Technische Informatik 2 Adressierungsarten

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1 Technische Informatik 2 Adressierungsarten Prof. Dr. Miroslaw Malek Sommersemester

2 Thema heute X-Adressmaschine 0-Adressmaschine 1-Adressmaschine 2-Adressmaschine 3-Adressmaschine Adressierungsarten Beispiele PDP-11 PowerPC IA32 TI2 D&B - 2

3 0-Adressmaschine Den Befehlen werden keine Adressen von Operanden übergeben (Ausnahme: POP, PUSH) es gibt nur eine feste Adresse (letztes Element auf Stack) Bekannt als Stackmachine (z.b. HP-3000) Befehl Kommentar (Ergebnis: X = A * B + C * C) PUSH A PUSH B MULTIPLY PUSH C DUP MULTIPLY ADD POP X Transferiert A auf den Stapel Transferiert B auf den Stapel Holt A, B vom Stapel und ersetzt sie durch A * B Transferiert C auf den Stapel Verdoppelt letztes Element auf dem Stapel Holt C, C vom Stapel und ersetzt sie durch C * C Holt C*C, A*B vom Stapel, ersetzt sie durch Summe Transferiert Ergebnis vom Stapel nach X TI2 D&B - 3

4 1-Adressmaschine Nur ein Daten-Register: Akkumulator Befehle bekommen maximal eine Adresse übergeben, der zweite Operand befindet sich im Akkumulator Das Ergebnis wird auch dorthin gespeichert Befehl Kommentar (Ergebnis: X = A * B + C * C) LOAD A MULTIPLY B STORE T LOAD C MULTIPLY C ADD T STORE X TI2 D&B - 4 Transferiert A in den Akkumulator AC AC AC * B Transferiert AC zur Speicherstelle T Transferiert C in den Akkumulator AC AC AC * C AC AC + T Transferiert Ergebnis zur Speicherstelle X

5 Befehl enthält zwei Adressen 2-Adressmaschine Zweite Adresse ist meist auch Zieladresse (Ergebnis zurückschreiben) Befehl Kommentar MOVE A, R0 R0 A MULTIPLY B, R0 R0 R0 * B MOVE C, R1 R1 C MULTIPLY C, R1 R1 R1 * C ADD R0, R1 R1 R0 + R1 MOVE R1, X X R1 TI2 D&B - 5

6 3-Adressmaschine Befehl enthält drei Adressen, meist der Form: Quelle1, Quelle2, Ziel Ermöglicht sehr kurze Programme Befehl Kommentar MULTIPLY A, B,T MULTIPLY C, C, X ADD X, T, X T X X A * B C * C X + T TI2 D&B - 6

7 Tradeoffs Verschiedene Adressmaschinen Adressen Aufteilung von 32 Bit Verarbeitungsgeschwindigkeit/ Befehl Befehle im Beispiel 32 Bit 8 Bit 24 Bit OpCode/ Daten O Adresse O A1 A2 O A1 A2 A3 Sehr hoch Hoch Normal Gering Befehlsanzahl Sehr viele Viele Wenige Sehr wenige TI2 D&B - 7

8 Architekturtypen Stack-Architekturen Register-Register Architekturen Register-Speicher Architekturen Speicher-Speicher Architekturen Tradeoffs Leistung Effizienz Komplexität des Designs Einfachheit der Programmierung Einfachheit der Parameterübergabe und der Unterprogrammaufrufe Rekursion TI2 P - 8

9 Absolute/direkte Adressierung (direct) Allgemeine Adressierungsarten Adresse des Operanden ist explizit Teil des Befehles. Implizite Adressierung (implied) Adresse des Operanden ergibt sich aus dem Befehl (z. B. wird in einem Einadressrechner der Akkumulator als Adresse des zweiten Operanden angesehen). Unmittelbare Adressierung (immediate) Operand wird explizit im Befehl angegeben. Es ist kein Speicherzugriff erforderlich oder der Operand ist als weiteres Befehlswort gespeichert (Operandenadresse muß nicht berechnet werden). TI2 D&B - 9

10 TI2 D&B - 10 Allgemeine Adressierungsarten (2) Indirekte Adressierung (indirect) Effektive Adresse des Operanden steht im Register oder Hauptspeicherplatz, dessen Adresse im Befehl angegeben ist (auch mehrstufig) Indizierte Adressierung (indexed) Effektive Adresse (EA) des Operanden wird durch Addition des Wertes eines Indexregisters (X) und der direkten Adresse (DA) berechnet: EA = X + DA Basis Adressierung (base) Effektive Adresse des Operanden wird durch die Addition des Wertes eines Basisregisters und der direkten Adresse berechnet: EA = B + DA

