Автоинкрементная и автодекрементная адресации

Выше отмечалось, что при косвенной регистровой адресации в соответствующий регистр перед использованием необходимо загрузить исполняемый адрес, по которому произойдет обращение к ячейке ОП. На это уходит время. Однако при обработке массива данных этих потерь можно избежать, добавив механизм автоматического приращения или уменьшения содержимого регистра при каждом обращении к нему. В этом случае загрузка начального адреса массива происходит один раз, а затем при каждом обращении формируется адрес следующего элемента массива.

 

Автоинкрементная адресация – сначала (при каждом обращении) содержимое регистра используется как адрес операнда, а затем получает приращение, равное числу байт в элементе массива, т.е. формируется адрес следующего элемента.

Автодекрементная адресация – сначала содержимое соответствующего регистра уменьшается на число, равное числу байт в элементе массива, а затем используется как адрес операнда.

Следует иметь в виду, что автоинкрементная и автодекрементная адресации являются упрощенным вариантом индексации – весьма важного механизма преобразования исполнительных адресов команд и организации вычислительных циклов (см. п. 4.5). Эти типы адресации называют также автоиндексацией.

 

Стековая адресация

При рассмотрении устройств памяти отмечалось, что основной принцип работы стекового ЗУ соответствует правилу: "последний пришел – первый ушел" (имеется в виду стек LIFO). Это правило реализуется автоматически. Поэтому при операциях со стеком возможно безадресное задание операнда – команда не содержит адреса ячейки стека, а содержит только адрес (или он подразумевается) регистра или ячейки ОП, откуда слово загружается в стек или куда выгружается из стека. Стек может быть реализован как аппаратным путем, так и программно. В первом случае стек представляет собой одномерный массив регистров, связанных между собой разрядными цепями передачи данных. Обычно он снабжен счетчиком стека, по содержимому которого можно контролировать переполнение стека. Во втором случае стек организуется на последовательно расположенных ячейках ОП. Для его реализации требуется еще один регистр – указатель стека, в котором хранится адрес вершины, т.е. последней занятой ячейки ОП из массива ячеек, отведенных под стек.

Стек является эффективным элементом архитектуры современных ЭВМ, позволяющим во многих случаях существенно повысить скорость обработки информации. В универсальных ЭВМ общего применения (таких как персональный компьютер) программисту в большинстве случаев доступен только программный стек. На рис. 4.9 приведена схема записи числа в "перевернутый" программный стек, который используется наиболее широко.

 

 

При выполнении команды загрузки слова в стек (содержимое РгК) из регистра (в данном случае из Рг5) или ячейки ОП сначала содержимое указателя стека (УС) уменьшается на 1 (стек "перевернутый"), а затем слово помещается в ячейку стека, указываемую УС. При выгрузке слова из стека в регистр или ОП слово сначала извлекается из вершины стека, а затем УС увеличивается на 1 (на рисунке не показано).

При надлежащем расположении операндов в стеке можно произвести вычисления полностью безадресными командами. Команды этого типа обычно инициируют извлечение из стека одного или двух операндов (слов), выполнение над ними указанных в коде команды операций и запись результата в какой-либо фиксированный регистр, например, аккумулятор. Вычисления с использованием стековой памяти удобно описывать и программировать с помощью инверсной (бесскобочной) записи арифметических выражений.

Безадресные команды на основе стековой адресации предельно сокращают формат команд, экономят память и повышают производительность ЭВМ.

В современных ЭВМ (микропроцессорах) стек и стековая адресация широко используется для:

· сохранения содержимого регистров при переходе к подпрограмме и выходе из нее;

· сохранения информации, содержащейся во внутренних регистрах процессора при прерываниях программы;

· организации хранения элементов массивов при их циклической обработке.

 

Как уже отмечалось, современные ЭВМ во многих случаях используют сложные, комбинированные системы адресации, которые не могут быть в чистом виде отнесены к какому-либо одному из рассмотренных выше способов адресации. Это позволяет программисту более гибко и эффективно использовать все ресурсы ЭВМ. Однако разнообразие форматов команд и их длины ведет к усложнению УУ процессора и замедлению процесса выполнения команды.

КОМАНДЫ ПЕРЕДАЧИ УПРАВЛЕНИЯ

Ранее уже отмечалось, что порядок выполнения команд может быть естественным и принудительным. При естественном порядке после выполнения очередной команды выбирается команда, расположенная в следующей по порядку ячейке памяти. Обычно адрес команды хранится в специальном регистре, называемом счетчиком адреса команд или просто счетчиком команд (СчК), содержимое которого после выполнения каждой команды увеличивается на 1. Если же память имеет побайтную адресацию, то на столько байт, сколько их содержит текущая команда. Цикл выборки/выполнения команд можно пояснить схемой, приведенной на рис. 4.10. Пусть L – длина команды в байтах, а память имеет побайтную адресацию. Порядок выполнения команд на рис. 4.10 следующий:

· Выборка команды по адресу А=А1 (К1).

· Дешифровка команды, в том числе определение ее длины L (L=1).

· Вычисление адреса следующей команды (СчК) = (СчК) + 1 (К2).

· Выполнение команды (К1).

· Выборка команды по адресу А2 (К2).

· Дешифровка команды, в том числе определение ее длины L (L=2).

· Вычисление адреса следующей команды (СчК) = (СчК) + 2.

· Выполнение команды (К2).

Далее циклы выборки/выполнения команд К3, К4, … повторяются.

Естественный порядок выполнения команд может быть нарушен командами передачи управления (командами перехода). Следует иметь в виду, что нарушение порядка выполнения команд возможно и в ряде других случаев, важнейший из которых – обработка запросов прерывания – будет рассмотрен в дальнейшем (см. п. 6).

 

 

 

Известны многочисленные варианты команд перехода, однако общий принцип состоит в том, что адресная часть команды перехода непосредственно или после суммирования с содержимым базового регистра загружается в СчК. В результате после выполнения такой команды может быть выполнена команда из любой ячейки памяти, определяемой адресной частью команды перехода. Для упрощения рассмотрим команды перехода без относительной адресации. Кроме того, предполагается, что память имеет побайтную адресацию.