Режимы адресации в компьютерной архитектуре

Режимы адресации в компьютерной архитектуре играют жизненно важную роль в обеспечении эффективного и гибкого доступа к памяти и манипулирования операндами. Режимы адресации определяют правила и механизмы, с помощью которых процессор вычисляет эффективный адрес памяти или местоположение операнда для операций с данными. Понимая различные доступные режимы адресации, программисты и разработчики систем могут оптимизировать использование памяти и повысить общую производительность.

В этой статье мы приступаем к всестороннему исследованию режимов адресации в компьютерной архитектуре. Мы углубляемся в тонкости различных режимов адресации, раскрывая их функциональные возможности, преимущества и варианты использования.

 

Что такое режимы адресации в компьютерной архитектуре?

Режимы адресации в компьютерной архитектуре относятся к методам и правилам, используемым процессорами для вычисления эффективного адреса памяти или расположения операнда для операций с данными. Они определяют, каким образом инструкции определяют источник или назначение данных в памяти или регистрах системы. Режимы адресации играют решающую роль в определении эффективности и гибкости доступа к памяти и манипулирования операндами.

Каждый режим адресации имеет свой собственный набор правил и механизмов, позволяющих программистам оптимизировать использование памяти и повысить общую производительность системы. Распространенные режимы адресации включают непосредственную адресацию, адресацию регистра, прямую адресацию, косвенную адресацию, индексированную адресацию, базовую + смещенную адресацию и адресацию стека, среди прочих.

Существует два типа режимов адресации для инструкций 8086:

1. Режимы адресации для данных
   
2. Режимы адресации для ответвлений

 

Вы можете быстро получить доступ к переменным, массивам, записям, указателям и другим сложным типам данных благодаря режимам адресации памяти 8086, которые обеспечивают гибкий доступ к памяти. Правильное применение режимов адресации памяти является секретом эффективного программирования на языке ассемблера.

Инструкция программы на языке ассемблера состоит из двух частей

 

Адрес в памяти операнда состоит из двух компонентов:

ВАЖНЫЕ ТЕРМИНЫ

Начальный адрес сегмента памяти.

• Эффективный адрес или смещение: Смещение определяется путем добавления любой комбинации трех адресных элементов: смещения, базового и индексного.
• Смещение: Это 8-битное или 16-битное непосредственное значение, указанное в инструкции.
• База: содержимое базового регистра, BX или BP.
• Индекс: содержимое индексного регистра SI или DI.
  Микропроцессор 8086 использует различные режимы адресации в зависимости от того, как задан операнд.

 

Режимы адресации, используемые микропроцессором 8086, обсуждаются ниже:

Подразумеваемый режим: Операнд упоминается в самой инструкции в режиме предполагаемой адресации. Данные являются компонентом инструкций в этом режиме и могут иметь длину 8 или 16 бит. Скрытая адресация используется при построении инструкций с нулевым адресом.

 

Пример: CLC (используется для сброса флага переноса на 0)

• Режим немедленной адресации (символ #): Данные присутствуют в поле адреса команды таким образом. Как единый формат для адресных инструкций.

 

Примечание: Ограничение в немедленном режиме заключается в том, что диапазон констант ограничен размером поля адреса.

 

 

Пример: перемещение данных AL, 35H (перемещение данных 35H в регистр AL)

• Режим регистрации: При использовании регистровой адресации операнд помещается либо в 8-разрядный, либо в 16-разрядный регистр общего назначения. Присутствует регистр, назначенный командой для данных.
• Здесь для доступа к данным требуется ссылка на один регистр.

 

 

Пример: перемещение AX, CX (переместить содержимое регистра CX в регистр AX)

• Регистровый косвенный режим: Согласно инструкции, смещение операнда помещается в любой из регистров BX, BP, SI или DI в этой адресации. Базовый регистр или индексный регистр, указанный инструкцией, является местом расположения фактического адреса данных.

 

Здесь для доступа к данным требуются две ссылки на регистры.

 

Используя регистровые режимы косвенной адресации, процессоры 8086 обеспечивают косвенный доступ к памяти через регистр.

MOV AX, [BX]

 

– перемещение содержимого ячейки s памяти, адресуемой регистром BX, в регистр AX.

 

Автоматическая индексация (режим увеличения): Эффективным адресом операнда является содержимое регистра, указанного в инструкции. После обращения к операнду содержимое этого регистра автоматически увеличивается, указывая на следующую последовательную ячейку памяти. (R1)+.

Здесь для доступа к данным требуется одна ссылка на регистр, одна ссылка на память и одна операция ALU.

Пример:

Add R1, (R2)+ // OR
R1 = R1 +M[R2]
R2 = R2 + d

 

Полезно для пошагового прохождения массивов в цикле. R2 – начало массива, d – размер элемента.

Автоматическая индексация (режим уменьшения): Информация в регистре, обозначенная инструкцией, служит эффективным адресом операнда. Значения этого регистра автоматически уменьшаются, чтобы указывать на предыдущую последовательную ячейку памяти перед обращением к операнду. –(R1)

Здесь для доступа к данным требуется одна ссылка на регистр, одна ссылка на память и одна операция ALU.

Пример:

Add R1,-(R2) //OR
R2 = R2-d
R1 = R1 + M[R2]

 

Режимы автоматического увеличения и автоматического уменьшения идентичны. Оба могут использоваться для реализации стека push и pop. Для реализации структур данных “Последний входящий-первый выходящий” полезны режимы автоматического увеличения и автоматического уменьшения.

