Содержание

Способы адресации микропроцессора это
Виды адресации микропроцессора
Способы адресации

Способы адресации микропроцессора это

Система адресации (Лекция)

1. Режимы адресации

2. Способы адресации

3. Режимы адресации операндов

4. Возможности микропроцессоров по адресации

1. Режимы адресации

Для взаимодействия с различными модулями в ЭВМ должны быть средства идентификации ячеек внешней памяти, ячеек внутренней памяти, регистров МП и регистров устройств ввода/вывода. Поэтому каждой из запоминающих ячеек присваивается адрес, т.е. однозначная комбинация бит. Количество бит определяет число идентифицируемых ячеек. Обычно ЭВМ имеет различные адресные пространства памяти и регистров МП, а иногда — отдельные адресные пространства регистров устройств ввода/вывода и внутренней памяти. Кроме того, память хранит как данные, так и команды. Поэтому для ЭВМ разработано множество способов обращения к памяти, называемых режимами адресации.

Режим адресации памяти — это процедура или схема преобразования адресной информации об операнде в его исполнительный адрес.

2. Способы адресации

Все способы адресации памяти можно разделить на:

1) прямой, когда исполнительный адрес берется непосредственно из команды или вычисляется с использованием значения, указанного в команде, и содержимого какого-либо регистра (прямая адресация, регистровая, базовая, индексная и т.д.);

2) косвенный, который предполагает, что в команде содержится значение косвенного адреса, т.е. адреса ячейки памяти, в которой находится окончательный исполнительный адрес (косвенная адресация).

В каждой микроЭВМ реализованы только некоторые режимы адресации, использование которых, как правило, определяется архитектурой МП .

Инструкция микропроцессора может содержать следующие поля:

Префикс — необязательная часть инструкции, позволяет изменить некоторые особенности ее выполнения. В команде может быть использовано сразу несколько префиксов разного типа. Типы префиксов:

1) командные префиксы (префиксы повторения)

2) префикс блокировки шины LOCK;

3) префиксы размера (см. далее);

4) префиксы замены сегмента.

Байт «Mod R/M» определяет режим адресации, а также иногда дополнительный код операции. Необходимость байта «Mod R/M» зависит от типа инструкции.

Байт SIB (Scale-Index-Base) определяет способ адресации при обращении к памяти в 32-битном режиме. Необходимость байта SIB зависит от режима адресации, задаваемого полем «Mod R/M».

Кроме того, инструкция может содержать непосредственный операнд и/или смещение операнда в сегменте данных.

На размер инструкции накладывается ограничение в 15 байт. Инструкция большего размера может получиться при некорректном использовании большого количества префиксов.

3. Режимы адресации операндов

Если инструкция микропроцессора требует операнды, то они могут задаваться следующими способами:

1) непосредственно в коде инструкции (только операнд-источник);

2) в одном из регистров;

3) через порт ввода-вывода;

Для совместимости с 16-битными процессорами архитектура IA-32 использует одинаковые коды для инструкций, оперирующих как с 16-битными, так и 32-битными операндами. Новая архитектура предусматривает также новые возможности при указании адреса для операнда в памяти. Как процессор будет считать операнд или его адрес, зависит от эффективного размера операнда и эффективного размера адреса для данной команды. Эти значения определяются на основе режима работы, бита D дескриптора используемого сегмента и наличия в инструкции определенных префиксов.

Непосредственный режим адресации подразумевает включение операнда-источника в код инструкции. Операнд может быть 8-битным или 16-битным, если значение эффективного размера операнда — 16. Операнд может быть 8-битным или 32-битным, если значение эффективного размера операнда — 32. Обычно непосредственные операнды используются в арифметических инструкциях.

Регистровый режим адресации определят операнд-источник или операнд-приемник в одном из следующих регистров:

1) регистры общего назначения (EAX/AX, EBX/BX, ECX/CX, EDX/DX, ESI/SI, ESP/SP, EBP/BP — 16-битный регистр, если эффективный размер операнда — 16, или 32-битный регистр в противном случае) или их младшие байты (AH, AL, BH, BL, CH, CL, DH, DL);

2) сегментные регистры (CS, DS, SS, ES, FS, GS);

3) регистр флагов (EFLAGS для 32-битных операндов или FLAGS для 16-битных);

4) управляющие регистры (CR0/MSW, CR2, CR3, CR4) и регистры системных таблиц (GDTR, LDTR, IDTR, TR);

5) регистры отладки (DR0-DR7);

6) машинно-зависимые регистры (MSRs);

7) регистры сопроцессора, MMX и XMM.

