Conjunto de instruções e modos de. aula 4. Profa. Débora Matos

Transcrição

1 Conjunto de instruções e modos de endereçamento aula 4 Profa. Débora Matos

2 Conjunto de Instruções A = ((B + C) x D + E F)/(G x H) A H denotam posições da memória endereços As arquiteturas possuem as seguintes operações aritméticas: ADD para soma SUB para subtração MUL para multiplicação DIV -para divisão

3 Arquitetura de 4 endereços A = ((B + C) x D + E F)/(G x H) OP E1 E2 E3 E4 Endereço Instrução Comentário e1 ADD B C A e2 Soma Bcom C, salva resultado em A e2 MULA D A e3 MultiplicaA por D, salva resultado em A e3 ADD AE A e4 Soma A com E, salvaresultado em A e4 SUB A F A e5 Subtrai F de A,salva resultado em A e5 DIV A GA e6 Divide A por G, salva resultado em A e6 DIV A HA e7 Divide A porh, salva resultado em A e7 HALT Fim do programa

4 Arquitetura de 4 endereços Que tipo de instruções não são necessárias no modelo de arquitetura com 4 endereços?

5 Arquitetura de 3 endereços Surgiu a necessidade de se utilizar um registrador específico para controlar o endereço da próxima instrução:

6 Arquitetura de 3 endereços Surgiu a necessidade de se utilizar um registrador específico para controlar o endereço da próxima instrução: PC programcounter

7 Arquitetura de 3 endereços A = ((B + C) x D + E F)/(G x H) OP E1 E2 E3 Endereço Instrução Comentário e1 ADD B C A Soma Bcom C, salva resultado em A, incrementa PC e2 MULA D A MultiplicaA por D, salva resultado em A, incrementa PC e3 ADD AE A Soma A com E, salvaresultado em A, incrementa PC e4 SUB A F A Subtrai F de A,salva resultado em A, incrementa PC e5 DIV A GA Divide A por G, salva resultado em A, incrementa PC e6 DIV A HA Divide A porh, salva resultado em A, incrementa PC e7 HALT Fim do programa

8 Arquitetura de 3 endereços Quais as vantagens e desvantagens da arquitetura de 3 endereços para a arquitetura de 4 endereços? Vantagens: Redução do tamanho da instrução -> redução do tamanho da memória; Desvantagens: Necessidade de instruções explicitas de desvio (como JUMP e BRANCH); Não permite mais executar simultaneamente uma instrução de manipulação de dados e uma instrução de desvio do fluxo de programa.

9 Arquitetura de 3 endereços Quais as vantagens e desvantagens da arquitetura de 3 endereços para a arquitetura de 4 endereços? Vantagens: Redução do tamanho da instrução -> redução do tamanho da memória; Desvantagens: Necessidade de instruções explícitas de desvio (como JUMP e BRANCH); Não permite mais executar simultaneamente uma instrução de manipulação de dados e uma instrução de desvio do fluxo de programa.

10 Arquitetura de 2 endereços A economia de memória e a obrigatoriedade de desenvolvimento de programas sequencias compensam o grau de liberdade as instruções com 4 endereços; No entanto, instruções de 3 endereços ainda consomem muita memória; Observando-se os programas de 3 instruções, muitas das vezes, um dos operandosfonte é o mesmo operando destino. Simplificando-se essa arquitetura, tem-se arquiteturas de 2 endereços.

11 Arquitetura de 2 endereços OP E1 E2 E1 e E2 indicam a localização dos dois operandosfontes; E1 indica também a localização do operando destino; Não são mais possíveis instruções com 3 operandos distintos. O que muda agora?

12 Arquitetura de 2 endereços OP E1 E2 Maior redução das instruções; Pode requerer 2 instruções para apenas 1 instrução da arquitetura com 3 endereços; Introduz uma restrição: o resultado é armazenado em um dos operandosfonte, perdendo o dado anterior deste operando; Que grupos de instruções foram necessárias agora?

13 Arquitetura de 2 endereços A = ((B + C) x D + E F)/(G x H) OP E1 E2 Endereço Instrução Comentário e1 MOV AB Move B paraa e2 ADD A C Soma A com C, resultado em A e3 MULA D MultiplicaA por D, resultado em A e4 ADD AE Soma A com E,resultado em A e5 SUB A F Subtrai F de A,resultado em A e6 DIV A G Divide A por G, resultado em A e7 DIV A H Divide A porh, resultado em A e8 HALT Fim do programa

14 Arquitetura de 1 endereço Com a criação de registradores especiais, pode-se reduzir ainda mais o número de endereços, criando-se as arquiteturas de 1 endereço; OP E1 E1 indica a localização de um operando de memória, normalmente 1 dos operandosfontes da operação; O outro operando é o acumulador (AC); O acumulador assume os papéis de um dos operandos fonte e do operando destino.

