Способы адресации
Косвенная базовая индексная адресация со смещением
Косвенная базовая индексная адресация
При этом виде адресации эффективный адрес формируется как сумма содержимого двух регистров общего назначения: базового и индексного. В качестве этих регистров могут применяться любые регистры общего назначения, при этом часто используется масштабирование содержимого индексного регистра.
Например:
mov eax,[esi][edx]
В данном примере эффективный адрес второго операнда формируется из двух компонентов (esi)+(edx).
Этот вид адресации является дополнением косвенной индексной адресации. Эффективный адрес формируется как сумма трех составляющих: cодержимого базового регистра, cодержимого индексного регистра и значения поля смещения в команде.
К примеру, команда mov eax,[esi+5][edx] пересылает в регистр eax двойное слово по адресу: (esi) + 5 + (edx).
Команда add ax,array[esi][ebx] производит сложение содержимого регистра ax с содержимым слова по адресу: значение идентификатора array + (esi) + (ebx).
Следует различать понятия адресный код в команде АК и исполнительный адрес АИ. Адресный код - это информация об адресе операнда, содержащаяся в команде. Исполнительный адрес - это номер ячейки памяти, к которой производится фактическое обращение. В современных ЭВМ адресный код, как правило, не совпадает с исполнительным адресом.
Выбор способов адресации, формирования исполнительного адреса и преобразования адресов является одним из важнейших вопросов разработки ЭВМ. Рассмотрим способы адресации, используемые в современных ЭВМ.
Подразумеваемый операнд. В команде не содержится явных указаний об адресе операнда; операнд подразумевается и фактически задается кодом операции команды. Данный способ используется не часто, однако имеется несколько важных случаев его применения. В качестве примера можно привести команды подсчета, в которых к некоторому числу, (содержимому счетчика) прибавляется фиксированное приращение, чаще единица младшею разряда. Один из операндов - число в счетчике - обычно адресуется явным методом, второй операнд - приращение - не адресуется, в памяти машины не содержится и является подразумеваемым.
Подразумеваемый адрес. В команде не содержится явных указаний об адресе участвующего в операции операнда или адреса, по которому помещается результат операции, но этот адрес подразумевается. Например, команда может содержать адреса обоих операндов, участвующих в операции, при этом подразумевается, что результат операции помещается по адресу одного из операндов, или команда указывает только адрес одного операнда, а адрес второго, которым является содержимое специального регистра (называемого регистром результата или аккумулятором), подразумевается.
Непосредственная адресации. В команде содержится не адрес операнда, а непосредственно сам операнд. При непосредственной адресации не требуется обращения к памяти для выборки операнда и ячейки для его хранения Это способствует уменьшению времени выполнения программы и занимаемого ею объема памяти. Непосредственная адресация удобна для хранения различного рода констант, однако следует иметь в виду, что при этом способе адресации длина операнда короче кода команды, поскольку часть разрядов команды занята под код операции.
Прямая адресация. Исполнительный адрес совпадает с адресной частью команды. Этот способ адресации был общепринятым в первых вычислительных машинах и продолжает применяться в настоящее время в комбинации с другими способами.
В указанной форме непосредственная адресация реализуется в ЭВМ со сравнительно длинным машинным словом (32 разряда и более).
Относительная адресация или базирование. Исполнительный адрес определяется суммой адресного кода команды АК и некоторого числа AБ, называемого базовым адресом:
АИ = АК + АБ.
Для хранения базовых адресов в машине могут быть предусмотрены регистры или специально выделенные для этой цели ячейки памяти (базовые регистры). В команде выделяется поле В для указания номера базового регистра.
Относительная адресация позволяет при меньшей длине адресного кода команды обеспечить доступ к любой ячейке памяти. Для этого число разрядов в базовом адресе выбирают таким, чтобы можно было адресовать любую ячейку ОП, а адресный код АК, самой команды используют для представления лишь сравнительно короткого «смещения» (обозначают буквой D). Смещение D определяет положение операнда относительно начала массива, задаваемого базовым адресом АБ. Рисунок 3.5 поясняет процесс формирования исполнительного адреса.
Большей частью исполнительный адрес при базировании образуется с помощью сумматора согласно выражению (рис. 3.5)
где В и D - коды (числа), стоящие в соответствующих полях команды: (В) -содержимое регистра с номером В. При В = 0 относительная адресация блокируется.
Более подробно обращение к ОП при относительной адресации можно представить в следующем виде:
если РгК[В] = 0
то РгАОП := РгК[0]
иначеРгАОП :=
РгB + РгК[D];
Счит: РгИОП :=
ОП [РгАОП}:
Суммирование при образовании АИ связано с потерей времени. Поэтому применяют также формирование исполнительного адреса методом совмещения (рис. 3.5,в). В этом случае базовый адрес содержит старшие, а смещение - младшие разряды исполнительного адреса, которые объединяются в РгАОП согласно операции конкатенации слова:
РгАОП := РгВ|РгК[D];
Однако при совмещении базовый адрес может задавать не любую ячейку, а только те ячейки, адреса которых содержат 0 в младших разрядах, соответствующих смещению.
