Organização de Computadores

Transcrição

1 Organização de Computadores Aula 25 Conjunto de Instruções: Modos de Endereçamento e Formatos Rodrigo Hausen 11 de novembro de /26

2 Apresentação 1. Bases Teóricas 2. Organização de computadores 2.4. Sistema de Memórias 2.5. Subsistema de Entrada/Saída (I/O) 2.6. Conjunto de Instruções Aula de hoje: Stallings (5a. Edição), Capítulo 10 2/26

3 Modos de Endereçamento Como podemos nos referir a um operando em uma instrução? Imediato Direto (na memória) Indireto (na memória) Em registrador Indireto em registrador Por deslocamento: relativo, registrador-base, indexado Pilha 3/26

4 Endereçamento Imediato Operando é parte da instrução Operando substitui o campo de endereço p. ex. ADD 5 Some 5 ao conteúdo do acumulador 5 é o operando Nenhuma referência à memória para obter dado Vantagem: Rápido Desvantagem: Tamanho do operando limitado pelo tamanho do campo de endereço opcode Instrução operando 4/26

5 Endereçamento Direto Campo de endereço contém endereço do operando Endereço Efetivo (EA) = campo de endereço (A) ex. ADD A Some conteúdo da posição A ao acumulador Busca na memória, no endereço A, pelo operando Vantagens: Requer apenas um acesso à memória para acessar dado Nenhum cálculo adicional para encontrar EA Desvantagem: Espaço de endereçamento limitado 5/26

6 Diagrama: Endereçamento Direto Instrução opcode A end. Memória A-2 A-1 A Operando A+1 A+2 6/26

7 Endereçamento Indireto Posição de memória indicada pelo campo de endereço contém o endereço do (é ponteiro para) operando end. efetivo EA = ponteiro para endereço [A] 1. Acesse endereço A 2. Acesse endereço apontado por conteúdo de A, denotado [A] 3. Obtenha o operando ex. ADD [A] Adicione o conteúdo da posição apontada pelo conteúdo do endereço A ao acumulador 7/26

8 Diagrama: Endereçamento Indireto Instrução opcode A end. Memória A X A+1 X operando X+1 8/26

9 Endereçamento Indireto Pode ser em múltiplos níveis (aninhado ou em cascata): EA = [ [ [A] ] ] (para casa: desenhar diagrama) Endereçamento indireto 1 nível é comum, com mais de 1 é raro Vantagem: Grande espaço de endereçamento 2n, onde n é o número de bits da palavra Desvantagens: Múltiplos acessos à memória para obter operando ADD [A] - requer 2 acessos para obter operando Portanto, mais lento 9/26

10 Em Registrador Operando em registrador indicado no campo de endereço EA = R Desvantagem: número limitado de registradores (espaço de endereçamento extremamente limitado) Vantagens: Necessita de campo de endereço muito menor Instruções mais curtas Busca de instrução mais rápida Nenhuma busca à memória para obter operando, portanto execução muito rápida Neste modo, maior quantidade de registradores implica melhor desempenho requer uso parcimonioso dos registradores 10/26

11 Operando em Registrador opcode Instrução Ri Registradores R1 R2 Ri Operando Rn 11/26

12 Indireto Em Registrador Operando está na posição de memória apontada pelo conteúdo do registrador R EA = [R] Vantagens: grande espaço de endereçamento (2 n ) requer 1 acesso de memória a menos para busca de operando do que endereçamento indireto simples 12/26

13 1 Modos de Endereçamento: Diag: Indireto em Registrador opcode Instrução Ri Registradores end. Memória R1 0 R2 Ri X X operando X+1 Rn 13/26

14 Por Deslocamento Operando está no endereço A adicionado a um deslocamento contido em um registrador EA = A + [R] Campo de endereço contém dois valores: A = endereço de memória R = registrador que contém o deslocamento um dos campos pode estar implícito 14/26

15 1 Modos de Endereçamento: Diagrama: por Deslocamento opcode Instrução Ri A Registradores end. Memória R1 0 R2 Ri X + X+A operando Rn 15/26

16 Por Deslocamento Versões do endereçamento por deslocamento: 1. endereçamento relativo: deslocamento tomado implicitamente a partir do PC: EA = A + [PC] ou seja, obtenha o operando A posições a patir da instrução corrente explora conceito de localidade espacial: se a maioria das referências à memória são próximas, economiza bits no campo de endereço da instrução 16/26