В некоторых случаях (например, в инструкциях DIV и MUL) могут использоваться пары 32-битных (или 16-битных) регистров (например, EDX:EAX), образуя 64-битный (32-битный) операнд.

Адресация через порт ввода-вывода подразумевает получение операнда или сохранение операнда через пространство портов ввода-вывода. Адрес порта ввода-вывода либо непосредственно включается в код инструкции, либо берется из регистра DX.

Очень распространенный способ адресации операнда — адресация через память . Таким образом может быть указан операнд-источник или операнд-приемник. Следует отметить, что процессор не позволяет одновременно задавать оба операнда через память (за исключением некоторых цепочечных команд).

Для получения операнда из памяти процессору необходимо знать селектор сегмента и смещение в сегменте. В некоторых командах селектор может быть указан непосредственно в коде инструкции. В других случаях процессор может явно или неявно использовать значение одного из сегментных регистров. Под неявным использованием сегментных регистров подразумевается то, что в зависимости от предназначения операнда процессор использует определенный сегментный регистр для обращения к памяти: CS — для выборки инструкций; SS — для работы со стеком или обращения к памяти через регистры ESP или EBP; ES — для получения адреса операнда-приемника в цепочечных командах; DS — при всех остальных обращениях к памяти. Явное использование сегментных регистров возможно, если в код инструкции включается префикс смены сегмента. Указание префикса смены сегмента допустимо не для всех команд: нельзя менять сегмент для команд работы со стеком (всегда используется SS), для цепочечных команд можно менять сегмент только операнда-источника (операнд-приемник всегда адресуется через ES).

4. Возможности микропроцессоров по адресации

Одной из важнейших архитектурных характеристик МП является перечень возможных способов обращения к памяти или видов адресации. Возможности МП по адресации существенны с двух точек зрения.

Во-первых, большой объем памяти требует большой длины адреса, так как n-разрядный адрес позволяет обращаться к памяти емкостью 2n слов. Типовые 8-разрядные слова МП дают возможность непосредственно обращаться только к 256 ячейкам памяти, что явно недостаточно. Если учесть, что обращение к памяти является наиболее часто встречающейся операцией, то очевидно, что эффективность использования МП во многом определяется способами адресации к памяти большого объема при малой разрядности МП.

Во-вторых, для удобства программирования желательно иметь простую систему формирования адресов данных при работе с массивами, таблицами и указателями. Рассмотрим способы решения этих проблем.

Если адресное поле в команде является ограниченным и недостаточным для непосредственного обращения к любой ячейке памяти, то память в таких случаях разбивают на страницы, где страницей считается 2n ячеек памяти.

Для согласования адресного поля команды малой разрядности с памятью большого объема (для решения “страничной” проблемы) в МП применяются различные виды адресации:

Прямая адресация к текущей странице. При такой адресации программный счетчик разбивается на два поля; старшие разряды указывают номер страницы, а младшие — адрес ячейки на странице. В адресном поле команды размещается адрес ячейки на странице, а адрес страницы должен быть установлен каким-то другим способом, например с помощью специальной команды.

Прямая адресация с использованием страничного регистра. В МП должен быть предусмотрен программно доступный страничный регистр, загружаемый специальной командой. Этот регистр добавляет к адресному полю команды несколько разрядов, необходимых для адресации ко всей памяти.

Прямая адресация с использованием двойных слов. Для увеличения длины адресного поля команды под адрес отводится дополнительное слово (а если нужно, то и два).

Адресация относительно программного счетчика. Адресное поле команды рассматривается как целое со знаком, которое складывается с содержимым программного счетчика для формирования исполнительного адреса. Такой способ относительной адресации создает плавающую страницу и упрощает перемещение программ в памяти.

Адресация относительно индексного регистра. Исполнительный адрес образуется суммированием содержимого индексного регистра и адресного поля команды, рассматриваемого как целое со знаком. Индексный регистр загружается специальными командами.

Косвенная адресация. При косвенной адресации в адресном поле команды указывается адрес на текущей странице, по которому хранится исполнительный адрес. В поле команды при этом требуется дополнительный разряд — признак косвенной адресации. Исполнительный адрес может храниться не в ячейке памяти, а в регистре общего назначения. В этом случае косвенная адресация называется регистровой.