• Режим прямой адресации/абсолютной адресации (символ [ ]): Смещение операнда задается в инструкции как 8-битный или 16-битный элемент смещения. В этом режиме адресации 16-битный эффективный адрес данных является частью инструкции.

Здесь требуется только одна операция обращения к памяти для доступа к данным.

 

 

Пример: ADD AL,[0301] //добавить содержимое адреса смещения 0301 в AL

• Режим косвенной адресации (символ @ или ()): В этом режиме адресное поле инструкции содержит адрес фактического обращения. Здесь требуются две ссылки.
  первая ссылка для получения эффективного адреса.
  вторая ссылка для доступа к данным.
  В зависимости от доступности эффективного адреса косвенный режим бывает двух видов:

1. Косвенный регистр: В этом методе регистр хранит действующий адрес, в то время как поле адреса инструкции сохраняет имя соответствующего регистра. В этом случае для доступа к данным необходимы одна ссылка на память и одна ссылка на регистр.
2. Непрямая адресация памяти: В этом режиме адресное поле инструкции всегда сохраняет связанный адрес памяти, даже если эффективный адрес находится в памяти. Здесь для доступа к данным требуются две ссылки на память.

• Режим индексированной адресации: Содержимое индексного регистра SI или DI и 8-битное или 16-битное смещение добавляются для определения смещения операнда.
  Пример: MOV AX, [SI +05]
• Индексированная адресация на основе: Содержимое базового регистра (BX или BP) и индексного регистра (SI или DI) добавляются для определения смещения операнда.
  Пример: ADD AX, [BX+ SI]

 

Основанные на передаче управления, режимы адресации являются:

• Режим относительной адресации ПК: Режим относительной адресации PC используется для реализации внутрисегментной передачи управления, в этом режиме эффективный адрес получается путем добавления смещения к PC.
• EA = PC + значение поля Адреса
• PC = PC + Относительное значение.
• Режим адресации в базовом регистре: Режим адресации в базовом регистре используется для реализации межсегментной передачи управления.В этом режиме эффективный адрес получается путем добавления значения базового регистра к значению поля адреса.
• EA = Базовый регистр + значение поля адреса.
• PC = Базовый регистр + Относительное значение.

 

Примечание:

1. Перемещение программы во время выполнения возможно как с использованием режимов адресации относительно PC, так и на основе регистра.
2. Написание кодов, не зависящих от позиции, лучше всего выполнять с использованием метода адресации на основе регистра.

 

Преимущества режимов адресации

1. Предоставление инструментов программирования, таких как указатели, счетчики для контроллеров циклов, индексация данных и перемещение программ.
2. Уменьшить количество битов в поле адресации команды.

 

Заключение

В заключение, режимы адресации в компьютерной архитектуре играют ключевую роль в определении того, как осуществляется доступ к данным и манипулирование ими в системе. Понимая и используя различные доступные режимы адресации, программисты и разработчики систем могут оптимизировать использование памяти, повысить производительность и добиться эффективного манипулирования операндами.

На протяжении всей этой статьи мы исследовали тонкости различных режимов адресации, включая непосредственную адресацию, адресацию регистром, прямую адресацию, косвенную адресацию, индексированную адресацию, базовую + смещенную адресацию и стековую адресацию. Каждый режим адресации предлагает уникальные преимущества и компромиссы, удовлетворяя конкретным требованиям программирования и сценариям доступа к памяти.

 

Часто задаваемые вопросы: Режимы адресации в компьютерной архитектуре

Вопрос 1: Почему режимы адресации важны в компьютерной архитектуре?

Режимы адресации важны в компьютерной архитектуре, поскольку они определяют способ доступа к данным и манипулирования ими в системе. Они обеспечивают эффективное использование памяти, доступ к операндам и оптимизацию кода, что в конечном итоге влияет на общую производительность системы.

Вопрос 2: Сколько существует типов режимов адресации?

Существуют различные типы режимов адресации, включая непосредственную адресацию, адресацию регистром, прямую адресацию, косвенную адресацию, индексированную адресацию, базовую + смещенную адресацию и стековую адресацию. Точное количество и типы могут варьироваться в зависимости от архитектуры и конструкции процессора.

Вопрос 3: Как режимы адресации влияют на производительность?

Различные режимы адресации по-разному влияют на производительность. Такие режимы, как немедленная и регистровая адресация, обеспечивают быстрый доступ к данным, минимизируя время доступа к памяти и повышая производительность. Однако косвенная адресация может привести к дополнительным накладным расходам на доступ к памяти, что в некоторой степени влияет на производительность.

Вопрос 4: Как мне выбрать правильный режим адресации для моей программы?

Выбор режима адресации зависит от конкретных требований вашей программы. Учитывайте такие факторы, как характер данных, доступность памяти, необходимость гибкости и желаемый уровень оптимизации производительности. Анализ этих факторов поможет вам выбрать наиболее подходящий режим адресации.

Вопрос 5: Можно ли использовать в программе несколько режимов адресации?

Да, в программе обычно используется несколько режимов адресации. Разные инструкции могут требовать разных режимов адресации в зависимости от конкретных потребностей доступа к данным или манипулирования ими. Выбор режима адресации может варьироваться в рамках программы в зависимости от выполняемой команды.

Вопрос 6: Все ли процессоры поддерживают одинаковые режимы адресации?

Разные процессоры и компьютерные архитектуры могут поддерживать разные режимы адресации. Доступность и конкретная реализация режимов адресации могут варьироваться в зависимости от конструкции и архитектуры процессора. Важно обратиться к документации процессора, чтобы понять поддерживаемые режимы адресации.