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Organización de ComputadorasOrganización de ComputadorasDepto. Cs. e Ing. de la Comp.Depto. Cs. e Ing. de la Comp.Universidad Nacional del SurUniversidad Nacional del Sur

Módulo 09Módulo 09

Modos de DireccionamientoModos de Direccionamiento(Pt. 2)(Pt. 2)

Organización de Computadoras - Mg. A. G. StankeviciusOrganización de Computadoras - Mg. A. G. Stankevicius 22

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ContenidosContenidosTipos de instruccionesFormato de instrucciónModos de direccionamiento

Directo vs. IndirectoAbsoluto vs. Relativo

Código automodificableCódigo independiente de la posiciónLa arquitectura OCUNS


Modos implementados en HWModos implementados en HWLos diseñadores de las distintas arquitecturas han ensayado muy diversos modos de direccionamiento a manera de respuestaa estos cuestionamientosNo obstante, pocas arquitecturas implementan la totalidad de los modos de direccionamientoEn general se adopta un subconjunto que es implementado en hardware, dejando el resto para ser simulado vía software


Modos implementados en HWModos implementados en HWPor caso, el Motorola 6809 implementa en HW:

Nombre Mnemónico Op. AccedidoRegistro Ri RiRegistro Indirecto (Ri) M[Ri]Absoluto addr M[addr]Absoluto Indirecto (addr) M[M[addr]]Inmediato #const constAuto-incremento (Ri)+ M[Ri]; Ri++Auto-decremento -(Ri) --Ri; M[Ri]PC Relativo PC(const) M[PC + const]Base Ri(addr) M[Ri + addr]Indexado addr(Ri) M[addr + Ri]Base indexado Ri(Rj) M[Ri + Rj]


InmediatoInmediatoInterpretación: el contenido del campo argumento es el operandoEjemplos:add #5 (pila)add R0, #5 (CISC)add R0, R0, #5 (RISC)

add #5instrucción

28

1E02A005

B2

memoria pila delprograma

0000:⋮

9FFF:A000:A001:A002:

⋮FFFF:

⋮

⋮

A0

F502F1EA

00⋮

00


InmediatoInmediatoCaracterísticas:

También se lo conoce como modo literalAltamente eficiente, pues no requiere accedera memoria (el operando es obtenido al accederinicialmente a memoria para traer la instrucción)El rango puede estar acotado a la cantidad de bits disponibles en el formato de la instrucciónSe lo utiliza para operar con valores constantesEn caso de no estar soportado por el hardware,se lo puede simular a nivel de lenguaje ensamblador


AbsolutoAbsolutoInterpretación: el contenido del campo argumento es la ubicación en memoriadel operandoEjemplos:push A002 (stack)mov R0, [A002] (CISC)load R0, A002 (RISC)

push A002instrucción

28

1E02A005

B2

memoria pila delprograma

0000:⋮

9FFF:A000:A001:A002:

⋮FFFF:

⋮

⋮

A0

F502F1EA

00⋮

00


AbsolutoAbsolutoCaracterísticas:

También se lo conoce como modo memoria directoImplica un acceso adicional a memoria (apartedel acceso inicial para traer la instrucción)La instrucción contiene la dirección efectivadel argumentoEl espacio de direcciones está acotado por la cantidad de bits permitidos por el formato de instrucciónNo es práctico para recorrer estructuras de datos (¿por qué razón?)


Código automodificableCódigo automodificableEl modo directo es apropiado para acceder atipos de datos simples (por caso, variables),no así a tipos de datos complejos

Para recorrer tipos complejos (tales como arregloso registros), tenemos que modificar en tiempode ejecución al campo argumento de la instrucciónEste tipo de código se lo denomina automodificableEl emplear código automodificable complicala interpretación del significado de un programaLa alternativa más adecuada consiste en hacer usode referencias indirectas


Directo vs. indirectoDirecto vs. indirectoLa idea detrás del modo indirecto consisteen agregar un paso adicional en la búsqueda del argumento:

En el modo directo accedemosal valor deseadoEn el indirecto accedemos a unadirección de memoria en la cualencontraremos el valor deseado

Este paso adicional implicaun segundo acceso a memoria

push A000

28

1E02A005

B2

memoria

0000:⋮

9FFF:A000:A001:A002:

⋮FFFF:

