Способ расширения кодов операции

В машинах с коротким словом практически невозможно в одном формате команды, т. е. при фиксированном назначении ее полей, кодировать большое число различных операций и одновременно иметь гибкую форму адресации операндов. Это противоречие в машинах с коротким словом преодолевается расширением кодов операций в команде . Для задания небольшой группы основных операций (арифметических и др.) используется короткий код операции, а получаемая при этом сравнительно большая адресная часть команды позволяет реализовать гибкую, например двухадресную со многими модификациями, адресацию. Для задания других операций используются более длинные (расширяемые) коды операций, при этом сокращаемая адресная часть оставляет возможность лишь для более простой, например одноадресной, адресации операндов. В пределе расширяемый код операций занимает весь формат команды (безадресная команда) . Обычно в ЭВМ используется несколько форматов команд разной длины.

Способы адресации

Подразумеваемый операнд. В команде не содержится явных указаний об адресе операнда; операнд подразумевается и фактически задается кодом операции, команды. Данный способ используется не часто, однако имеется несколько важных случаев его применения. 3 качестве примера можно привести команды подсчета, в которых некоторому числу (содержимому счетчика) прибавляется фиксированное приращение, чаще единица младшего разряда.

Подразумеваемый адрес. В команде не содержится явных указаний об адресе участвующего в операции операнда или адреса, по которому помещается результат операции, но этот адрес подразумевается. Например, команда может содержать адреса обоих операндов, участвующих в операции, при этом подразумевается, что результат операции помешается по адресу одного из операндов, или команда указывает только адрес одного операнда, а адрес второго, которым является содержимое специального регистра (называемого регистром результата или аккумулятором) , подразумевается.

Непосредственная адресация. В команде содержится не адрес операнда, а непосредственно сам операнд. При непосредственной адресации не требуется обращения к памяти для выборки операнда и ячейки для его хранения. Это способствует уменьшению времени выполнения программы и занимаемого ею объема памяти. Непосредственная адресация удобна для хранения различного рода констант; однако следует иметь в виду, что при этом способе адресации длина операнда короче кода команды, поскольку часть разрядов команды занята под код операции. Прямая адресация. Исполнительный адрес совпадает с адресной частью команды. Этот способ адресации был общепринятым в первых вычислительных машинах и продолжает применяться в настоящее время в комбинации с другими способами. 3 указанной форме непосредственная адресация реализуется в ЭВМ со сравнительно длинным машинным словом (32 разряда и бо- лее) .

Относительная адресация или базирование.

Исполнительный адрес определяется суммой адресного кода команды Ак и некоторого числа Аб, называемого базовым адресом: Аи = Ак + Аб.

Для хранения базовых адресов в машине могут быть предусмотрены регистры или специально выделенные для этой цели ячейки памяти (базовые регистры) . 5 команде выделяется поле 5 для указания номера базового регистра. Относительная адресация позволяет при меньшей длине адресного кода команды обеспечить доступ к любой ячейке памяти. Для этого число разрядов в базовом адресе выбирает таким чтобы можно было адресовать любую ячейку ОП, а адресный код Ак самой команды используют для представления лишь сравнительно короткого «смещения» (обозначают буквой D). Смешение D определяет положение операнда относительно начала массива, задаваемого базовым адресом Аб. Относительная адресация обеспечивает так называемую перемещаемость программ, т. е. возможность передвижения программ в памяти без изменений внутри самой программы.

Укороченная адресация.

Для уменьшения длины кода команды часто применяется так называемая укороченная адресация. Суть ее сводится к тому, что в команде задаются только младшие разряды адресов, старшие разряды при этом подразумеваются нулевыми. Такая адресация позволяет использовать только небольшую группу фиксированных ячеек с начальными (короткими) адресами и поэтому может применяться лишь совместно с другими способами адресации.

Регистровая адресация - есть частный случай укороченной, когда в качестве фиксированных ячеек с короткими адресами используются регистры (ячейки сверхоперативной или местной памяти) процессора. Например, если таких регистров 16, то для адреса достаточно четырех двоичных разрядов. Регистровая адресация наряду с сокращением длины адресов операндов позволяет увеличить скорость выполнения операций, так как уменьшается число обращений к ОП.

Косвенная адресация.

Адресный код команды указывает адрес ячейки памяти, в которой находится адрес операнда или команды. Таким образом, косвенная адресация может быть иначе определена как «адресация адреса». На косвенную адресацию указывает код операции команды, а в некоторых ЭВМ в команде отводится специальный разряд (указатель адресации – УА), и цифра 0 или 1 в нем указывает, является адресная часть команды прямым адресом или косвенным. В некоторых ЭВМ используется многоступенчатая косвенная адресация. В этом случае ячейки памяти содержат также разряд-указатель косвенной адресации (УА) . Если этот разряд указывает на продолжение косвенной адресации, то машина последовательно выбирает из памяти адреса до тех пор, пока не будет найдена ячейка, в которой разряд-указатель определит прямую адресацию. Адрес из этой последней ячейки и является искомым исполнительным адресом.

Автоинкрементная и автодекрементная адресации.

Поскольку регистровая косвенная адресация требует предварительной загрузки регистра из ОП косвенным адресом, что связано с потерей времени, такой тип адресации особенно эффективен при обработке массива данных, если имеется механизм автоматического приращения или уменьшения содержимого регистра при каждом обращении к нему, называемый соответственно автоинкрементной и автодекрементной адресацией. В этом случае достаточно 1 раз загрузить в регистр адрес первого обрабатываемого элемента массива, а затем при каждом обращении к регистру в нем в результате инкрементной (декрементной) процедуры формируется адрес следующего элемента массива. При автоинкрементной адресации по содержимому регистра сначала содержимое регистра используется как адрес операнда, а затем получает приращение, равное числу байт в элементе массива. При автодекрементной адресации сначала содержимое указанного в команде регистра уменьшается на число, равное числу байт в элементе массива, а затем используется как адрес операнда.

Адресация слов переменной длины. Эффективность вычислительных систем, предназначенных для обработки данных (экономических, плановых и др.), повышается, если имеется возможность выполнять операции со словами переменной длины. В этом случае в машине должна быть предусмотрена адресация слов переменной длины, которая обычно реализуется путем указания в команде местоположения в памяти начала слова и его длины.

Стековая адресация

Стековая память, реализующая безадресное задание операндов, является эффективным элементом современной архитектуры ЭВМ, особенно широко используемым в микропроцессорах. Стек представляет собой группу последовательно пронумерованных регистров (аппаратурный стек) или ячеек памяти, снабженных указателем стека (обычно регистром указателем стека (УС)), в котором автоматически при записи и считывании устанавливается номер (адрес) последней занятой ячейки стека (вершины стека). При операции записи, заносимое в стек слово помешается в следующую по порядку свободную ячейку стека, а присчитывании из стека извлекается последнее поступившее в него слово. Таким образом, в стеке реализуется правило «последний пришел – первый ушел».