Segment : Offset 과 같이 쓰며, 이렇게 표시되어있는 논리주소는 세그먼트를 4bit 시프트하고, 거기에 오프셋을 더해 물리주소로 변환합니다. 예를들어 0x0700:0x0C00 이라면 0x0700을 4bit 왼쪽으로 시프트(16진수로는 자릿수 0을 더해서)하고 거기에 오프셋 값을 더해서 0x7000 + 0x0C00 = 0x7C00 이 됩니다. 이 방법을 통해서 0x00000 부터 최대 0xFFFFF 까지 1MB의 메모리를 사용할 수 있게 되었습니다. 따라서 하나의 세그먼트는 64KB가 되며, 이 세그먼트부터 다음 세그먼트 사이에 존재하는 주소에 접근하기 위해서 오프셋을 사용합니다.

CS는 IP와 같이 쓰여 CS : IP 형태로 명령어 인출에 사용됩니다. 스택 처리는 SS : SP 와 같은 형태로 스택 세그먼트 레지스터와 SP 레지스터가 사용되며 데이터 접근에는 주로 DS 세그먼트 레지스터가 주로 사용됩니다.