2.4. Modos de direccionamiento Distintas formas que tiene la

2.4. Modos de direccionamiento
Distintas formas que tiene la arquitectura para especificar la ubicación
de los operandos.
Objetivos:
- Reducir el número de bits para especificar un operando en memoria.
- Dar soporte a las estructuras de datos de alto nivel.
Pueden ser:
- Para datos, sobre los que opera la instrucción.
- Para instrucciones, especifica la dirección de la siguiente
instrucción a ejecutar (en instrucciones de control).
Veremos:
- Aspectos del almacenamiento de datos en memoria: alineación y
orden de los bytes:
- Los distintos modos de direccionamiento.
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2.4.1. Necesidades de direccionamiento
Dónde puede estar un operando:
- En la propia instrucción
- En un registro
- En memoria
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A simple vista, lo lógico parecería que en la propia instrucción se
especificase el operando, su dirección en memoria o el registro que lo
contiene.
No siempre lo más indicado por las siguientes razones:
- Ahorro de espacio: en los direccionamientos indirectos como
base+desplazamiento (dirección=registro+valor) e indexado
(registro+registro), menos bits para especificar una dirección.
- Código reubicable: con los direccionamientos relativos a una
dirección base (almacenada en un registro).
- Estructuras de datos: direccionamientos relativos a la dirección
base (en un registro) de la tabla, con un desplazamiento (en un
registro o una constante), direccionamientos
auto-incremento/decremento y escalado o índice.
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2.4.2. Interpretación de las direcciones de memoria
¿Qué objeto es accedido dada una dirección y una longitud?
Dos convenios para ordenar en memoria los bytes de un objeto
multibyte:
- Little endian: el byte en la dirección menos significativa es el del
extremo menos significativo.
- Big endian: el byte en la dirección menos significativa es el del
extremo más significativo.
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Alineación de los datos en memoria
Algunas arquitecturas exigen que los objetos mayores de un byte
estén alineados en memoria.
Definición: un acceso a un objeto de tamaño t bytes en el byte de
dirección D se alinea si D mod t = 0 (mod: resto de la división D/t).
Es decir, la dirección del objeto debe ser múltiplo de su tamaño en
bytes.
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Ejemplo: doble palabra alineada y no alineada
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2.4.3. Descripción de los distintos modos de direccionamiento
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Para especificar algunos modos de direccionamiento usaremos la
siguiente notación:
A = Especificación en la instrucción de una dirección de memoria
(Address).
R = Especificación en la instrucción de un registro (Register).
EA = Dirección real del operando en memoria (Effective address).
rR = Contenido del registro R.
M[D] = Contenido de la posición de memoria D.
OPERANDO = Valor del operando direccionado.
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(1) Direccionamiento por registro
El campo de dirección especifica un registro donde está el operando.
OPERANDO = rR
n bits del campo de dirección necesarios para referenciar 2n registros.
Ventajas : campo de direcciones pequeño y no hay accesos a memoria.
Desventaja: espacio de posiciones limitado.
Ejemplo: add r4, r3 equivale a r4 = r4 + r3
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(2) Direccionamiento inmediato
El operando está en la propia instrucción
OPERANDO = Operand
Para definir constantes cortas
Ejemplo: add r4, #5 equivale a r4 = r4 + 5
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Número en complemento a 2, se hace extensión del signo al cargarlo
en un registro.
Ventaja: una vez captada la instrucción, no se necesitan más
referencias a memoria
Desventaja: pocos bits para codificar el dato
VAX permite distintos tamaños para operandos inmediatos: 6, 8, 16,
32 y 64 bits.
MIPS solo permite 16 bits.
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(3) Direccionamiento directo
El campo de dirección contiene la dirección efectiva del operando.
OPERANDO = M [ A ]
Muy sencillo, usado en las primeras computadoras.
Desventaja: limitación del rango de direcciones por el tamaño del
campo.
