Девелопмент и разработка концепции развития территории. За сколько можно продать фотоаппараты.
Пусть какой-нибудь способ адресации (1) указывает место положения операнда (неважно, регистр процессора или адрес в памяти). Можно представить себе другой способ адресации (2), во всем аналогичный способу (1) за исключением того, что в указываемом месте расположен не сам операнд, а его адрес, т.е. номер ячейки в ОЗУ, где находится операнд. Тогда будем говорить, что способ (1) — прямой, а соответствующий ему способ (2) — косвенный по отношению к способу (1). В символике языков ассемблера для обозначения косвенности используются скобки или символ @.
1) add ax,loc — эта ассемблерная запись означает "прибавить к содержимому регистра AX содержимое ячейки памяти, адрес которой обозначен символическим именем LOC”.
2) ADD AX,(LOC)или ADD AX,@LOC — в этой записи используется косвенная адресация, запись означает "прибавить к содержимому регистра AX содержимое ячейки памяти, адрес которой хранится в ячейке памяти с символическим именем LOC”.
Можно провести аналогию между использованием косвенной адресации в языке ассемблера и использованием указателей в языке Си. В строке iA+ = iB ; обращение к операнду iB произойдет с использованием прямой адресации. Строка iA+ = *piB; использует косвенную адресацию переменной через указатель piB = &iB. По индукции можно представить себе двойную, тройную косвенность и т.п. Существовали компьютеры, в которых была реализована косвенность произвольной глубины. Рассмотрим теперь конкретно различные способы адресации. При рассмотрении использованы мнемоники ассемблера для процессоров i*86. Используемый в команде способ адресации кодируется в адресном поле операнда. За исключением непосредственной и абсолютной адресации, адресное поле указывает на адресный регистр (может быть на несколько) и задает способ вычисления адреса с участием содержимого этого регистра (ов).
Этот термин относится не к способу вычисления адреса (местоположения) операнда, а к способу обозначения этого местоположения в синтаксисе ассемблера. Например, команда "поместить в стек”: push ax.
Никаких вычислений для определения адреса операнда делать не надо, операнд выбирается из ОЗУ вслед за командой. Операнд может быть разной длины (занимать разное число ячеек/байтов).
В команде за КОП помещается заранее известный адрес операнда. Обратите внимание, что абсолютная адресация является косвенным вариантом для непосредственной адресации. add cx, [123] ; содержимое регистра складывается с содержимым ячейки, абсолютный адрес которой входит в состав команды (см. рисунок).
Для выборки операнда нужно дополнительное обращение к ОЗУ.
Операнд находится в одном из регистров процессора. sub bx, si ; вычитаются два операнда, находящиеся в регистрах процессора (см. рисунок ниже).
Обращение к регистру процессора гораздо быстрее, чем к ячейке ОЗУ. Код регистра занимает более короткое поле в команде, чем операнд или адрес.
Адрес операнда находится в одном из регистров процессора. Во многих процессорах регистры специализированы, и адрес может находиться не в любом из них (см. рисунок ниже).
mov [si], 12
Указатель регистра Ri занимает более короткое поле чем адрес. Тот факт, что адрес операнда находится в регистре, позволяет вычислять или модифицировать этот адрес, при этом один и тот же участок программы может обрабатывать разные элементы данных (находящиеся в разных адресах).
Вот фрагмент, суммирующий в регистре ax элементы массива слов:
mov si, "начальный адрес массива"
mov cx, "количество элементов массива"
ckl add ax, [si]; прибавляем следующий элемент
add si, 2; модифицируем адрес в массиве
loop ckl; организуем цикл
Выделенные команды эквивлентны Си-фрагменту sum += *(piMas++); .
Модификация адреса, находящегося в адресном регистре, — частая и типичная операция (см. предыдущий пример). Во многих процессорах существует усовершенствованная разновидность косвенно-регистровой адресации, которая совмещает обращение к памяти по адресу, содержащемуся в регистре и модификацию адреса (содержимого регистра). Такая адресация называется автоинкрементной, если адрес, хранящийся в регистре, автоматически увеличивается при обращении к операнду, или автодекрементной, если адрес автоматически уменьшается. Общее название для этих двух типов адресации — автоиндексная (или адресация с автоиндексацией).