⋮

⋮


Absoluto indirectoAbsoluto indirectoInterpretación: el contenido del campo argumento es la ubicación en memoriade la dirección del operandoEjemplo:push (A000) (stack)

push A000instrucción

28

1E02A005

B2

memoria

0000:⋮

9FFF:A000:A001:A002:

⋮FFFF:

⋮

⋮

A0

F502F1EA

00⋮

00

pila delprograma


Absoluto indirectoAbsoluto indirectoCaracterísticas:

También se lo conoce como memoria indirectoImplica dos accesos adicionales a memoria (apartedel acceso inicial para traer la instrucción)Extremadamente flexible, permite recorrer cualquier estructura de datos, si bien está actualmente en desuso por lo oneroso en tiempo de ejecuciónDe ser requerida su flexibilidad, se lo puede simular haciendo uso de otros modos de direccionamiento


RegistroRegistroInterpretación: el contenido del campo argumento es la ubicación del operandodentro del banco de registrosEjemplos:add R0, #15 (CISC)add R0, R0, #15 (RISC)

addinstrucción

28

1E02A005

B2

memoria

0000:⋮

9FFF:A000:A001:A002:

⋮FFFF:

⋮

⋮

A000

FFF500020DF1EA00

0000⋮

001F

banco deregistros

R0R1R2R3R4R5⋮RF

R0 R0 #15


RegistroRegistroCaracterísticas:

También se lo conoce como registro directoAnálogo al modo absoluto, usando al banco de registros del procesador como espacio de direccionesAltamente eficiente ya que no requiere accedera memoria (aparte del acceso inicial)Se puede codificar con muy pocos bits (puestoque direcciona un espacio bastante acotado)Junto al modo registro indirecto permite simularotros modos de direccionamiento


Registro indirectoRegistro indirectoInterpretación: el contenido del campo argumento es la ubicación dentro del bancode registros de la dirección del operandoEjemplo:add [R0], #15 (CISC)

addinstrucción

28

1E02A005

B2

memoria

0000:⋮

9FFF:A000:A001:A002:

⋮FFFF:

⋮

⋮

banco deregistros

R0R1R2R3R4R5⋮RF

R0 #15

A000

FFF500020DF1EA00

0000⋮

001F


Registro indirectoRegistro indirectoCaracterísticas:

Análogo al modo absoluto indirecto, pero recuperando la dirección del operando del banco de registrosSe puede codificar con muy pocos bits (puestoque direcciona un espacio bastante acotado)No obstante, al ser indirecto retiene la capacidadde direccionar la totalidad del espacio de direccionesResulta altamente flexible, permitiendo recorrer estructuras de datos complejasMás eficiente que el modo absoluto indirecto, ya que sólo requiere un acceso a memoria (aparte del inicial)


IndexadoIndexadoInterpretación: el campo argumento contiene una dirección de base fija y un desplazamiento variable que sumados dan la ubicación en memoria del operandoEjemplo:mov R0, [A000+R3] (CISC)load R0, A000(R3) (RISC)

instrucción

28

1E02A005

B2

memoria

0000:⋮

9FFF:A000:A001:A002:

⋮FFFF:

⋮

⋮

banco deregistros

R0R1R2R3R4R5⋮RF

A000

FFF500020DF1EA00

0000⋮

001F

add A000 R3

+

R0


IndexadoIndexadoCaracterísticas:

Relativamente eficiente, puesto que requiere sóloun acceso a memoria (aparte del acceso inicial)La dirección de base de la estructura tiene que ser una dirección completaEl desplazamiento para poder variar se debe almacenar en un registro del procesadorEstá pensado para recorrer múltiples elementosde una única estructura de datos


BaseBaseInterpretación: el campo argumento contiene un desplazamiento fijo y una dirección de base variable que sumados dan la ubicación en memoria del operandoEjemplo:mov R5, [R0 + 02] (CISC)load R5, R0(02) (RISC)

28

1E02A005

B2

memoria

0000:⋮

9FFF:A000:A001:A002:

⋮FFFF:

⋮

⋮

banco deregistros

R0R1R2R3R4R5⋮RF

A000

FFF500020DF1EA00

0000⋮

001F

+

addinstrucción R5 R0 02


BaseBaseCaracterísticas:

Relativamente eficiente, puesto que requiere sóloun acceso a memoria (aparte del acceso inicial)La base para poder variar se debe almacenaren un registro del procesadorEl desplazamiento usualmente está acotadoa una cierta cantidad de bitsUsualmente se codifica este desplazamientoen dos complementoEstá pensado para acceder a un único elementoen múltiples estructuras de datos


