5-1

5.

NAINI ADRESIRANJA

Referenca operanda u instrukciji sadri ili stvarnu vrednost operanda (neposrednu) ili

referencu na adresu operanda. U raznim skupovima instrukcija koristi se irok spektar

razliitih naina adresiranja. Naini adresiranja obuhvataju direktno (adresa operanda je u

polju adrese), indirektno (polje adrese pokazuje na lokaciju koja sadri adresu operanda),

registarsko, registarsko indirektno i razne oblike adresiranja sa pomerajem, u kojima se

vrednost u registru dodaje vrednosti adrese da bi se proizvela adresa operanda.

Format instrukcije definie raspored polja u instrukciji. Dizajn formata instrukcije je

sloen zadatak, koji obuhvata razmatranja kao to su duina instrukcije, fiksna ili promenljiva

duina, broj bitova dodeljenih kodu operacije i svakoj referenci operanda i kako se odreuje

nain adresiranja.

Adresno polje, ili polja, u tipinom formatu instrukcije su relativno mala. eljeni cilj je

da se referencira irok opseg lokacija u glavnoj ili virtuelnoj memoriji. Da bi se postigao taj

cilj, primenjuju se razne tehnike adresiranja. Sve one podrazumevaju neki kompromis izmeu

opsega adresa, sa jedne strane, i/ili fleksibilnosti izraunavanja adrese, sa druge strane.

Najzastupljenije tehnike adresiranja su:

- Neposredno,

- Memorijski direktno,

- Memorijski indirektno,

- Registarsko,

- Registarsko indirektno,

- Adresiranje sa pomerajem,

- Adresiranje pomou steka.

Ovi naini adresiranja su ilustrovani na slici 1. Notacija podrazumeva sledee:

A sadraj polja adrese u instrukciji,

R sadraj polja adrese u instrukciji koji referencira (upuuje na) registar

5-2

EA stvarna (efektivna) adresa lokacije koja sadri referencirani operand,

(X) sadraj memorijske lokacije X ili registra X.

Slika 1. Naini adresiranja

U tabeli 1 su prikazani naini dobijanja adrese operanda za svaki od naina adresiranja.

Tabela 1. Naini dobijanja adrese operanda za svaki od naina adresiranja

Nain adresiranja

Algoritam Glavna

prednost

Glavni nedostatak

Neposredno Operand = A Nema reference

memorije

Ograniena veliina operanda

Memorijski

direktno

EA = A Jednostavno Ogranien adresni prostor

Memorijski

indirektno

EA = (A) Veliki adresni

prostor

Viestruke reference memorije

Registarsko

direktno

EA = R Nema reference

memorije

Ogranien adresni prostor

5-3

Registarsko

indirektno

EA = (R) Veliki adresni

prostor

Dodatna memorijska

referenca

Sa

pomerajem

EA = A + (R) Fleksibilnost Sloenost

Pomou steka

EA = vrh

steka

Nema reference

memorije

Ograniena primenljivost

Skoro sve arhitekture raunara obezbeuju vie od jednog od tih naina adresiranja.

Postavlja se pitanje kako procesor moe da odredi koji nain adresiranja se koristi u odreenoj

instrukciji. Preduzima se vie pristupa. esto e razliiti kodovi operacije koristiti razliite

naina adresiranja. Takoe, jedan ili vie bitova u formatu instrukcije mogu da se upotrebe

kao polje za nain adresiranja. Vrednost polja za nain adresiranja odreuje koji se nain

koristi.

U sistemu bez virtuelne memorije, efektivna adresa e biti ili adresa u glavnoj memoriji

ili registar. Stvarno preslikavanje na fiziku adresu je funkcija mehanizma stranienja i

nevidljivo je za programera.

Nain adresiranja se moe specificirati kao poseban deo instrukcije, u okviru koda

operacije, ili kao zasebno polje (slika 2). Takoe, veliina prenosa (bajt, polure, re,) se

moe specificirati u instrukciji.

Slika 2. Specificiranje naina adresiranja kao dela instrukcije

5.1 Neposredno adresiranje

Najjednostavniji oblik adresiranja je neposredno adresiranje, u kome je vrednost

operanda prisutna u instrukciji (slika 3).