В ходе выполнения команды с данным типом адресации после (либо до) выборки операнда из ОЗУ содержимое регистра Ri модифицируется: к его старому содержимому прибавляется число L — длина операнда в байтах (в минимальных адресуемых единицах). Таким образом после этой модификации в Ri оказывается адрес следующего элемента данных. Автоинкрементная адресация позволяет обращаться к элементам данных, расположенных в памяти подряд по возрастанию адресов (например, к элементам массива). При автодекрементной адресации сложение с L заменяется на вычитание, и элементы данных перебираются в порядке убывания их адресов (см. рисунок ниже).
Величина L, на которую происходит увеличение или уменьшение адреса, в простейшем случае равна минимальной адресуемой единице (байту). Однако, если процессор поддерживает операции с операндами разной длины (байт, слово, двойное слово,...), то и автоиндексация/ декремент может быть реализован на 1, на 2, на 4, ...
Если модификация адресного регистра происходит после обращения к операнду, такую разновидность называют постинкрементной адресацией, если модификация адреса выполняется перед обращением к операнду — преинкрементной. Наиболее часто в процессоре реализуется сочетание постинкрементной и предекрементной адресации. В процессорах i*86 автоиндексная адресация в общем виде (т.е. для использования в произвольной команде) не реализована. Однако в неявном виде она использована в командах операций со строками. Например, при выполнении команды LODS происходит загрузка в регистр AL (или AX или EAX) содержимого ячейки памяти, на которую указывает адресный регистр SI, после чего содержимое регистра SI автоматически модифицируется.
Многокомпонентное формирование адреса тесно связаны с идеей относительной адресации. Если отсчитывать адреса объектов программы от места, жестко привязанного к программе (например, от ее начала), то эти относительные значения не меняются, куда бы ни была загружена программа. То же можно сказать и про любую часть программы (например, про участок памяти с данными). Как же можно осуществить такую относительную адресацию?
Для этого можно формировать адрес из двух слагаемых:
•Одно (базовый адрес) зависит от того, куда загружаем программу, задается перед загрузкой, и в течение всего времени выполнения программы остается неизменным (но от загрузки к загрузке может изменяться).
•Второе (относительный адрес) представляет собой разность базового адреса и абсолютного адреса объекта. Адрес задается не как абсолютное значение, а как смещение относительно какого-либо базового значения.
Хочется обеспечить позиционную независимость (без пересчета адресных частей команд). Если вспомним, что после трансляции загружаемый (двоичный) образ программы не меняется, можем высказать идею отсчитывать адреса относительно чего-то в самой программе. Идея формировать адрес как комбинацию (сумму или конкатенацию) нескольких компонент используется как в способах адресации, так и при трансляции адресов. Между понятиями "способ адресации" и "процедура трансляции адреса" непросто провести более-менее четкую границу. Та часть преобразования адресной информации, которая изменяется от одной команды к другой — способ адресации. Трансляция адреса — часть преобразования адреса, одинаковая для разных команд. Трансляцией адреса тоже можно управлять (например, включить или выключить трансляцию страниц), однако это переключение выполняется редко, после чего значительная часть программы выполняется в заданном единожды режиме.
Во всех предыдущих случаях адрес операнда хранился где-то в одном месте и выбирался сразу весь, целиком. При реализации многокомпонентного формирования исполнительного адреса, он формируется в результате выполнения арифметически действий над несколькими числами, хранящимися в разных местах (в регистрах или в ячейках памяти). Эти действия (адресную арифметику) автоматически делает при выполнении команды (а именно на этапе вычисления исполнительного адреса) специальная схемотехника процессора . В простейшем случае адрес формируется путем конкатенации компонент, в более сложном случае используется сложение с учетом переносов. Такая организация адресации может обеспечить следующие преимущества:
•а) При вычислении адреса элемента в сложной структуре данных часть действий по этому вычислению можно возложить на адресную арифметику. Например, требуется определить адрес элемента двумерного массива с индексами i, j, если начальный адрес массива AddrM, длина строки массива LStr, а длина одного элемента LElm. Формула для вычисления адреса имеет вид:
Addr(i,j) = AddrM + LStr * (i-1) * LElm + (j-1) * LElm
При использовании многокомпонентной адресации, использующей три компоненты (например, базово-индексной адресации со смещением в процессорах i*86) с компонентами можно связывать адрес начала массива, смещение в массиве от начала до нужной строки и смещение в строке до нужного элемента. Сложение компонент выполнит автоматически адресная арифметика.