Ejemplo: add r1, (100) equivale a r1 = r1 + M [ 100 ]
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Direccionamiento indirecto (por memoria o por registro)
Solución a la limitación del direccionamiento directo.
(4) Direccionamiento indirecto por registro
Se especifica un registro donde está la dirección del operando.
OPERANDO = M [ rR ]
Supera la limitación del nº de bits para especificar la dirección y un solo
acceso a memoria para obtener el operando.
Ejemplo: add r2, (r5) equivale a r2 = r2 + M [ r5 ]
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(5) Direccionamiento indirecto por memoria
El campo de direcciones contiene la dirección de una palabra donde
está la dirección del operando.
OPERANDO = M [ M [A] ]
Desventaja: dos accesos a memoria, para obtener el operando.
Ejemplo: add r1, @(100) equivale a r1 = r1 + M [ M [100] ]
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(6) Direccionamiento base + desplazamiento
Combina posibilidades del directo (facilidad de uso) y del indirecto por
registro (menos bits para especificar dirección).
Habrá que especificar un registro y un valor. La suma del contenido del
registro y el valor es la dirección del operando.
OPERANDO = M [ rR + A ]
Ejemplo: add r4,28(r1) equivale a r4 = r4 + M [ 28 + r1 ]
Para tratar vectores: el registro puede apuntar al principio del vector y el
desplazamiento selecciona el elemento correspondiente.
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(7) Direccionamiento relativo al contador de programa
Caso particular de direccionamiento base+desplazamiento en el que el
registro base es implícitamente el contador de programa.
OPERANDO = PC + Address
Se utiliza para realizar saltos condicionales (concepto de localidad).
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(8) Direccionamiento indexado
La dirección del operando es la suma de dos registros.
OPERANDO = M [ rs+rt ]
Para acceder a vectores de forma más versátil que base +
desplazamiento. Un registro contiene la base del vector y el otro el
índice del elemento correspondiente.
Ejemplo: add r3, (r1+r2) equivale a r3= r3+M[r1+r2]
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(9) Direccionamiento autoincremento
Indirecto por registro con autoincremento del mismo.
Ejemplo: add r1,(r3)+ equivale a r1= r1 + M[r3]
r3=r3+d (d, tamaño del elemento)
(10) Direccionamiento autodecremento
Igual pero se autodecrementa el registro.
(11) Direccionamiento escalado o índice
Para soportar tratamientos de arrays.
Ejemplo: add r1, 50(r2)[r3] equivale a r1=r1+M[50+r2+r3*d] donde
d:tamaño del elemento del array
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Los cinco modos de direccionamiento del MIPS son:
(1) Direccionamiento inmediato
El operando se encuentra codificado en la propia instrucción,
representado como dato inmediato.
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(2) Direccionamiento a registro
El operando está en un registro cuyo identificador se encuentra
codificado en la instrucción.
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(3) Direccionamiento base (+desplazamiento)
La dirección efectiva del operando se obtiene sumando un
desplazamiento que se encuentra en la instrucción con una dirección
base que se encuentra en un registro especificado también por la
instrucción.
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(4) Direccionamiento relativo al contador de programa
Es un caso particular del direccionamiento base (+desplazamiento)
donde el registro que contiene la dirección base es de forma implícita
el PC y el desplazamiento es de instrucciones (4 posiciones de
memoria).
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Este modo de direccionamiento se utiliza en instrucciones de
bifurcación.
Ya que el desplazamiento es de 16 bits, este modo de direccionamiento
permite saltar dentro del rango de palabras ±215 respecto a la
instrucción.
Esto es suficiente para implementar bucles y sentencias ‘if’.
Este modo de direccionamiento, especifica un salto relativo (número de
instrucciones) a la instrucción siguiente a la de bifurcación.
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(5) Direccionamiento pseudodirecto
La dirección se calcula concatenando los 4 bits más significativos del
PC con la dirección de 26 bits especificada en la instrucción y dos ceros.
Este modo de direccionamiento permite saltar más allá que el anterior.
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