§2 尋址方式

1、§2 尋址方式,尋址方式：是指令按什么方式尋找（訪問）到所需的操作數(shù)或信息的。尋找操作數(shù)及其地址的技術(shù)稱為尋址技術(shù)編址方式尋址方式分析 邏輯地址與主存物理地址定位方式,編址方式,對(duì)各種存儲(chǔ)設(shè)備進(jìn)行編碼的方法。主要內(nèi)容：編址單位、零地址空間個(gè)數(shù)、并行存儲(chǔ)器的編址、輸入輸出設(shè)備的編址編址單位常用的編址單位：字編址、字節(jié)編址、位編址、塊編址等編址單位與訪問字長(zhǎng)一般：字節(jié)編址，字訪問部分機(jī)器位編址，字訪問輔

2、助存儲(chǔ)器塊編址，位訪問,編址方式,字節(jié)編址字訪問的優(yōu)點(diǎn)有利于符號(hào)處理字節(jié)編址字訪問的問題：地址信息浪費(fèi)對(duì)于32位機(jī)器，浪費(fèi)2位地址(最低2位地址)對(duì)于64位機(jī)器，浪費(fèi)3位地址存儲(chǔ)器空間浪費(fèi)讀寫邏輯復(fù)雜大端(Big Endin)與小端(Little Endian)問題,,存儲(chǔ)器空間浪費(fèi),讀寫邏輯復(fù)雜，增加1個(gè)align操作,大端(Big Endin)與小端(Little Endian)問題,CPU Endianness,L

3、ittle-endianx86 (Intel, AMD, …)DEC AlphaBig-endianSUN SPARCRS/6000 UNIXMotorola m68000Big-endian /little-endianHP-PA NT little-endianMIPS NT little-endianPowerPC NT little-endianHP-PA UNIX big-endianMIPS UNIX

4、 big-endianPowerPC non-NT big-endian,Endianness also applicable to some files,Adobe Photoshop --Big EndianBMP (Windows and OS/2 Bitmaps) --Little EndianDXF (AutoCad) –VariableGIF --Little EndianIMG (GEM Raster) --Bi

5、g EndianJPEG --Big EndianFLI (Autodesk Animator) --Little EndianMacPaint --Big EndianPCX (PC Paintbrush) --Little EndianPostScript --Not Applicable (text!)QTM (Quicktime Movies) --Little Endian (on Macs)Microsoft

6、RIFF (.WAV &.AVI) –BothMicrosoft RTF (Rich Text Format) --Little EndianSGI (Silicon Graphics) --Big EndianSun Raster --Big EndianTGA (Targa) --Little EndianTIFF --Both, Endian identifier encoded into fileWPG (W

7、ordPerfect Graphics Metafile) --Big Endian (on PCs)XWD (X Window Dump) --Both, Endian identifier encoded into file,,零地址空間個(gè)數(shù)三個(gè)零地址空間：通用寄存器、主存儲(chǔ)器、輸入輸出設(shè)備獨(dú)立編址兩個(gè)零地址空間：主存儲(chǔ)器與輸入輸出設(shè)備統(tǒng)一編址一個(gè)零地址空間：最低端是通用寄存器，最高端是輸入輸出設(shè)備，中間為主存儲(chǔ)器隱含編址

8、方式：堆棧、Cache等并行存儲(chǔ)器的編址技術(shù)高位交叉編址：主要用來擴(kuò)大存儲(chǔ)器容量。低位交叉編址：主要是提高存儲(chǔ)器速度。,,輸入輸出設(shè)備的編址一臺(tái)設(shè)備一個(gè)地址：通過指令來區(qū)分地址，地址內(nèi)部區(qū)分地址。一臺(tái)設(shè)備兩個(gè)地址：數(shù)據(jù)寄存器、狀態(tài)或控制寄存器。多個(gè)編址寄存器共用同一個(gè)地址的方法：􀂾依靠地址內(nèi)部來區(qū)分，適用于被編址的寄存器的長(zhǎng)度比較短􀂾“下跟法”隱含編址方式，必須按順序讀寫寄存器。一臺(tái)

9、設(shè)備多個(gè)地址：增加編程的困難,尋址方式分析,面向主存：主要訪問內(nèi)存，少量訪問寄存器面向通用寄存器：多數(shù)在寄存器，少量在內(nèi)存面向堆棧：主要在堆棧，可減輕編譯負(fù)擔(dān),尋址方式的種類,寄存器尋址ADD R4,R3 R4<-R4+R3立即尋址ADD R4,#3 R4<-R4+3直接尋址ADD R1,(2000)

10、 R1<-R1+M[2000]間接尋址ADD R4,(R1) R4<-R4+M[R1]相對(duì)尋址ADD R4,100(R1) R4<-R4+M[100+R1],尋址方式的種類（續(xù)）,變址尋址ADD R3,(R1+R2) R3<-R3+M[R1+R2]寄存器間接尋址ADD R1,@(R3)

11、 R1<-R1+M[M[R3]]自增自減尋址ADD R1,(R2)+ R1<-R1+M[R2] R2<-R2+d比例尋址ADD R1,100(R2)[R3] R1<-R1+M[100+R2+R3*d],寄存器尋址,主要優(yōu)點(diǎn)：指令字長(zhǎng)短，指令執(zhí)行速度快，支持向量和矩陣等運(yùn)算主要缺點(diǎn)：不利于優(yōu)化編譯，現(xiàn)場(chǎng)切換困難，硬件復(fù)雜,堆棧尋址方式,

