《体系结构课件chapter22章节》由会员分享，可在线阅读，更多相关《体系结构课件chapter22章节（27页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、1,2-2 寻址方式,寻址方式：是指令按什么方式寻找（访问）到所需的操作数或信息的。 1 寻址方式分析 2 寻址方式在指令中的指明 3 程序在主存中的定位技术 4 物理主存中信息的存储分布,2,1 寻址方式分析,大多数计算机都将主存、通用寄存器、堆栈分类编址，因此就有分别面向寄存器、堆栈和主存的寻址方式。 面向主存：主要访问内存，少量访问寄存器 面向通用寄存器：多数在寄存器，少量在内存 面向堆栈：主要在堆栈，可减轻编译负担,3,寻址方式（又称编址方式）指的是确定本条指令的操作数或操作数地址，或确定下一条要执行指令的指令地址的方法。 不同的计算机系统,使用数目和功能不同的寻址方式，其实现的复杂程
2、度和运行性能各不相同。有的计算机寻址方式较少，而有些计算机采用多种寻址方式。通常需要在指令中为每一个操作数专设一个地址字段，用来表示数据的来源或去向的地址。在指令中给出的操作数的地址被称为形式地址，使用形式地址信息并按一定的规则计算出来的一个数值才是数据（或指令）的实际地址。 可能存放操作数的存储结构： CPU中的寄存器（编号） 主存储器 堆栈 外存储器 外设端口（接口中CPU可直接访问的寄存器）,寻址方式的种类(选讲介绍),4,操作数出现在指令中或紧跟指令之后。,Num 即为操作数的值。,适用于操作数固定的情况，提高了指令的执行速度，当该立即数的值限定为较小值（占用位数少）时，可在第一个指令
3、字中直接给出（定长指令字），否则可在第二个指令字中给出（变长指令字）。,立即数寻址,5,（1）寄存器直接寻址方式：操作数在指定寄存器中，指令中给出寄存器号。,直接寻址,例：RegNo.=5，使用5# 累加器，此时5# 累加器中的内容为7，可记为(R5)=7，对寄存器寻址方式，操作数就是这里的数值7。,6,（2）存储器直接寻址方式：指令中给出存放操作数的主存单元地址。,则 Addr 为操作数在存储器中的地址。 或转移指令等用到的指令地址。,例：Addr = 5718H ，这里的 H 表示 5718 是 16 进制的值， 可能用作下一条指令的地址； 也可能用作操作数的地址，若 5718H= 3，即
4、内存储器 5718 单元中的内容为 3， 则操作数就是这里的 3 。,7,（1）寄存器间址方式：操作数在主存中，在指令中给出存放操作数地址的寄存器号。,间接寻址,例： RegNo.=5，使用5# 累加器，此时5# 累加器中的内容为7，可记为(R5)=7，对寄存器间接寻址，从内存7# 单元读出来的数才是操作数.,8,（2）存储器间址方式：指令的地址码字段给出的内容既不是操作数，也不是操作数的地址，而是操作数（或指令）地址的地址。,多一次读内存储器的操作。 指令中的 Addr 可以用其他寻址方式给出，例如变址寻址，这就成为变址寻址与间接寻址的复合寻址方式。,9,操作数的地址由指定的变址寄存器（由R
5、eg指定）的内容和指令中的地址码（Disp）相加得到存储操作操作数的主存地址。,变址寻址,例：Disp=18H，Reg=5，(R5)=5700H 则操作数地址 = 5718H,便于对数组元素进行处理，是计算机中常用的一种寻址方式。,10,操作数（或指令）的地址由程序计数器 PC 的内容（即当前执行指令的地址）和指令的地址码（位移量，可正可负）相加得到。得到操作数有效地址，或是程序转移地址。,相对寻址（偏移寻址）,例：Disp = 48H (PC) = 5600H 则实际地址 = 5648H,1)主要用于转移指令，对浮动程序很有用。 2)位移量可正可负，通常用补码表示。,11,在计算机中设置一个