Относительная адресация обеспечивает так называемую перемещаемость программ, т. е. возможность передвижения программ в памяти без изменений внутри самой программы.
Укороченная адресация. Для уменьшения длины кода команды часто применяется так называемая укороченная адресация. Суть ее сводится к тому, что в команде задаются только младшие разряды адресов, старшие разряды при этом подразумеваются нулевыми. Такая адресация позволяет использовать только небольшую группу фиксированных ячеек с начальными (короткими) адресами и поэтому может применяться лишь совместно с другими способами адресации.
Регистровая адресация есть частный случай укороченной, когда в качестве фиксированных ячеек с короткими адресами используются регистры (ячейки сверхоперативной или местной памяти) процессора. Например, если таких регистров 16, то для адреса достаточно четырех двоичных разрядов. Регистровая адресация наряду с сокращением длины адресов операндов позволяет увеличить скорость выполнения операций, так как уменьшается число обращений к ОП.
Косвенная адресация. Адресный код команды указывает адрес ячейки памяти, в которой находится адрес операнда или команды. Таким образом, косвенная адресация может быть иначе определена как «адресация адреса».
На косвенную адресацию указывает код операции команды, а в некоторых ЭВМ в команде отводится специальный разряд (указатель адресации - УА), и цифра 0 или 1 в нем указывает, является адресная часть команды прямым адресом или косвенным. Обращение к ОП за операндом при косвенной адресации представляет собой следующую процедуру:
РгАОП := РгК [А];
Счит: РгИОП := ОП[РгАОП];
если УА=0 то идти к М иначе РгАОП := РгИОП;
Счит: РгИОП := ОП [РгАОП];
М: РгАЛУ := РгИОП;
В некоторых ЭВМ используется многоступенчатая косвенная адресация. В этом случае ячейки памяти содержат также разряд-указатель косвенной адресации (УА). Если этот разряд указывает на продолжение косвенной адресации, то машина последовательно выбирает из памяти адреса до тех пор, пока не будет найдена ячейка, в которой разряд-указатель определит прямую адресацию. Адрес из этой последней ячейки и является искомым исполнительным адресом.
Косвенная адресация широко используется в малых и микроЭВМ, имеющих короткое машинное слово, для преодоления ограничений короткого формата команды.
Рассмотрим широко применяемое в микропроцессорах, малых и микроЭВМ совместное использование укороченной (регистровой) и косвенной адресаций (рис.3.6). Пусть необходимо передать число 4527 из Рг5 в ячейку ОП 1765. Длина адресных полей команды достаточна лишь для указания коротких номеров регистров, она не позволяет задать в команде полный адрес ячейки памяти. Поэтому операнд 4527 указывается регистровой косвенной адресацией (УА=0), а для задания адреса 1765 приходится воспользоваться регистровой косвенной адресацией (УА=1), при которой в команде указывается номер регистра (в рассматриваемом примере РгЗ), предварительно загруженного полным адресом ячейки, в которою производится передача.
Автоинкрементная и автодекрементная адресации. Поскольку регистровая косвенная адресация требует предварительной загрузки регистра из ОП косвенным адресом, что связано с потерей времени, такой тип адресации особенно эффективен при обработке массива данных, если имеется механизм автоматического приращения или уменьшения содержимого регистра при каждом обращении к нему, называемый соответственно авто инкрементной и автодекрементной адресацией. В этом случае достаточно 1 раз загрузить в регистр адрес первого обрабатываемого элемента массива, а затем при каждом обращении к регистру в нем в результате инкрементной (декрементной) процедуры формируется адрес следующего элемента массива.
При автоинкрементной адресации по содержимому регистра сначала содержимое регистра используется как адрес операнда, а затем получает приращение, равное числу байт в элементе массива. При автодекрементной адресации сначала содержимое указанного в команде регистра уменьшается на число, равное числу байт в элементе массива, а затем используется как адрес операнда.
Автоинкрементная и автодекрементная адресации могут рассматриваться как упрощенный вариант индексации - весьма важного механизма преобразования адресных частей команд и организации вычислительных циклов, поэтому их часто называют автоиндексацией.
Адресация слов переменной длины. Эффективность вычислительных систем, предназначенных для обработки данных (экономических, плановых и др.), повышается, если имеется возможность выполнять операции со словами переменной длины. В этом случае в машине должна быть предусмотрена адресация слов переменной длины, которая обычно реализуется путем указания в команде местоположения в памяти начала слова и его длины.
Обычно в ЭВМ одновременно используется несколько типов адресации Тип адресации указывается либо неявно кодом операции, либо в явной форме в специальном поле адресной части команды.