15 Arquitetura de 1 endereço OP E1 Agora as instruções de movimentação precisam ser subdivididas de acordo com o sentido da transferência: Da memória para o acumulador (LDA LoaD acumulator) Do acumulador para a memória (STA STore Acumulator)

16 Arquitetura de 1 endereço A = ((B + C) x D + E F)/(G x H) OP E1 Endereço Instrução Comentário e1 LDA B Move B para o acumulador e2 ADD C Soma Acumulador com C, resultado no acumulador e3 MUL D Multiplica acumulador por D, resultado no acumulador e4 ADD E Soma acumulador com E, resultado no acumulador e5 SUB F Subtrai F do acumulador, resultado no acumulador e6 DIV G Divide acumulador por G, resultado no acumulador e7 DIV H Divide acumulador por H, resultado no acumulador e8 STA A Armazena acumulador no endereço H e9 HALT Fim do programa

17 Arquitetura de 1 endereço A grande vantagem deste tipo de arquitetura está na economia de acessos a memória, realizando basicamente operações com o acumulador; Este é o papel dos registradores locais, as arquiteturas atuais apresentam vários registradores de uso geral com essa mesma finalidade.

18 Arquitetura de zero endereços OP Não existe nenhuma referência explícita à endereços de memória onde estejam localizados os operandos; A solução nesse caso é usar uma pilha: os operandos são sempre retirados do topo da pilha. Duas instruções manipulam a pilha: PUSH E POP PUSH insere um dado no topo da pilha POP remove o dado no topo da pilha

19 Arquitetura de zero endereços A = ((B + C) x D + E F)/(G x H) Endereço Instrução Comentário e1 PUSHH ColocaH no topo da pilha e2 PUSH G ColocaG no topo da pilha e3 PUSH F ColocaF no topo da pilha e4 PUSH E ColocaE no topo da pilha e5 PUSH D ColocaD no topo da pilha e6 PUSH C ColocaC no topo da pilha e7 PUSH B ColocaB no topo da pilha e8 ADD Topo da pilha recebeb + C (B e C são retirados da pilha) e9 MUL Topo recebe (B+C)* D e10 ADD Topo recebe (B+C)*D+ E e11 SUB Topo recebe (B+C)*D+ E-F e12 DIV Topo recebe ((B+C)*D+ E F)/ G e13 DIV Topo recebe ((B+C)*D+ E F )/ G* H e14 POP A Topo da pilha é armazenado em A e15 HALT Fim do programa

20 Trata-se de um computador hipotético; Características: Computador Neander Largura de dados e endereços de 8 bits; Dados representados em complemento de 2; Possui 1 acumulador de 8 bits; Possui 1 apontador de programas de 8 bits (PC); 1 registrador de estados com 2 códigos de condição: negativo (N) e zero (Z);

21 Modos de endereçamento do Neander O Neandersó possui um modo de endereçamento, o modo direto; O endereço passado na instrução corresponde o endereço de memória do operando; Nas instruções de desvio, o endereço contido na instrução corresponde à posição de memória onde está a instrução a ser executada.

22 Códigos de condição N (negativo): 1 resultado é negativo 0 resultado é positivo (zero é considerado positivo) Z (zero) 1 resultado é igual a 0; 0 resultado é diferente de 0; As instruções que alteram os códigos de condição são as instruções lógicas e aritméticas: ADD, NOT, AND, OR e a instrução LDA.

23 Conjunto de instruções do Neander Código Instrução Comentário 0000 NOP Nenhuma operação 0001 STA end Armazena acumulador (store) 0010 LDA end Carrega acumulador (load) 0011 ADD end Soma 0100 OR end ou lógico 0101 AND end e lógico 0110 NOT Inverte (complementa) acumulador 1000 JMP end Desvio incondicional (jump) 1001 JN end Desvio condicional (jump on negative) 1010 JZ end Desvio condicional (jump on zero) 1111 HLT Término da execução(halt)

24 Modos de endereçamento do Neander end endereço direto Nas instruções STA, LDA, ADD, OR e AND, end corresponde ao endereço do operando. Nas instruções JMP, JN e JZ, endcorresponde ao endereço de desvio.

25 Conjunto de instruções do Neander Instrução NOP STA end LDA end ADD end OR end AND end NOT JMP end JNend JZ end HLT Comentário Nenhuma operação MEM(end) <- AC AC <- MEM(end) AC <-MEM(end) + AC AC <-MEM(end) orac AC <-MEM(end) andac AC <-NOT AC PC <-end IFN=1 thenpc <-end IFZ=1 thenpc <-end Término da execução(halt)

26 Formato das instruções As instruções são formadas por um ou dois bytes, ou seja, ocupam 1 ou 2 posições da memória; Código da instruçãoo Não usado Endereço direto No Neanderas instruções de 2 bytes são aquelas que fazem referência à memória.