¿¿Base o indexado?Base o indexado?Un error frecuente (incluso en el final) consiste en confundir los modos base e indexadoLa clave para distinguirlos radica en observar qué codificamos dentro de la instrucción:

En el modo indexado codificamos una dirección completa, esto es, un entero positivo que necesitade tantos bits como bits tengan las direccionesde memoriaEn el modo base codificamos un desplazamiento signado, el cual es práctico incluso en casode contar con pocos bits


Base-indexadoBase-indexadoInterpretación: el campo argumento contiene una dirección de base y un desplazamiento, ambos variables, que sumados dan la ubicación en memoria del operandoEjemplo:mov R5, [R0 + R3] (CISC)load R5, R0(R3) (RISC)

28

1E02A005

B2

memoria

0000:⋮

9FFF:A000:A001:A002:

⋮FFFF:

⋮

⋮

banco deregistros

R0R1R2R3R4R5⋮RF

A000

FFF500020DF1EA00

0000⋮

001F

+

addinstrucción R5 R0 R3


Base-indexadoBase-indexadoCaracterísticas:

Relativamente eficiente, puesto que requiere sóloun acceso a memoria (aparte del acceso inicial)Tanto la base como el desplazamiento para poder variar deben ser almacenados en sendosregistros del procesadorMáxima flexibilidad, permite recorrer múltiples elementos almacenados en múltiples estructurasde datos


Base-indexado indirectoBase-indexado indirectoLa combinación de los modos base-indexado y absoluto indirecto genera dos posibles modalidades de uso:

Pre-indexado indirecto: el registro base y el registro índice son sumados para obtener la direcciónen memoria de la dirección del operandoPost-indexado indirecto: el registro base contienela dirección en memoria de un valor el cual sumadoal registro índice permiten obtener la direccióndel operando


Base-indexado indirectoBase-indexado indirectoCaracterísticas:

La misma crítica realizada acerca del modo absoluto indirecto se aplica en este nuevo contextoLa modalidad pre-indexado indirecto es útil para acceder a tablas de interrupcionesLa modalidad post-indexado indirecto es útil para acceder a los campos de un registros, ya quepor lo general éstos son gestionados a travésde un puntero (es decir, la dirección en memoriadel comienzo de la estructura)


PC relativoPC relativoInterpretación: el campo argumento contiene un desplazamiento fijo el cual debe ser sumadoal contenido del registro PC para obtenerla dirección referidaEjemplo:jz label

jzinstrucción

28

1E02A005

B2

memoria

0000:⋮

9FFF:A000:A001:A002:

⋮FFFF:

⋮

⋮

PC

FE

A002

+


PC relativoPC relativoCaracterísticas:

Requiere un único acceso a memoria (apartedel acceso inicial para traer la instrucción)El desplazamiento, un entero signado, sueleestar representado en dos complementoLos saltos condicionales usualmente hacen usode este modo de direccionamiento para hacer referencia al destino de los mismos


Código independiente de la posiciónCódigo independiente de la posiciónLos modos de direccionamiento base y relativo permiten la construcción de código cuyo funcionamiento es independiente de la posición en la cual termine siendo cargado en memoriaEste tipo de código se denomina justamente independiente de la posición, o bien PIC (porsu sigla en inglés, Position Independent Code)La clave a fin de obtener este tipo de código radica en evitar toda forma de direccionamiento absoluto


Código independiente de la posiciónCódigo independiente de la posiciónEl advenimiento de modelos avanzadode gestión de memoria hizo que este tipode código sea relevante en ciertos dominiosde aplicación muy específicosPor caso, las librerías de vinculación dinámica, las que son compartidas por múltiples aplicaciones al mismo tiempoEsta también es una característica deseable para el código creado con el objeto de ser ejecutado en dispositivos embebidos


Código independiente de la posiciónCódigo independiente de la posiciónEl código independiente de la posiciónse clasifica en dos grandes categorías:

Estático: cuando el código inicialmente puede ser cargado en cualquier locación de memoria, perouna vez cargado en memoria deja de ser relocableDinámico: cuando el código puede ser cargado en cualquier locación de memoria y de ser necesario también puede ser relocado en todo momento

En general, para obtener código PIC dinámico se debe hacer uso exclusivo de referencias relativas


