Способы адресации

Система адресации обеспечивает в МП устройствах доступ к операндам, хранящимся в устройствах памяти, внутренних программно- доступных регистрах и внешних устройствах через порты ввода/вывода. Длина формата команды (общее количество бит в коде команды) определяет скорость выполнения команды и зависит от способа адресации операндов. Способы адресации играют большую роль в организации управления ходом выполнения программы, во многом определяют скорость обработки информации. Существуют следующие основные способы адресации:

- прямая,

- косвенная,

- непосредственная,

- автоинкрементная (автодекрементная),

- страничная,

- индексная,

- относительная

Прямая адресация – исполнительный адрес размещается в адресном поле команды. В этом способе непосредственно используется счетчик команд и аккумулятор МП. При прямой адресации содержимое счетчика команд передается на ША и из адресуемой ячейки выбирается очередная команда, поступающая в устройство управления МП. С помощью прямой адресации в АЛУ может вызываться и операнд. Для этого на ША передается адрес ячейки памяти, содержащийся в команде. При необходимости изменения последовательного порядка выполнения программы адресуется ячейка памяти, содержащая адрес условного или безусловного перехода. Команда, содержащая прямой адрес, занимает 2-3 ячейки памяти, что соответственно требует и 2-3 обращений к памяти. Еще одно обращение может потребоваться для непосредственного вызова операнда.

С использованием прямой адресации могут быть загружены только аккумулятор и регистры выделенные для хранения косвенного адреса (в МП типа К580, i - 8080 и 8085 это регистровая пара Н). В современных микроконтроллерах для косвенной адресации обычно используется несколько регистровых пар.

Пример: LDA 0A00 - эта команда загружает аккумулятор (регистр А) содержимым ячейки памяти 0А00. Формат этой команды:

Преимущества этого способа адресации – простота и наглядность, не требуется вычисление исполнительного адреса.

Недостаток – низкая скорость обработки информации, кроме того, во многих микропроцессорных системах для поля адреса в формате команды выделяется небольшое число битов, что ограничивает доступный для данного способа объем адресного пространства памяти.

Непосредственная адресация - данные включены в команду и собственно обращения к памяти при этом способе загрузки регистров не требуется. Команда вместо указания адреса операнда содержит этот операнд непосредственно. Непосредственная адресация используется при операциях с константами, исполнение команд с непосредственной адресацией отличается быстротой.

Пример: MVI C D3 - эта команда загружает регистр С значением D3 (число представлено в шестнадцатеричном коде, т.е. является 8- разрядным двоичным числом).

Косвенная адресация – адресное поле команды указывает не адрес операнда, а лишь адрес ячейки, в которой хранится косвенный адрес, по которому можно получить операнд. В МП косвенная адресация обычно является неявной регистровой. В этом случае команда предписывает выполнить операцию над операндом, адрес которого содержится в регистрах общего назначения (обычно для этого выделяются определенные регистры блока РОН). Так, команда MOV REG,M загружает любой регистр из ячейки памяти, адрес которой содержится в регистровой паре H,L. Команда LDAX загружает аккумулятор с использованием адреса, содержащегося в регистровой паре B или D (используя регистры B или D можно осуществить косвенную загрузку только аккумулятора).

Пример: MOV D,M - эта команда загружает регистр D из ячейки памяти, адрес которой содержится в регистрах H,L. Отметим, что логически для процессора ячейка памяти с адресом, содержащимся в регистрах H,L эквивалентна регистру с индексом М (ячейку памяти с этим адресом называют регистром М. Естественно, адрес этой ячейки памяти меняется с изменением содержимого регистров H,L, а сам "регистр М" физически находится вне процессора).

Преимущество косвенной адресации в том, что косвенный адрес операнда содержит больше битов, чем число битов в адресном поле команды, т.е. доступен больший объем адресного пространства памяти. Недостатком является увеличение времени для извлечения операнда по сравнению со способом прямой адресации.

Относительная индексная адресация (автоинкрементная и автодекрементная) – базовый исполнительный адрес вычисляется так же, как и при регистровой косвенной адресации, а следующие исполнительные адреса получаются увеличением или уменьшением текущего адреса операнда на определенную величину после каждой обработки адреса. Обычно такая адресация используется при обработке массивов данных. В этом случае список данных представляется как совокупность индексных операндов. Операнды с индексами помещаются в соседних ячейках памяти. Для организации доступа к этим ячейкам памяти используются индексные регистры аналогичные в данном случае счетчику команд. Для двумерного массива истинный адрес

ИА = [базовый адрес] + (содержимое индексных регистров)

Для перебора операндов с индексами осуществляется автоиндексация, т.е. добавление к содержимому регистров плюс или минус единицы. Разновидностью автоиндексации является стековая адресация. В этом случае автоиндексный регистр является указателем стека, а область памяти им адресуемая, – стеком. Принцип стековой адресации заключается в следующем: после каждой засылки в стек, содержимое указателя стека увеличивается, а после каждого изъятия из стека - уменьшается на единицу.

Относительная адресация – исполнительный адрес получается сложением адресного поля команды с содержимым базового регистра процессора. Это сложение производится в специальном сумматоре. Относительная адресация применяется в командах перехода.

Страничная адресация – память делится на ряд страниц одинаковой длины. Адресация страниц осуществляется по содержимому программного счетчика или регистра страниц. Адресация памяти внутри страниц производится адресом, который содержится в команде.

Обращение к подпрограммам. Ряд процедурв ЭВМ часто используется различными программами или одной и той же программой многократно. Такие процедуры могут быть стандартизированы и оформлены в виде подпрограмм.

В этом случае вся программа может быть представлена в виде объединения основной программы и подпрограмм. Обращение к подпрограмме происходит из основной программы.

Перед обращением к подпрограмме необходимо запомнить адрес возврата в основную программу. Адрес возврата обычно запоминается в первой ячейке выполняемой подпрограммы. При этом возврат осуществляется по команде безусловного перехода с косвенной адресацией по содержимому первого слова подпрограммы.

Наиболее эффективной адресацией при обращении к подпрограммам является стековая адресация. Адрес возврата записывается в вершину стека, а после выполнения подпрограммы выталкивается из стека и размещается в счетчике команд. Часто в стек вводится содержимое не только счетчика команд, но и всех регистров МП. При использовании стека характерной особенностью выхода из подпрограммы является использование безадресной команды ВОЗВРАТ. По этой команде процессор извлекает из памяти адрес, откуда произошел вызов подпрограммы, и переходит к команде, непосредственно следующей за этим адресом. Затем программа выполняется в обычном режиме.

Применение подпрограмм позволяет придать программе свойство структурированности. Функционально законченную процедуру удобно оформлять в виде подпрограммы даже если в основной программе она используется только один раз. Например, подпрограмма вывода кода управления семисегментным индикатором, подпрограмма генерации звукового сигнала и т.д. Из подпрограмм- библиотек удобно конструировать разнообразные программы.