Operand = A

Slika 3. Neposredno adresiranje

Taj nain moe da se upotrebi da definie i koristi konstante ili da postavlja poetne

vrednosti promenljivih. Tipino, broj e biti uskladiten u obliku komplementa dvojke; krajnji

5-4

levi bit polja za operand se koristi kao bit predznaka. Kada se operand uita u registar za

podatke, bit predznaka se proiruje nalevo do potpune veliine rei podatka.

Primer.

Prednost neposrednog adresiranja je to nema drugih referenci memorije sem donoenja

instrukcije koje se zahteva da bi se dobio operand, pa se prema tome tedi jedan ciklus

memorije ili kea u ciklusu instrukcije. Nedostatak je to je veliina broja ograniena

dimenzijom polja za adresu, koja je, u veini skupova instrukcija, mala u poreenju sa

duinom rei.

5.2 Memorijski direktno adresiranje

Memorijski direktno adresiranje je veoma jednostavan oblik adresiranja, u kome polje

za adresu sadri efektivnu adresu operanda (slika 4):

EA = A

Slika 4. Memorijski direktno adresiranje

5-5

Ta tehnika je bila uobiajena u ranijim generacijama raunara, ali se ne sree esto u

savremenim arhitekturama. Zahteva samo jednu referencu memorije i nema posebnih

izraunavanja. Oigledno ogranienje je to to obezbeuje samo ogranien adresni prostor.

Primer.

5.3 Memorijski indirektno adresiranje

Kod memorijski direktnog adresiranja, duina polja za adrese je obino manja od duine

rei, to ograniava adresni opseg. Jedno reenje je da se u adresnom polju referencira na

adresu rei u memoriji, koja sa svoje strane sadri adresu operanda potpune duine. To je

poznato kao memorijski indirektno adresiranje (slika 5):

EA = (A)

Slika 5. Memorijski indirektno adresiranje

5-6

Kao to je ranije definisano, zagrade se tumae kao znaenje sadraja. Oigledna

prednost tog pristupa je da je sada, za duinu rei od N, na raspolaganju prostor od 2N.

Nedostatak je to izvrenje instrukcije zahteva dve reference memorije da bi se dobio

operand: jednu da se dobije njegova adresa i drugu da se dobije njegova vrednost.

Mada je broj rei koje mogu da se adresiraju sada jednak 2N, broj razliitih efektivnih

adresa koje mogu da se referenciraju u bilo kom trenutku je ogranien na 2k gde je k duina

polja za adrese. Tipino, to nije toliko neugodno ogranienje kao to bi se moglo pomisliti i

ak moe da bude prednost.

Retko koriena varijanta memorijski indirektnog adresiranja je adresiranje u vie nivoa

ili kaskadno indirektno adresiranje:

EA = (...(A)...)

U tom sluaju, jedan od bitova adrese pune rei je indirektni marker (I). Ako je bit I

jednak 0, onda re sadri EA. Ako je bit I jednak 1, onda se poziva drugi nivo indirektnosti.

Izgleda da nema neke naroite prednosti tog pristupa, a njegov nedostatak je to to bi se

zahtevalo tri ili vie memorijskih referenci da bi se dobio operand.

5.4 Registarsko direktno adresiranje

Registarsko adresiranje je slino memorijski direktnom adresiranju. Jedina razlika je to

to adresno polje referencira registar, a ne adresu u glavnoj memoriji (slika 6):

EA = R

Slika 6. Registarsko direktno adresiranje

Radi razjanjenja, ako je sadraj registarskog adresnog polja u instrukciji 5, onda je

registar R5 nameravana adresa, a vrednost operanda se nalazi u R5. Tipino, adresno polje

koje referencira adrese imae od 3 do 5 bitova, tako da moe da se referencira od 8 do 32

registra opte namene.

Prednosti registarskog adresiranja su to se (1) zahteva samo malo adresno polje u

instrukciji i (2) to se ne zahtevaju nikakve memorijske reference koje troe vreme. Vreme

pristupa memoriji za registar koji se nalazi unutar procesora je mnogo manje od onoga za

5-7

pristup glavnoj memoriji. Nedostatak registarskog adresiranja je to je adresni prostor veoma

ogranien.

Primer.