Источник

Виды адресации микропроцессора

Прямая адресация к текущей странице . При такой адресации программный счетчик разбивается на два поля; старшие разряды указывают номер страницы, а младшие — адрес ячейки на странице. В адресном поле команды размещается адрес ячейки на странице, а адрес страницы должен быть установлен каким-то другим способом, например с помощью специальной команды.

Прямая адресация с использованием страничного регистра. В МП должен быть предусмотрен программно доступный страничный регистр, загружаемый специальной командой. Этот регистр добавляет к адресному полю команды несколько разрядов, необходимых для адресации ко всей памяти.

Прямая адресация с использованием двойных слов. Для увеличения длины адресного поля команды под адрес отводится дополнительное слово (а если нужно, то и два).

Адресация относительно программного счетчика. Адресное поле команды рассматривается как целое со знаком, которое складывается с содержимым программного счетчика для формирования исполнительного адреса. Такой способ относительной адресации создает плавающую страницу и упрощает перемещение программ в памяти.

Адресация относительно индексного регистра. Исполнительный адрес образуется суммированием содержимого индексного регистра и адресного поля команды, рассматриваемого как целое со знаком. Индексный регистр загружается специальными командами.

Косвенная адресация . При косвенной адресации в адресном поле команды указывается адрес на текущей странице, по которому хранится исполнительный адрес. В поле команды при этом требуется дополнительный разряд — признак косвенной адресации. Исполнительный адрес может храниться не в ячейке памяти, а в регистре общего назначения. В этом случае косвенная адресация называется регистровой.

Источник

Способы адресации

Система адресации обеспечивает в МП устройствах доступ к операндам, хранящимся в устройствах памяти, внутренних программно- доступных регистрах и внешних устройствах через порты ввода/вывода. Длина формата команды (общее количество бит в коде команды) определяет скорость выполнения команды и зависит от способа адресации операндов. Способы адресации играют большую роль в организации управления ходом выполнения программы, во многом определяют скорость обработки информации. Существуют следующие основные способы адресации:

Прямая адресация – исполнительный адрес размещается в адресном поле команды. В этом способе непосредственно используется счетчик команд и аккумулятор МП. При прямой адресации содержимое счетчика команд передается на ША и из адресуемой ячейки выбирается очередная команда, поступающая в устройство управления МП. С помощью прямой адресации в АЛУ может вызываться и операнд. Для этого на ША передается адрес ячейки памяти, содержащийся в команде. При необходимости изменения последовательного порядка выполнения программы адресуется ячейка памяти, содержащая адрес условного или безусловного перехода. Команда, содержащая прямой адрес, занимает 2-3 ячейки памяти, что соответственно требует и 2-3 обращений к памяти. Еще одно обращение может потребоваться для непосредственного вызова операнда.

С использованием прямой адресации могут быть загружены только аккумулятор и регистры выделенные для хранения косвенного адреса (в МП типа К580, i — 8080 и 8085 это регистровая пара Н). В современных микроконтроллерах для косвенной адресации обычно используется несколько регистровых пар.

Пример: LDA 0A00— эта команда загружает аккумулятор (регистр А) содержимым ячейки памяти 0А00. Формат этой команды:

3A	0A
Код операции LDA	Младший байт адреса	Старший байт адреса

Преимущества этого способа адресации – простота и наглядность, не требуется вычисление исполнительного адреса.

Недостаток – низкая скорость обработки информации, кроме того, во многих микропроцессорных системах для поля адреса в формате команды выделяется небольшое число битов, что ограничивает доступный для данного способа объем адресного пространства памяти.

Непосредственная адресация— данные включены в команду и собственно обращения к памяти при этом способе загрузки регистров не требуется. Команда вместо указания адреса операнда содержит этот операнд непосредственно. Непосредственная адресация используется при операциях с константами, исполнение команд с непосредственной адресацией отличается быстротой.

Пример: MVI C D3— эта команда загружает регистр С значением D3 (число представлено в шестнадцатеричном коде, т.е. является 8- разрядным двоичным числом).