•б) Компонента адреса, хранящаяся в регистре или в команде, может быть короче полного адреса (и, значит, занимать меньше места). Это позволит адресовать более коротким полем память большего объема (см. например страничную адресацию).
•в) Возможно в любой момент перемещение в памяти блока объектов с одновременным изменением содержимого базового регистра, участвующего в формировании всех адресов при доступе к этим объектам..
•г) Использование в качестве адресной компоненты счетчика команд автоматически дает позиционную независимость (статическую и динамическую перемещаемость).
Это, пожалуй, простейший из многокомпонентных способов. Адрес разбивается на две части, которые объединяются не сложением, а конкатенацией (соединением двух частей числа). Старшая часть адреса указывает номер страницы. Она либо хранится в специальном регистре страницы (общий случай), либо берется из счетчика команд (адресация на текущую страницу), либо фиксирована (часто так делается адресация на нулевую страницу, которая используется для специальных целей). В команде (или в регистре) указывается только младшая часть адреса. Таким образом удается уменьшить длину команды.
В качестве одной из компонент при формировании адреса используется счетчик команд. При этом способе адресации операнд отстоит в памяти от команды на фиксированную величину. Иными словами, операнд указывается путем задания его смещения (displacement) в памяти относительно обращающейся к операнду команды. Использование только относительной адресации делает программы позиционно- независимыми, т.е. их можно перемещать в памяти без каких бы то ни было изменений в тексте программы. Относительная адресация используется во многих процессорах в командах условного ветвления, причем чаще всего смещение имеет формат "байт со знаком" и способно задать переход в диапазоне +127 -128 байтов.
Стековый доступ к памяти происходит в большинстве процессоров в следующих ситуациях:
1) При выполнении команд стекового доступа: "поместить в стек" pushили "извлечь из стека" pop.
2) При выполнении команды вызова подпрограммы и при возврате из нее.
3) При входе в прерывание и при возврате из прерывания.
Положение стека в адресуемой памяти определяется содержимым указателя стека. Поскольку указатель стека программно доступен, программист может задать его значение обычной командой пересылки. Например, команда mov sp,#1000h задает положение стека, начиная с адреса 1000h. При стековом доступе содержимое указателя стека используется как адрес операнда-приемника при записи в стек или как адрес операнда- источника при считывании из стека. При обращении к стеку автоматически модифицируется и содержимое указателя стека, чтобы обеспечить следующее обращение к очередной ячейке стека. Используя ранее введенную терминологию, можно сказать, что обращение к стеку происходит с использованием косвенно-регистровой адресации через указатель стека с автоиндексацией (см. таблицу ниже). В разных процессорах стековый доступ может быть реализован по-разному в нескольких аспектах:
1. Направление роста стека. Если при записи в стек, содержимое указателя стека автоматически увеличивается (и, соответственно, при считывании автоматически уменьшается), то говорят, что стек растет в сторону увеличения адресов. В противоположном случае говорят, что стек растет в сторону уменьшения адресов.
2. Если модификация указателя стека выполняется до записи и соответственно после считывания, то указатель стека всегда указывает на последнюю занятую ячейку стека. Наоборот, если модификация производится после записи и до считывания, указатель стека всегда указывает на первую свободную ячейку стека.
Если запись в стек происходит с преиндексацией, то считывание должно происходить с постиндексацией (и наоборот). Распространение различных видов адресации (см. таблицу ниже) зависит от типа АСК. Достаточно ясна ситуация с RISC архитектурой. Из самой идеи подхода вытекает преимущественный способ адресации: регистровая. Для аккумуляторной архитектуры главные способы адресации — прямая и непосредственная. В таблице показана частота применения разных способов адресации на двух тестовых программах для процессоров типа Intel 80x86. Видно, что наиболее активно используется прямая и базово-регистровая адресации, хотя интенсивность использования различных способов тесно связана с решаемой задачей.