17 Por Deslocamento Versões do endereçamento por deslocamento: 2. endereçamento via registrador-base: deslocamento tomado implicitamente a partir de um registrador de deslocamento registradores de segmento CS (code segment), DS (data segment) e SS (stack segment) em IA-32 Modo real IA-32: segmento 20 bits (16 bits deslocados 4 posições para direita), endereço 16 bits. Exemplo: Se CS = 3FA2 e PC = 2100, o endereço efetivo da instrução a ser buscada na memória será 3FA20 = [CS] = [PC] 41B20 = [CS:PC] = endereço efetivo memória máxima acessível no modo real: FFFF0 + FFFF + 1 = 10FFF0 = bytes 1,06 MB 17/26

18 Por Deslocamento Versões do endereçamento por deslocamento: 3. endereçamento indexado: mantém A fixo, varia o conteúdo de R EA = A + [R] útil para acessar vetores A endereço do primeiro elemento do vetor R 0 enquanto [R] < n acessa vetor[r] R [R] 18/26

19 Pilha Operando(s) está(ão) no topo da pilha (implicitamente) Ex.: ADD (retira as duas palavras do topo da pilha, soma e coloca o resultado no novo topo da pilha) Necessário manter um apontador para o topo da pilha. Geralmente, apontador fica em um registrador chamado SP (stack pointer). Pilha geralmente cresce para cima instrução push X decrementa SP e coloca operando X na pilha pop X retira da pilha, colocando no operando X, e incrementa SP IA-32: esp (stack pointer, 32 bits), ebp (base pointer, base da pilha, 32 bits) 19/26

20 Formatos de Instrução Organização dos bits em uma instrução Inclui opcode Inclui operandos (implícitos ou explícitos) 20/26

21 Formatos de Instrução Organização dos bits em uma instrução Inclui opcode Inclui operandos (implícitos ou explícitos) Operando explícito é referenciado usando-se um dos métodos de endereçamento descritos anteriormente. métodos de endereçamento diferentes podem ser determinados por opcodes diferentes ou por bits específicos dentro do campo de endereçamento da instrução 21/26

22 Formatos de Instrução Organização dos bits em uma instrução Inclui opcode Inclui operandos (implícitos ou explícitos) Operando explícito é referenciado usando-se um dos métodos de endereçamento descritos anteriormente. métodos de endereçamento diferentes podem ser determinados por opcodes diferentes ou por bits específicos dentro do campo de endereçamento da instrução Na maioria dos casos, é usado mais de um formato de instrução (no IAS era um formato único) p. ex. comprimento do opcode pode variar para instruções distintas de uma mesma arquitetura! 22/26

23 Tamanho de Instrução É afetado por, e afeta: Tamanho da memória Organização da memória Estrutura dos barramentos Complexidade da CPU Velocidade da CPU (instruções por segundo) Buscamos um compromisso entre um repertório de instruções poderoso e economia de espaço mais instruções e mais modos de endereçamento, consequentemente mais opcodes, que implica que campo de opcode de cada instrução precisará de mais bits. 23/26

24 Alocação de Bits O número de bits em uma instrução é afetado por: Quantidade de modos de endereçamento Número de operandos Operando em registrador versus operando na memória quanto menos registradores, menos bits necessários para identificar cada um Número de conjuntos de registradores dividir registradores em conjuntos especializados, opcode determina implicitamente o banco usado Alcance do endereçamento (quantos endereços?) Granularidade no endereçamento endereçamento por byte? endereçamento por palavra maior que um byte? 24/26

25 Formato de Instrução IA-32 Bytes 25/26

26 Para Casa Pensar: na IA-32, a memória é endereçada por byte. Como a palavra de 32 bits AABBCCDD é armazenada na memória? Outras arquiteturas, com endereçamento também por byte, armazenam de um jeito diferente. Como? (Apêndice 9B: Little Endian, Big Endian, Bi-Endian) Ler capítulos 9 e 10 (inclusive os seus apêndices) Para mais informações sobre segmentação na IA-32: Para mais informações sobre o conjunto de instruções da IA-32: Fazer os exercícios propostos no site 26/26