Лекция 9. Методы адресации

Методы и режимы адресации зависят от трех главных факторов:

· организации пространства памяти, где хранятся операнды: во внутренних регистрах, в системной памяти, в самой команде, стековая память, в портах ввода/вывода;

· структурной организации памяти: линейная, страничная, сегментная, смешанная;

· программная модель процессора, программные ресурсы.

Рис. 9.1 Методы и режимы адресации

Пространство памяти предназначено для хранения кодов команд и данных, для доступа к которым имеется богатый выбор методов адресации (около 24). Операнды могут находиться во внутренних регистрах процессора (наиболее удобный и быстрый вариант). Они могут располагаться в системной памяти (самый распространенный вариант). Наконец, они могут находиться в самой команде и в устройствах ввода/вывода (наиболее редкий случай).

Определение места положения операндов производится кодом команды. Причем существуют разные методы, с помощью которых код команды может определить, откуда брать входной операнд и куда помещать выходной операнд. Эти методы называются методами адресации. Эффективность выбранных методов адресации во многом определяет эффективность работы всего процессора в целом.

Механизмы адресации операндов, находящихся в регистровой памяти и в ОЗУ существенно различаются. Механизмы адресации операндов, находящихся в регистровой памяти и в оперативной памяти, существенно различаются. К регистровой памяти допускается лишь прямая регистровая адресация. При этом в команде указывается номер регистра, содержащего операнд. 16-разрядный операнд может находиться в регистрах AX, BX, CX, DX, DI, SI, SP, BP, а 8-разрядный - в регистрах AL, AH, BL, BH, CL, CH, DL, DH.

Адресация оперативной памяти имеет свои особенности, связанные с ее разбиением на сегменты и использованием сегментной группы регистров для указания начального адреса сегмента

Так, например, в компьютерах, имеющих стековую организацию памяти, применяется вообще безадресное кодирование команд, но об этом позже. В современных компьютерах в самой команде адрес, как правило, явным образом не указывается, дабы избежать увеличение длины команды. Для этого при обращении к ОЗУ процессор использует метод косвенной адресации. Его суть состоит в том, что адрес ячейки памяти предварительно заносится в один из регистров процессора, а команда содержит лишь ссылку на этот регистр. Понятны достоинства этого метода, количество регистров мало, обращаться можно по номеру регистра, адреса в регистре очень удобно модифицировать (например, циклически увеличивая на заданную величину). И, последнее, вспомним, что современный процессор работает непосредственно только с регистрами своей сверхбыстродействующей памяти.

Прямая или абсолютная адресация. Физический адрес операнда содержится в адресной части команды. Формальное обозначение:

Операнд_i = (А_i),

где А_i – код, содержащийся в i-м адресном поле команды.

Рис. 9.2 Прямая адресация

Пример: mov Al,[2000] – передать операнд, который содержится по адресу 2000h в регистр AL.

Add R1,[1000] – сложить содержимое регистра R1 с содержимым ячейки памяти по адресу 1000h и результат переслать в R1.

Допускается использование прямой адресации при обращении, как к основной, так и к регистровой памяти.

Непосредственная адресация. В команде содержится не адрес операнда, а непосредственно сам операнд.

Операнд_i= А_i.

Рис. 9.3 Непосредственная адресация

Непосредственная адресация позволяет повысить скорость выполнения операции, так как в этом случае вся команда, включая операнд, считывается из памяти одновременно и на время выполнения команды хранится в процессоре в специальном регистре команд (РК). Однако при использовании непосредственной адресации появляется зависимость кодов команд от данных, что требует изменения программы при каждом изменении операнда.

Пример: mov eax,0f0f0f0f – загрузить константу 0f0f0f0f h в регистр eax.

Косвенная (базовая) адресация. Адресная часть команды указывает адрес ячейки памяти или номер регистра, в которых содержится адрес операнда:

Операнд_i = ((А_i)).

Рис. 9.4 Косвенная адресация

Применение косвенной адресации операнда из оперативной памяти при хранении его адреса в регистровой памяти существенно сокращает длину поля адреса, одновременно сохраняя возможность использовать для указания физического адреса полную разрядность регистра. Недостаток этого способа – необходимо дополнительное время для чтения адреса операнда. Вместе с тем он существенно повышает гибкость программирования. Изменяя содержимое ячейки памяти или регистра, через которые осуществляется адресация, можно, не меняя команды в программе, обрабатывать операнды, хранящиеся по разным адресам. Косвенная адресация не применяется по отношению к операндам, находящимся в регистровой памяти.

Пример: mov al,[ecx] – передать в регистр AL операнд (содержимое) ячейки памяти, адрес которой находится в регистре ECX.

Предоставляемые косвенной адресацией возможности могут быть расширены, если в системе команд ЭВМ предусмотреть определенные арифметические и логические операции над ячейкой памяти или регистром, через которые выполняется адресация, например увеличение или уменьшение их значения на единицу (и не только на 1).

В этом случае речь идет о базовой адресации со смещением.

Пример: mov eax,[eci+4] – передать в регистр EAX операнд, который содержится по адресу ECI (регистр индекса) со смещением плюс 4.

Иногда, адресация, при которой после каждого обращения по заданному адресу с использованием механизма косвенной адресация, значение адресной ячейки автоматически увеличивается на длину считываемого операнда, называется автоинкрементной. Адресация с автоматическим уменьшением значения адресной ячейки называется автодекрементной.

Регистровая адресация. Предполагается, что операнд находится во внутреннем регистре процессора.

Например: mov eax,cro – передать в EAX содержимое CR0 (регистр управления) или

mov ebx,edx – передать в регистр базы EBX содержимое регистра данных EDX.

Индексная адресация (со смещением) – содержимое РОН используется в качестве компоненты эффективного адреса (как правило, работа с массивами).

Пример: sub array [esi],2 – вычесть 2 из элемента массива, на который указывает регистр ESI.

Относительная адресация. Этот способ используется тогда, когда память логически разбивается на блоки, называемые сегментами. В этом случае адрес ячейки памяти содержит две составляющих: адрес начала сегмента (базовый адрес) и смещение адреса операнда в сегменте. Адрес операнда определяется как сумма базового адреса и смещения относительно этой базы:

Операнд_i = (база_i + смещение_i).

Для задания базового адреса и смещения могут применяться ранее рассмотренные способы адресации. Как правило, базовый адрес находится в одном из регистров регистровой памяти, а смещение может быть задано в самой команде или регистре.

Рассмотрим два примера.

1. Адресное поле команды состоит из двух частей, в одной указывается номер регистра, хранящего базовое значение адреса (начальный адрес сегмента), а в другом адресном поле задается смещение, определяющее положение ячейки относительно начала сегмента. Именно такой способ представления адреса обычно и называют относительной адресацией.

Рис. 9.5 Относительная адресация

2. Первая часть адресного поля команды также определяет номер базового регистра, а вторая содержит номер регистра, в котором находится смещение. Такой способ адресации чаще всего называют базово-индексным.

Рис. 9.6 Базово-индексная адресация

Главный недостаток относительной адресации – большое время вычисления физического адреса операнда. Но существенное преимущество этого способа адресации заключается в возможности создания "перемещаемых" программ – программ, которые можно размещать в различных частях памяти без изменения команд программы. По этой причине относительная адресация облегчает распределение памяти при составлении сложных программ и широко используется при автоматическом распределении памяти в мультипрограммных вычислительных системах.

Дата добавления: 2014-01-04