Упрощение процедур обработки массивов

Решить указанные проблемы (уменьшение разрядности поля адресаиупрощение процедур обработки массивов) можно декомпозицией адреса на компоненты. При этом часть компонент адреса (базовый адрес и индекс) можно хранить вне команды, например, в РОНах, а в самой команде указывать только короткие адреса используемых РОНов, т.е. применять косвенную адресацию.

Такое решение позволяет:

· модифицировать адреса команд в циклах, изменяя компонент адреса (индекса, хранящегося в РОНе), и не модифицируя саму команду,

· указывать в команде только короткий компонент адреса (адрес

РОНа), где сохраняется 32-битовый адрес, а не полноразмерный адрес текущего элемента массива.

Для примера рассмотрим 32-разрядную структуру команды типа регистр-память процессора фирмы IBM (Семейство IBM/360). Структура команды представлена на рис. 3.9.

Команда (рис.3.9) двухадресная и содержит три поля:

· поле кода операции (8 бит),

· поле задания номера РОНа (4 бита), содержащего первый операнд (процессор содержит шестнадцать 32-битных регистров общего назначения),

· поле адреса второго операнда в оперативной памяти (20 бит).

Адрес памяти задается тремя компонентами: базовым адресом кадра (B), индексом (Х) и смещением (D). Соответственно, поле адреса операнда в памяти содержит три поля:

· четырехбитное поле базы (B) задает номер РОНа (кроме нулевого), содержащего базовый адрес кадра данных,

· четырехбитное поле индекса (Х) задает номер РОНа (кроме нулевого), содержащего индекс (смещение адреса элемента в массиве),

· двенадцатибитное поле смещения (D) задает адрес первого элемента массива относительно базового адреса кадра данных.

Это базово-индексная адресация со смещением.

Нулевое значение полей B, X или D означает отсутствие этих компонентов адреса. Структура памяти с базово-индексной адресацией представлена на рис. 3.10.

Рис. 3.10. Базово-индексная адресация со смещением

Рассмотрим случай, когда вторым операндом является элемент Аi массива А размерности n (А[n]), (см. рис. 3.10.).

Для задания элемента массива его адрес в памяти разбивается на три компонента:

· базовый адрес кадра (окна) данных – (В),

· смещение начала массива в кадре данных – (D),

· смещение элемента в массиве (Х).

База (четырехбитное поле B) задает РОН, в котором находится 32-битный начальный адрес кадра, общий для всех данных кадра.

Прямой двенадцатибитный адрес смещения D задает адрес программного объекта относительно начала кадра (окна) данных (размер кадра здесь выбран 2¹² = 4096 байт).

Задание базового адреса В – это дополнительная команда (загрузки базового адреса в РОН), но ее результат позволяет использовать короткие шестнадцатибитные адреса (четырехбитный номер РОНа и двенадцатибитное смещение) для всех данных кадра.

Третий компонент (Х) индекс используется при обработке массивов. Его введение решает проблему переадресации данных в цикле без изменения команд на сумматоре.

На рис. 3.10 операндом является элемент массива Ai. Для задания его адреса дополнительно используется третий компонент адреса.Эточетырехбитное поле,содержащее адрес РОНа, в котором хранится смещение элемента Ai в массиве A[n].Номер элемента i связан со значением Х2 следующим соотношением:

Х2 = i ´ L, где L - длина операнда в байтах.

При базово-индексной адресации возможны два варианта вычисления адреса элемента массива:

1. с последовательной выборкой элементов массива,

2. с выборкой элементов массива в произвольном порядке.

В первом случае смещение элемента в массиве вычисляется по формуле: Х2 (i) := X2 (i+1), при Х2(0) = 0.

Поле Х2 увеличивает разрядность адреса второго операнда, но решает проблему переадресации элементов массива (при переборе элементов массива) в циклических программах без использования записи в программный код.

Во втором случае смещение элемента в массиве вычисляется по формуле:

Х2(i) := i ´ L

Формирование адресов при базово-индексной адресации (с последовательной выборкой элементов массива) производится по схеме (рис.3.11):

Адрес элемента массива = Содержимое РОНа X2 + Содержимое РОНа B2 + Смещение D2.

Задавая нулевые значения полей Х, В или D можно получать:

· относительно-базовую адресацию – (В)+D,

· индексную адресацию – (Х)+D,

· относительно-индексную адресацию (В)+(Х) без смещения,

· прямую адресацию – D.

Рис. 3.11. Формирование адреса операнда при последовательном

обращении к операндам.

Формирование адресов при базово-индексной адресации (с произвольной выборкой элементов массива) производится по схеме (рис.3.12).

Рис. 3.12. Формирование адреса операнда при произвольных

обращениях к операндам.

Адрес элемента массива = Содержимое РОНа X2* L+ Содержимое РОНа B2 + Смещение D2.

Кроме указанных видов адресации возможны (например в МП PDP-11 фирмы DEC) дополнительные способы задания адресов данных:

· адресации с автоиндексированием. В этих адресациях после использования адреса значение индекса автоматически изменяется на размер операнда

в байтах, т.е. определяет адрес следующего элемента массива.

· адресации (данных или точек переходов) относительно счетчика команд. Это позволяет использовать короткие относительные адреса и формировать перемещаемые программы (безразличные к физическим адресам загрузки).

Если системы имеют несколько систем адресаций, то режимы адресаций могут задаваться:

· кодом операции (процессор фирмы IBM),

· полем режима адресации для каждого адреса в команде (процессор фирмы DEC),

· общим полем режима адресации для всех адресов в команде – постбайтом (процессор фирмы Intel).