6、专用的基址寄存器，通过基址寄存器的内容和指令中的位移量相加得到操作数（或指令）的地址。,基址寻址,例：Disp= 18H，BS= 5700H 则操作数地址=5718H,主要用于为程序或数据分配存储区，对多道程序或浮动程序很有用，解决了程序在存储器中的定位和扩大寻址空间等问题。,12,堆栈是内存储器中一块按 “后进先出” 原则进行读写的存储区，并通过一个专用的寄存器（称为堆栈指针SP）给出堆栈的栈顶（和次栈顶）地址完成数据的读写操作，故不必在指令中用操作数地址字段给出堆栈地址。通常在读写操作的前后伴随有计算机自动（不是用户通过指令）修改 SP 内容的动作，以确保按正确的 “后进先出” 原则读写堆
7、栈区。 例如：（SP）- 1 SP和 AR，即SP的内容减 1 存回 SP，并送内存地址寄存器，接下来才可以把数据写到堆栈中。完成一次读堆栈操作后，要接着执行（SP）+ 1 SP 的一次自动修改 SP 内容的操作。,堆栈寻址,需要注意的是，指令长度可能是一个字，也可能是两个字或多个字，要看操作数地址字段的位数要求，由具体的情况决定。,13,寻址方式使用情况统计结果,例1：在VAX指令集机器上运行gcc、Spice和Tex基准程序，各种寻址方式的分布如下图：,立即值寻址方式和偏移寻址方式的使用频率十分高。,14,各种偏移量字段大小的使用情况,例2：在某R-R机器上运行SPECint92和SPEC
8、fp92进行测试，结果分布如下：,15,各种偏移量字段大小的使用情况(续),程序所使用的偏移量大小分布十分广泛； 较小的偏移量和较大的偏移量均占有相当大的比例； 将偏移量字段的大小设置为1216位。这种长度可以支持上述7599基于偏移寻址方式的数据访问中偏移量大小的表示。 结论：根据寻址方式的频率分布，确定满足大多数要求的寻址范围，与操作码长度组合决定寻址长度。,16,在一种Load/Store型指令集结构上，一些指令使用立即值寻址方式的频率,比较指令和ALU指令使用立即值寻址方式十分频繁。,17,不同立即值大小的使用分布情况,将立即值的大小设置为816位，可以覆盖所有使用立即值寻址方式指令的
9、5080。,18,2 寻址方式在指令中的指明方式,两种： 操作码占用位 DJS200中：操作码中2位表示 地址码设置寻址方式字段 VAX-11的4位 寻址灵活、操作码短，但需专门的寻址方式位字段,19,3 程序在主存中的定位技术,逻辑地址与主存物理地址 逻辑地址：程序员编写程序时使用的地址。 物理地址：程序在主存中的实际地址。 一般来讲，逻辑地址的空间大于物理地址的空间。 如逻辑地址为32位，即232=4GB 物理地址只有256MB 映射实际上是压缩。,20,当程序装入主存时，进行程序的再定位 静态再定位：用软件方法把目标程序的逻辑地址变换成物理地址，而在程序的执行过程中，物理地址不再改变。
10、动态再定位：在执行每条指令时才形成访存物理地址的方法。通过基址寻址。,21,变址寻址：支持向量、数组，实现循环； 基址寻址：支持逻辑地址到物理地址的变换，实现动态再定位； 存储保护：设置多对上、下界寄存器。 整数边界存储 保证访存速度 造成浪费,22,图 2.11 逻辑地址空间到物理地址空间的变换,23,图 2.12 基址寻址,24,在计算机中设置一个专用的基址寄存器，通过基址寄存器的内容和指令中的位移量相加得到操作数（或指令）的地址。,基址寻址,主要用于为程序或数据分配存储区，对多道程序或浮动程序很有用，解决了程序在存储器中的定位和扩大寻址空间等问题。,程序基点(a),逻辑地址,25,4 物理主存中信息的存储分布,一台机器中存放宽度不同的多种信息 如IBM370 主存宽度64位 信息：字节(8位)、半字(双字节)、单字(4字节)、双字(8字节) 按字节编址 不同宽度的信息是按该信息的首字节地址寻址,26,任意存储： 信息跨主字字节边界 有时需要两个存储周期才能访问,27,目标：在一个存储周期访问到任何所需的信息 要求：信息在主存中存放的地址必须是该信息宽度(字节数)的整数倍 问题：造成存储空间的一定浪费,