Ako se u skupu instrukcija mnogo koristi registarsko adresiranje, to nagovetava da e

se mnogo koristiti registri procesora. Zbog strogog ogranienja broja registara (u poreenju sa

lokacijama glavne memorije), njihova upotreba na taj nain ima smisla samo ako se koriste

efikasno. Ako se svaki operand donosi u registar iz glavne memorije, jednom izvri operacija

i zatim vraa u glavnu memoriju, tada se dodaje nepotreban meukorak. Ako, umesto toga,

operand u registru ostaje u upotrebi za vie operacija, onda se postie stvarna uteda. Primer

je meurezultat u proraunu. Posebno, pretpostavite da algoritam za mnoenje u

komplementu dvojke treba da se implementira u softveru.

Na programeru je da odlui koje vrednosti bi trebalo da ostanu u registrima, a koje bi

trebalo skladititi u glavnoj memoriji. Veina savremenih procesora ima registre opte

namene, to teret efikasnog izvrenja prebacuje na programera u asemblerskom jeziku

(odnosno, programera kompajlera).

5.5 Registarsko indirektno adresiranje

Ba kao to je registarsko direktno adresiranje analogno memorijski direktnom

adresiranju, registarsko indirektno adresiranje je analogno memorijski indirektnom

5-8

adresiranju. U oba sluaja, jedina razlika je da li adresno polje referencira memorijsku

lokaciju ili registar. Prema tome, za registarsku indirektnu adresu (slika 7),

EA = (R)

Slika 7. Registarsko indirektno adresiranje

Prednosti i ogranienja registarskog indirektnog adresiranja su u osnovi ista kao za

indirektno adresiranje. U oba sluaja, ogranienje adresnog prostora (ogranien opseg adresa)

polja za adrese prevazilazi se poljem kojim se obraa na lokaciju duine rei u kojoj se nalazi

adresa. Pored toga, registarsko indirektno adresiranje koristi jednu memorijsku referencu

manje od indirektnog adresiranja.

Primer.

5-9

5.6 Adresiranje sa pomerajem

Veoma moan nain adresiranja kombinuje sposobnosti direktnog i registarskog indi-

rektnog adresiranja. On je poznat pod raznim nazivima koji zavise od konteksta njegove

upotrebe, ali osnovni mehanizam je isti. Mi emo se na njega pozivati kao na adresiranje sa

pomerajem (engl. displacement addressing, slika 8):

EA = A + (R)

Slika 8. Adresiranje sa pomerajem

Adresiranje sa pomerajem zahteva da instrukcija ima dva adresna polja, od kojih je

najmanje jedno eksplicitno. Vrednost koja se sadri u jednom adresnom polju (vrednost A)

koristi se direktno. Drugo adresno polje, ili implicitna referenca zasnovana na kodu operacije,

odnosi se na registar iji sadraj se dodaje A da bi se proizvela efektivna adresa.

Primer.

Opisaemo tri najee upotrebe adresiranja sa pomerajem:

- relativno adresiranje;

- adresiranje sa baznim registrom;

- indeksiranje.

Relativno adresiranje. Za relativno adresiranje, koje se takoe zove i adresiranje relativno

prema PC, implicitno referencirani registar je programski broja (PC). Odnosno, adresa

5-10

sledee instrukcije dodaje se adresnom polju da bi se proizvela EA. Tipino, sa adresnim

poljem se za ovu operaciju postupa kao sa brojem u komplementu dvojke. Prema tome,

efektivna adresa je pomeraj relativan u odnosu na adresu instrukcije.

Relativno adresiranje koristi koncept lokalnosti. Ako je veina referenci memorije

relativno bliska instrukciji koja se izvrava, onda upotreba relativnog adresiranja tedi adresne

bitove u instrukciji.

Adresiranje sa baznim registrom. Za adresiranje sa baznim registrom postoji sledee

tumaenje: referencirani registar sadri adresu u glavnoj memoriji, a adresno polje sadri

pomeraj (obino u predstavljanju neoznaenog celog broja) od te adrese. Referenca registra

moe biti eksplicitna ili implicitna.

Adresiranje sa osnovnim registrom takoe koristi lokalnost memorijskih referenci. U

nekim implementacijama, koristi se jedan segmentni osnovni registar da dri osnovnu adresu

segmenta, a instrukcije moraju eksplicitno da ga referenciraju. U tom poslednjem sluaju, ako

je duina adresnog polja K, a broj moguih registara N, onda jedna instrukcija moe da

referencira bilo koju od N oblasti od po 2K rei.

