IA-32 Architecture (4/4)

要用那個 Segment Register ?

在 IA-32 架構中，一共有六個 segment register，而這幾個 segment register 又有個別不同的用途，使用上可以根據所要進行的操作來決定要用那個 register。

取得指令

當要讀取在記憶體中的指令時，CS register 便可提供指令所在的 segment base address，而 offset 部分則是由 IP(或是 EIP) register 所提供。

因此，指令所在的記憶體位址可以用下面的形式來表示：

CS:(E)IP

stack 的操作

當 CPU 進行 stack 的操作時(例如：push、pop)，SS register 就會扮演 segment base address 的角色，而 offset 的部分則是 SP(或是 ESP) register。

存取資料

若存取記憶體是為了要讀寫資料的話，則預設由 DS 提供資料所在的 segment base address，而 offset 的部分則會根據定址模式的不同會有不同。


Input / Output

I/O 裝置相當多，不過大致可分為三種，分別是：

1. input device
   這一類的裝置包含滑鼠、鍵盤.... 等等。
   
2. output device
   這一類裝置包含螢幕、印表機 .... 等等。
   
3. input/output device
   這一類裝置的代表則是磁碟機。

I/O 裝置與系統的溝通，都會被包含在 system bus 中；而為了減少因為眾多 I/O 連結至系統造成實作複雜、效能低落的情況發生，在 system bus 與 I/O 裝置之間加上了一個 I/O controller，以下用一張圖來說明：


因為若是讓 I/O 裝置直接與 system bus 銜接，CPU 就必須要了解並知道如何與 I/O 裝置進行溝通，因此效能肯定低落；透過 I/O controller，讓 I/O 裝置到 system bus 的訊號可以有一定的規範，CPU 就可以專心處理使用者的程式而非這些繁瑣的 I/O 工作。


一般在 I/O controller 中會有三個 register，分別是 data register、status register、command register。 若 CPU 要與 I/O 裝置進行溝通，就僅會跟相對應該裝置的 controller 進行溝通，而不是以直接的方式。

假設以送一個字元到印表機列印為例，會進行以下步驟：

1. 一開始就會檢查 status register，確認印表機是開機或是關機、忙碌或是閒置、紙張是否用光 .... 等等
2. 在 status register 中，bit 4 可用來判斷是否開機、bit 5 可用來判斷紙張是否用光、bit 7 可用來判斷是否忙碌 .... 等等
3. data register 則是保存所要列印的資料，最後 command register 中則是包含 CPU 所要傳送至印表機的指令

而 CPU 是如何與 I/O controller 內部的 register 進行溝通呢? 答案是透過 I/O ports，而 I/O port 即為 I/O controller 內部 register 所在的位址。

接著說明 mapping I/O port 的方式，一共有兩種，分別是：

1. memory-mapped I/O
   每個 I/O port 都會有其對應的記憶體位址。
   
2. isolated I/O
   I/O address 空間與一般程式所使用的記憶體是分開的，自己獨立成為 I/O address space。在 IA-32 架構中提供了 64 KB 的空間作為 I/O address space 之用，可以用在 8-bit、16-bit、32-bit 的 I/O port 上，不論其使用方式，只要不超過 64 KB 的空間即可。
   

存取 I/O 裝置的方式

撰寫組合語言，可以直接透過 I/O controller 與 I/O 裝置進行歐通，但其實這樣是很辛苦的，因為有許多很 routine 的動作必須要完成(一般這是由 device driver 負責的)，因此不但不方便而且也容易出錯，以磁碟裝置為例，若是沒寫好，說不定還會把資料全毀也不一定。

而為了避免這個情況發生，OS 通常都會提供 I/O 的標準存取方式；在 Linux 中稱為 system call，在 windows 中則稱為 interrupt。