27 Exercícios sobre o Neander Para todos os programas considere: Início do programa posição 0 (0H) Início dos dados posição 128 (80H) 1) Faça um para subtrais duas variáveis de 8 bits representadas em complemento de 2. posição 128: minuendo posição 129: subtraendo Posição 130: resultado

28 Exercícios sobre o Neander 2) Determine qual o maior de 3 variáveis positivas de 8 bits representadas em complemento de 2 e armazenadas em posições consecutivas de memória. O resultado (a maior variável) deve aparecer na posição de memória consecutiva às ocupadas pelas variáveis na área reservada aos dados.

29 Exercícios sobre o Neander 3) Faça um programa que determine a ocorrência de overflow na soma de duas variáveis. As variáveis são de 8 bits em complemento de dois e estão armazenadas em posições consecutivas de memória (128 e 129). O resultado da soma também em 8 bits deve aparecer na primeira posição livre (130) e o overflow deve ser indicado da seguinte forma: Posição 131: conteúdo = 0H não ocorreu overflow conteúdo = FFH ocorreu overflow

30 Modos de endereçamento

31 Modosde endereçamento Imediato Direto Indireto Registrador Registrador Indireto Deslocamento (Indexado) Pilha

32 Endereçamento Imediato O operando vem como parte da instrução Ex. ADD 5 Adiciona 5 ao conteúdo do acumulador 5 é um operando que vem no campo de endereço da instrução Nenhum acesso a memória é necessário Rápido Intervalo de definição dos operandos é limitado

33 Endereçamento Imediato

34 Endereçamento Direto O campo de endereço contém o endereço do operando Ex. ADD A Procura na posição A da memória pelo operando; Adiciona o conteúdo da posição A na memória ao acumulador; Um único acesso a memória na busca do operando; Não há necessidade de cálculos adicionais para encontrar o endereço efetivo; Espaço de endereçamento limitado pelo campo.

35 Endereçamento Direto

36 Endereçamento Indireto O Campo de endereço aponta para uma posição de memória que contém o endereço do operando; Endereço Efetivo EE = Conteúdo da posição (A) Ex. ADD (A) Busca em A, encontra o endereço do operando (A) e busca em (A) pelo operando Adiciona o conteúdo do endereço efetivo ao acumulado

37 Endereçamento Indireto

38 Endereçamento por registrador Operando se encontra em um registrador indicado no campo de endereço da instrução EE = R Número de registradores limitado O campo de endereço não necessita ser grande Pequenas instruções Busca da instrução mais rápida

39 Endereçamento por registrador Não há acesso a memória Execução muito rápida Espaço de endereçamento muito limitado Mais registradores contribui com o desempenho Requer bons compiladores ou boa programação assembly

40 Endereçamento por registrador

41 Endereçamento por registrador indireto Endereçamento Indireto EE = (R) O operando está na posição de memória apontada pelo do registrador indicado no campo de endereçamento; Espaço de endereçamento (2 n ) Um acesso a memória

42 Endereçamento por registrador indireto

43 Endereçamento por deslocamento O operando se encontra na memória em uma posição deslocada com relação ao endereço fornecido no campo de endereço EE = A + (R) O campo de endereço pode ter dois valores A = Guarda o endereço de base R = Guarda o conteúdo do deslocamento ou o contrário O registrador pode ser um registrador default (economia de bits na instrução)

44 Endereçamento por deslocamento

45 Endereçamento por deslocamento

46 Endereçamento por deslocamento Os três usos mais comuns do endereçamento por deslocamento são: Endereçamento relativo (PC) Endereçamento registrador-base Endereçamento indexado

47 Endereçamento relativo Uma versão do endereçamento indexado R = Contador de programa, PC EE = A + (PC) O operando se encontra deslocado do valor indicado no campo de endereço da instrução, com relação ao endereço apontado por PC

48 Endereçamento registrador-base Idêntico ao endereçamento por deslocamento A contém o deslocamento R contem o endereço de base R pode ser implícito ou explícito Ex. registradores de segmento no 80x86

49 Endereçamento indexado A = Base R = Deslocamento EE = A + R Uso em acesso a arrays EE = A + R R++

50 Indexação indireta Pós-indexação: indexação feita depois do endereçamento indireto EE = (A) + (R) Pré-indexação: indexação feita antes do endereçamento indireto EE = (A+(R)

51 Endereçamento de pilha O operando é o topo da pilha Ex. ADD -desempilha e adiciona os dois itens do topo da pilha.