Indeksiranje. Za indeksiranje, tipino tumaenje je sledee: adresno polje referencira adresu

u glavnoj memoriji, a referencirani registar sadri pozitivan pomeraj od te adrese. Obratite

panju na to da je ta upotreba upravo suprotna od tumaenja za adresiranje sa baznim

registrom. Naravno, to je vie nego samo stvar korisnikovog tumaenja. Zbog toga to se

adresno polje smatra memorijskom adresom u indeksiranju, ono obino sadri vie bitova od

adresnog polja u uporedivoj instrukciji sa osnovnim registrom. Svejedno, metoda prorauna

EA je ista i za adresiranje sa osnovnim registrom i za indeksiranje, a u oba sluaja referenca

registra je ponekad eksplicitna, a ponekad implicitna (za razliite vrste procesora).

Slika 9. Primena indeksiranja u radu sa nizovima

5-11

Znaajna upotreba indeksiranja je da obezbedi efikasan mehanizam za izvoenje

iterativnih operacija (slika 9). Razmotrite, na primer, listu brojeva koji su uskladiteni poevi

od lokacije A. Pretpostavite da bismo eleli da dodamo 1 svakom elementu na listi. Treba da

donesemo svaku vrednost, dodamo joj 1 i opet je uskladitimo nazad. Sekvenca efektivnih

adresa koje su nam potrebne je A, A + 1, A + 2,..., sve do poslednje lokacije na listi. Sa

indeksiranjem, to se lako uradi. Vrednost A se uskladiti u adresno polje instrukcije, a

izabrani registar, koji se zove indeksni registar, inicijalizuje se na 0. Posle svake operacije,

indeksni registar se poveava za 1.

Zbog toga to se indeksni registar obino koristi za takve iterativne zadatke, tipino je

da postoji potreba za poveavanjem ili smanjivanjem indeksnog registra posle svake reference

na njega. Imajui u vidu da je to esta operacija, neki sistemi je rade automatski, kao deo istog

instrukcijskog ciklusa. To je poznato kao autoindeksiranje. Ako su izvesni registri posveeni

iskljuivo indeksiranju, onda se autoindeksiranje moe pozvati implicitno i automatski. Ako

se koriste registri opte namene, moe biti potrebno da se operacija autoindeksiranja

signalizira pomou jednog bita u instrukciji. Autoindeksiranje koje koristi poveavanje moe

da se opie na sledei nain:

EA = A + (R)

(R) (R) + 1

U nekim mainama, obezbeeni su i indirektno adresiranje i indeksiranje, a mogue je

primeniti i oba u istoj instrukciji. Postoje dve mogunosti: indeksiranje se izvodi pre ili posle

indirekcije.

Ako se indeksiranje izvodi posle indirekcije, to se zove postindeksiranje:

EA = (A) + (R)

Prvo se koristi sadraj adresnog polja da bi se pristupilo memorijskoj lokaciji koja

sadri direktnu adresu. Ta adresa se onda indeksira vrednou registra. Ta tehnika je korisna

za pristupanje jednom od izvesnog broja blokova podataka fiksnog formata. Operacije koje se

izvode su iste, bez obzira na to kojim blokom se manipulie. Prema tome, adrese instrukcija

koje referenciraju blok bi mogle da pokau na lokaciju (vrednost A) koja sadri promenljivi

pokaziva na poetak bloka za upravljanje procesom. Indeksni registar sadri pomeraj unutar

bloka.

Kod preindeksiranja, indeksiranje se izvodi pre indirekcije:

EA = (A + (R))

Adresa se proraunava kao kod jednostavnog indeksiranja. Meutim, u ovom sluaju,

izraunata adresa ne sadri operand, nego adresu operanda. Primer upotrebe te tehnike je kada

5-12

se konstruie tabela grananja na vie putanja. U odreenoj taki u programu, moe postojati

grananje na jednu od nekoliko lokacija, zavisno od uslova. Moe da se uspostavi tabela koja

poinje na lokaciji A. Indeksiranjem u toj tabeli, moe da se pronae zahtevana lokacija.

Skup instrukcija tipino ne sadri i preindeksiranje i postindeksiranje.