Косвенная адресация– адресное поле команды указывает не адрес операнда, а лишь адрес ячейки, в которой хранится косвенный адрес, по которому можно получить операнд. В МП косвенная адресация обычно является неявной регистровой. В этом случае команда предписывает выполнить операцию над операндом, адрес которого содержится в регистрах общего назначения (обычно для этого выделяются определенные регистры блока РОН). Так, команда MOV REG,M загружает любой регистр из ячейки памяти, адрес которой содержится в регистровой паре H,L. Команда LDAX загружает аккумулятор с использованием адреса, содержащегося в регистровой паре B или D (используя регистры B или D можно осуществить косвенную загрузку только аккумулятора).

Пример: MOV D,M— эта команда загружает регистр D из ячейки памяти, адрес которой содержится в регистрах H,L. Отметим, что логически для процессора ячейка памяти с адресом, содержащимся в регистрах H,L эквивалентна регистру с индексом М (ячейку памяти с этим адресом называют регистром М. Естественно, адрес этой ячейки памяти меняется с изменением содержимого регистров H,L, а сам «регистр М» физически находится вне процессора).

Преимущество косвенной адресации в том, что косвенный адрес операнда содержит больше битов, чем число битов в адресном поле команды, т.е. доступен больший объем адресного пространства памяти. Недостатком является увеличение времени для извлечения операнда по сравнению со способом прямой адресации.

Относительная индексная адресация (автоинкрементная и автодекрементная) – базовый исполнительный адрес вычисляется так же, как и при регистровой косвенной адресации, а следующие исполнительные адреса получаются увеличением или уменьшением текущего адреса операнда на определенную величину после каждой обработки адреса. Обычно такая адресация используется при обработке массивов данных. В этом случае список данных представляется как совокупность индексных операндов. Операнды с индексами помещаются в соседних ячейках памяти. Для организации доступа к этим ячейкам памяти используются индексные регистры аналогичные в данном случае счетчику команд. Для двумерного массива истинный адрес

ИА = [базовый адрес] + (содержимое индексных регистров)

Для перебора операндов с индексами осуществляется автоиндексация, т.е. добавление к содержимому регистров плюс или минус единицы. Разновидностью автоиндексации является стековая адресация. В этом случае автоиндексный регистр является указателем стека, а область памяти им адресуемая, – стеком. Принцип стековой адресации заключается в следующем: после каждой засылки в стек, содержимое указателя стека увеличивается, а после каждого изъятия из стека — уменьшается на единицу.

Относительная адресация– исполнительный адрес получается сложением адресного поля команды с содержимым базового регистра процессора. Это сложение производится в специальном сумматоре. Относительная адресация применяется в командах перехода.

Страничная адресация– память делится на ряд страниц одинаковой длины. Адресация страниц осуществляется по содержимому программного счетчика или регистра страниц. Адресация памяти внутри страниц производится адресом, который содержится в команде.

Обращение к подпрограммам.Ряд процедурв ЭВМ часто используется различными программами или одной и той же программой многократно. Такие процедуры могут быть стандартизированы и оформлены в виде подпрограмм.

В этом случае вся программа может быть представлена в виде объединения основной программы и подпрограмм. Обращение к подпрограмме происходит из основной программы.

Перед обращением к подпрограмме необходимо запомнить адрес возврата в основную программу. Адрес возврата обычно запоминается в первой ячейке выполняемой подпрограммы. При этом возврат осуществляется по команде безусловного перехода с косвенной адресацией по содержимому первого слова подпрограммы.

Наиболее эффективной адресацией при обращении к подпрограммам является стековая адресация. Адрес возврата записывается в вершину стека, а после выполнения подпрограммы выталкивается из стека и размещается в счетчике команд. Часто в стек вводится содержимое не только счетчика команд, но и всех регистров МП. При использовании стека характерной особенностью выхода из подпрограммы является использование безадресной команды ВОЗВРАТ. По этой команде процессор извлекает из памяти адрес, откуда произошел вызов подпрограммы, и переходит к команде, непосредственно следующей за этим адресом. Затем программа выполняется в обычном режиме.

Применение подпрограмм позволяет придать программе свойство структурированности. Функционально законченную процедуру удобно оформлять в виде подпрограммы даже если в основной программе она используется только один раз. Например, подпрограмма вывода кода управления семисегментным индикатором, подпрограмма генерации звукового сигнала и т.д. Из подпрограмм- библиотек удобно конструировать разнообразные программы.

Источник