Auto-decrementAuto-decrementInterpretación: el campo argumento contiene una referencia a un registro el cual primeroes decrementado y luego es usado comola dirección en memoria del operandoEjemplo:mov -(R0), R1 (CISC)store R1, -(R0) (RISC)

28

1E02A005

B2memoria

0000:⋮

9FFF:A000:A001:A002:

⋮FFFF:

⋮

⋮

banco deregistros

R0R1R2R3R4R5⋮RF

A002

FFF500020DF1EA00

0000⋮

001F

-

storeinstrucción R0 R1

2

A000

1F00


Auto-decrementAuto-decrementCaracterísticas:

Relativamente eficiente, puesto que requiere sóloun acceso a memoria (aparte del acceso inicial)Equivale a ejecutar la siguiente secuenciade instrucciones (asumida una arquitecturade 16 bits):

dec R0; dec R0; store R1, (R0)Permite gestionar con facilidad una estructura de pila, especialmente a la hora de implementar la operación de apilado (push)


Auto-incrementAuto-incrementInterpretación: el campo argumento contiene una referencia a un registro es usado comola dirección en memoria del operando y luego es incrementadoEjemplo:mov R2, (R0)+ (CISC)load R2, (R0)+ (RISC)

28

1E1F0005

B2

memoria

0000:⋮

9FFF:A000:A001:A002:

⋮FFFF:

⋮

⋮

banco deregistros

R0R1R2R3R4R5⋮RF

A000

FFF500020DF1EA00

0000⋮

001F

+

loadinstrucción R0 R2

2

001F

A002


Auto-incrementAuto-incrementCaracterísticas:

Relativamente eficiente, puesto que requiere sóloun acceso a memoria (aparte del acceso inicial)Equivale a ejecutar la siguiente secuenciade instrucciones (nuevamente, asumidauna arquitectura de 16 bits):

load R2, (R0); inc R0; inc R0Permite gestionar con facilidad una estructura de pila, especialmente a la hora de implementar la operación de desapilado (pop)


La arquitectura OCUNSLa arquitectura OCUNSLa arquitectura OCUNS nos servirá de bancode prueba sobre el cual pondremos en práctica las nociones recién introducidas acercade los modos de direccionamiento

Es una arquitectura estilo RISCSus instrucciones son de tamaño fijo de 16 bitsEl espacio de direcciones es de 256 bytesCuenta con 16 registros de propósito general, si bien el registro F se encuentra cableado a ceroNo existe físicamente, es de papel y lápiz


Set de instruccionesSet de instrucciones


Formato de instrucciónFormato de instrucciónEl formato de instrucción adoptado hace usode la técnica de expansión del opcode para determinar el tipo y número de los argumentos

Nótese que en este caso en particular no se está usando esta técnica para ir en busca de bits adicionales para el opcode


Modos de direccionamientoModos de direccionamientoLa arquitectura OCUNS cuenta con un reducido número de modos de direccionamiento:

El modo registro directo está disponible en las operaciones aritmético lógicas (formatos I, II y III)El modo registro más desplazamiento está disponible en las instrucciones de transferencia de información desde y hacia memoria (formatos I y II)El modo absoluto y PC-relativo está disponible en las instrucciones de transferencia de control (formato II)


Lenguaje máquinaLenguaje máquinaConsideremos el siguiente fragmentode programa en lenguaje ensamblador:add R0, R1, R2sub R3, R4, R5hlt

El lenguaje máquina asociado resulta:add R0, R1, R2 0000000000010010 = 0012hsub R3, R4, R5 0001001101000101 = 1345hhlt 1111000000000000 = F000h


Naturaleza RISCNaturaleza RISCLa naturaleza RISC de la arquitectura OCUNSse evidencia por caso en el hecho de queno cuenta con el modo inmediatoPor caso, ¿de qué manera se puede ponera cero el registro R0?add R0, RF, RFsub R0, R1, R1xor R0, R2, R2...


Otras característicasOtras característicasEsta arquitectura seguirá siendo usada como banco de prueba de los restantes conceptos de bajo nivel que veremos en las siguientes clases:

Proceso de ensamblado de un programaVinculación y carga en memoriaRelocación dinámica de códigoEl rol del sistema operativo en la atenciónde las interrupciones y de los trapsLlamada a procedimientos y pasaje de parámetrosProgramación de bajo nivel de la entrada/salida


¿¿Preguntas?Preguntas?

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modos de direccionamientocs.uns.edu.ar/~ags/oc/downloads/handouts/módulo 09...organización de...

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