5.7 Adresiranje pomou steka

Poslednji nain adresiranja koji razmatramo je adresiranje pomou steka. Stek je

rezervisan blok lokacija. Stavke se dodaju na vrh steka tako da je, u svakom datom trenutku,

blok delimino popunjen. Steku je pridruen pokaziva, ija vrednost je adresa vrha steka.

Alternativno, dva gornja elementa steka mogu da budu u registrima procesora, u kom sluaju

pokaziva steka referencira trei element steka. Pokaziva steka se odrava u registru. Prema

tome, reference na lokacije steka u memoriji su, ustvari, registarske indirektne adrese.

Nain adresiranja pomou steka je oblik implicitnog adresiranja. Mainske instrukcije

ne ukljuuju memorijsku referencu, nego implicitno rade na vrhu steka.

5-13

Zadatak 1. Na slici je prikazan sadraj registara procesora i dela memorije neposredno pre

izvravanja neke instrukcije. Odrediti sadraj registara i memorije posle sukcesivnog

izvravanja tri instrukcije. Instrukcije su jednoadresne i duine dva bajta, gde prvi bajt

oznaava kod operacije i nain adresiranja, dok drugi bajt predstavlja operand, osim

instrukcije POP koja je bezadresna i duine jedan bajt. Adrese i operandi su osmobitni i

prikazani u heksadecimalnom formatu u komplementu dvojke. Pokaziva steka SP pokazuje

na adresu memorijske lokacije koja se nalazi na vrhu steka. itanjem podatka sa steka SP se

inkrementira, a upisom na stek SP se dekrementira.

Procesor

PC 4A

Acc 07

SP 8B

Instrukcija Komentar Sadraj registara procesora nakon instrukcije

Sadraj memorije nakon instrukcije

POP (Acc) 1C (PC) = 4B (uveava se za jedan bajt)

(Acc) = 1C

(SP) = 8C

Isti

SUB #2F (Acc) (Acc) 2F = ED

(PC) = 4D (uveava se za dva bajta)

(Acc) = ED

(SP) = 8C

Isti

STORE [69] (Mem:69) =

(Acc) = ED

(PC) = 4F

(Acc) = ED

(SP) = 8C

Sadraj lokacije 69 je ED

Adresa Sadraj memorije

48 LOAD Memorijski indirektno

49 6A

4A POP Bezadresna

4B SUB Neposredno

4C 2F

4D STORE Memorijski direktno

4F 69

69 3F

6A 78

8B 1C

5-14

Zadatak 2. Na slici je prikazan sadraj registara procesora i dela memorije neposredno pre

izvravanja neke instrukcije. Odrediti sadraj registara i memorije posle sukcesivnog

izvravanja etiri instrukcije. Instrukcije su jednoadresne i duine dva bajta, gde prvi bajt

oznaava kod operacije i nain adresiranja, dok drugi bajt predstavlja operand, osim

instrukcija PUSH i POP koje su bezadresne i duine jedan bajt. Adrese i operandi su

osmobitni i prikazani u heksadecimalnom formatu u komplementu dvojke. Pokaziva steka

SP pokazuje na adresu memorijske lokacije koja se nalazi na vrhu steka. itanjem podatka sa

steka SP se dekrementira, a upisom na stek SP se inkrementira.

Procesor

PC 48

Acc 07

SP 8B

R1 A4

BR 69

Instrukcija Komentar Sadraj registara procesora nakon

instrukcije

Sadraj memorije nakon

instrukcije

LOAD [[6A]] (Acc) 25 (PC) = 4A (Acc) = 25

(SP) = 8B

Isti

ADD R1 (Acc) (Acc) + A4 = C9 (PC) = 4C (Acc) = C9

(SP) = 8B

Isti

PUSH (stek) (Acc) = C9 (PC) = 4D (Acc) = C9

Sadraj lokacije 8C je C9

Adresa Sadraj memorije

48 LOAD Memorijski indirektno

49 6A

4A ADD Registarsko direktno

4B R1

4C PUSH Bezadresna

4D STORE Bazno sa pomerajem

02

4F POP Bezadresna

69 3F

6A 78

6B 4C

78 25

8B 1C

8C 23

5-15

(SP) = 8C

STORE 02[BR] (Mem:69 + 02) = (Mem:6B) =

(Acc) = C9

(PC) = 4F

(Acc) = C9

(SP) = 8C

Sadraj lokacije 8C je C9

Sadraj lokacije 6B je C9