11 Allgemeine Adressierungsarten (3) Relative Adressierung (self-relative, relative) Effektive Adresse ist die Summe der direkten Adresse und des Inhalts des Befehlszählers (PC): EA = DA + PC Segmentierte Adressierung (augmented) Effektive Adresse ergibt sich aus dem Zusammenfügen des Inhalts des Segment-Adressregisters (SAR) und der direkten Adresse: EA = SAR DA (z.b. SAR spezifiziert dabei eine Speicherseite und DA ist eine Adresse innerhalb dieser speziellen Seite.) TI2 D&B - 11

12 Block Adressierung Allgemeine Adressierungsarten (4) Adresse des ersten Wortes im Block ist gegeben. Anzahl der Wörter wird bestimmt durch o den Befehl o Angabe der letzten Adresse o Ein besonderes end-of-block Zeichen o eine feste Länge TI2 D&B - 12

13 Adressierungsarten am Beispiel PDP-11 B 5 B 4 B 3 (Modus) Name Syntax Bedeutung 000 Register Rn EA = R n (d.h., Operand = [R n ]) 010 Autoincrement (Rn)+ EA = [R n ] Erhöhe R n 100 Autodecrement - (Rn) Verringere R n EA = [R n ] 110 Index X(Rn) Hole X; Erhöhe PC EA = X + [R n ] 001 Register Indirect 011 Autoincrement Indirect EA [Z] Rn EA = [R n = Effektive Adresse = Inhalt von Z = Inhalt der Speicherzelle, auf die Z zeigt. OP-Code Modus R n EA = [[R n ]] Erhöhe R n TI2 D&B - 13 B 5 B 4 B 3

14 PDP-11: Adressierungsarten B 5 B 4 B 3 (Modus) Name Syntax Bedeutung 101 Autodecrement Verringere R n ; EA = [[R n ]] 111 Index Hole X; Erhöhe PC EA = [X+[R n ]] TI2 D&B - 14

15 PDP-11:Adressierungsarten wenn Rn = PC B 5 B 4 B 3 (Modus) Name Syntax Bedeutung 010 Immediate (Autoinkrement) 011 Absolute (Autoinkrement Indirekt) EA = PC; (d.h., Operand folgt dem Befehl) EA = [PC]; (d.h., die EA des Operanden folgt dem Befehl) 110 Relative (Index) 111 Relative Indirekt (Index Indirekt) Hole X; Inkrementiere PC; EA = X + [PC]; (d.h. EA ist PC + Offset X; X steht direkt nach dem Befehl) Hole X; Inkrementiere PC; EA = [X + [PC]]; (d.h. EA ist Inhalt des [PC] + X; X steht hinter dem Befehl) TI2 D&B - 15

16 Absolut TI2 D&B - 16 Adressierungsarten am Beispiel des PowerPCs Die Zieladresse ist im Befehl angegeben. Register Direkt Die Operanden befinden sich in den angegebenen Registern. Relativ Der Abstand zwischen den Sprungbefehlen und der Zieladresse ist in dem Befehl enthalten. Registerindirekt Die Zieladresse befindet sich im angegebenen Register

17 Adressierungsarten am Beispiel des PowerPCs (2) Indexadressierter Modus (Immediate Index Addressing Mode) EA = X + [R quelle ] Registerindizierter Adressierungsmodus (Register Index Addressing Mode) EA = [R i ] + [R j ] EA X = Effektive Adresse = vorzeichenbehafteter 16 Bit Offset R quelle, R i, R j = Allzweckregister R 0 bis R 31 TI2 D&B - 17

18 Intel Architecture (IA32): Adressierungsarten 1. Direkt-kodierte Operanden: Operand wird mit Befehl übergeben 2. Register-Operanden: Nummer des Registers wird übergeben, in der sich der Operand befindet 3. Speicher-Operanden: Speicher-Adresse wird übergeben, von wo der Operand zu holen ist 4. E/A-Port Adressierung: Portadresse wird übergeben, von der der Operand zu holen ist TI2 D&B - 18

19 Zusammenfassung Adressierungsarten haben großen Einfluss auf Architektur, Leistung, Effizienz, Adressierbarkeit und Kosten des Computers Deswegen gibt es eine Vielfalt an Adressierungsarten Zahl der Adressen (X-Adressmaschine) bestimmt Programmierbarkeit, Adressierbarkeit, Leistung, Komplexität und Flexibilität des Computers 0-Adressmaschine 1-Adressmaschine 2-Adressmaschine 3-Adressmaschine Die Wahl der Adressierungsarten ist ein Kompromiss zwischen Programmierbarkeit, Hardwarekomplexität, Leistungsgrad und Adressierbarkeit