12、主要優(yōu)點(diǎn)：支持高級(jí)語言，有利與編譯程序，節(jié)省存儲(chǔ)空間，支持程序的嵌套和遞歸調(diào)用，支持中斷處理主要缺點(diǎn)：運(yùn)算速度比較低，棧頂部分設(shè)計(jì)成一個(gè)高速的寄存器堆,間接尋址方式與變址尋址方式的比較,目的相同：都是為了解決操作數(shù)地址的修改原則上，一種處理機(jī)中只需設(shè)置間址尋址方式與變址尋址方式中的任何一種即可，有些處理機(jī)兩種尋址方式都設(shè)置如何選取間址尋址方式與變址尋址方式？例：一個(gè)由N個(gè)元素組成的數(shù)組，已經(jīng)存放在起始地址為AS的主存連續(xù)單元中

13、，現(xiàn)要把它搬到起始地址為AD的主存連續(xù)單元中。不必考慮可能出現(xiàn)的存儲(chǔ)單元重疊問題。為了編程簡(jiǎn)單，采用一般的兩地址指令編寫程序。,用間接尋址方式編寫程序,START: MOVE ASR, ASI ;保存源起始地址MOVE ADR, ADI ;保存目標(biāo)起始地址MOVE NUM, CNT ;保存數(shù)據(jù)的個(gè)數(shù)LOOP: MOVE @ASI,@ADI;傳送一個(gè)數(shù)據(jù)INC ASI ;源數(shù)組的地址增量INC ADI ;目標(biāo)數(shù)組地址增量DEC

14、 CNT ;個(gè)數(shù)減1BGT LOOP ;測(cè)試數(shù)據(jù)傳送完?HALT ;停機(jī)ASR: AS ;源數(shù)組的起始地址ADR: AD ;目標(biāo)數(shù)組的起始地址NUM: N ;需要傳送的數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)ASI: 0 ;當(dāng)前正在傳送的源;數(shù)組地址ADI: 0 ;當(dāng)前正在傳送的目標(biāo);數(shù)組地址CNT: 0 ;剩余數(shù)據(jù)的個(gè)數(shù),用變址尋址方式編寫程序,START: MOVE AS, X ;取源數(shù)組起始地址MOVE NUM, CNT ;保存數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)LO

15、OP: MOVE (X),AD-AS(X);傳送一個(gè)數(shù)據(jù)INC X ;增量變址寄存器DEC CNT ;個(gè)數(shù)減1BGT LOOP ;測(cè)試數(shù)據(jù)傳送完成HALT ;停機(jī)NUM: N ;傳送的數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)CNT: 0 ;剩余數(shù)據(jù)的個(gè)數(shù),主要優(yōu)缺點(diǎn)比較,采用變址尋址方式編寫的程序簡(jiǎn)單、易讀。對(duì)于程序員，兩種尋址方式的主要差別是：􀂾間址尋址：間接地址在主存中，沒有偏移量􀂾變址尋址：基地址在變址寄存

16、器中, 有偏移量實(shí)現(xiàn)的難易程度：間址尋址方式容易實(shí)現(xiàn)指令的執(zhí)行速度：間址尋址方式慢對(duì)數(shù)組運(yùn)算的支持：變址尋址方式比較好自動(dòng)變址：在訪問間接地址時(shí)，地址自動(dòng)增減前變址與后變址：變址與間址混合時(shí)前變址尋址方式：EA＝((X)＋A)后變址尋址方式：EA＝(X)＋(A),尋址方式在指令中的指明方式,操作碼占用位DJS200中：操作碼中2位表示地址碼設(shè)置尋址方式字段VAX-11的4位尋址靈活、操作碼短，需專門的尋址方式位字段

17、,使用概率分析法分析尋址方式,例1：在VAX指令集機(jī)器上運(yùn)行g(shù)cc、Spice和Tex基準(zhǔn)程序，各種尋址方式的分布如下圖：,尋址方式參數(shù)大小選擇,例2：在某R-R機(jī)器上運(yùn)行SPECint92和SPECfp92進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果分布如下：,可見：偏移量字段為12-16位時(shí)，能表示75%-99%的訪問頻率，字段長(zhǎng)應(yīng)設(shè)置為12-16位。 結(jié)論：根據(jù)尋址方式的頻率分布，確定滿足大多數(shù)要求的尋址范圍，與操作碼長(zhǎng)度組合決定尋址長(zhǎng)度。,邏輯地址與主

18、存物理地址,邏輯地址：程序員編寫程序時(shí)使用的地址。物理地址：程序在主存中的實(shí)際地址。一般來講，邏輯地址的空間大于物理地址的空間。如邏輯地址為32位，即232=4GB物理地址只有256MB 映射實(shí)際上是壓縮。,定位方式,程序的主存物理地址在什么時(shí)間確定？采用什么方式來實(shí)現(xiàn)？程序需要定位的主要原因：􀂾程序的獨(dú)立性􀂾程序的模塊化設(shè)計(jì)􀂾數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在程序運(yùn)行過程中，其大小往往