arquitetura e organização de computadores

Arquitetura e organização de computadores

Endereçamento de memória.

Aula 04Prof. Diovani Milhorim

Endereçamento de memória

Interpretação de endereços de memória



Ordem dos bytes



Modos de endereçamento



Modo registrador



Modo registrador

Modo por registrador diretoO operando aponta para um registrador, o qual contém o dado.

Modo por registrador indiretoO operando aponta para um registrador, o qual contém um endereço de memória (ponteiro) para o dado.



Modo registrador

Vantagens Maior velocidade / rapidez de execução - o acesso ao registrador é muito mais rápido que o acesso à memória.Economia de espaço de armazenamento de instrução (o tamanho da instrução é menor porque como são poucos registradores, são menos bits para seus endereços).

DesvantagemPequeno número de registradores - se forem muitos os dados endereçados por registrador, os registradores disponíveis podem não ser suficientes.



Modo registradorExemplos Os exemplos usam instruções do Intel 8080:

ADD r (add register) ==> (ACC) <--- (ACC) + (r) - soma o conteúdo do registrador r ao conteúdo do acumulador (endereçamento por registrador, direto) ADD M (add memory) ==> (ACC) <--- (ACC) + ((M)) - soma o conteúdo da posição de memória indicada pelo registrador M ao conteúdo do acumulador (endereçamento por registrador, indireto) INR M (increment memory) ==> ((M)) <--- ((M)) + 1 - incrementa o conteúdo da posição de memória indicada pelo registrador M (endereçamento por registrador, indireto)



Modo registradorExemplos Os exemplos usam instruções do Intel 8080:

DCR r (decrement register) ==> (r) <--- (r) - 1 - decrementa o conteúdo do registrador r (endereçamento por registrador, direto) MOV r1, r2 (move register) ==> (r1) <--- (r2) - o conteúdo do registrador r2 é copiado para o registrador r1 (endereçamento por registrador, direto). MOV M, r (move to memory) ==> ((M)) <--- (r) - o conteúdo do registrador r é copiado para a posição de memória cujo endereço está no registrador M (endereçamento por registrador, indireto).



Modo Imediato


Modos de endereçamentoMODO IMEDIATO

O valor do campo operando é o próprio dado.

É usado para trabalhar com valores constantes. O operando é dito operando imediato (o operando é o próprio valor a ser operado, ou seja, é o próprio dado a ser processado).



VantagemO operando é obtido durante o ciclo de busca, em apenas 1 acesso. Não é necessário fazer nenhum acesso à MP no ciclo de execução, acarretando maior rapidez na execução.



Desvantagens a) Este modo de endereçamento não permite flexibilidade para alterar dados que variam a cada execução do programa, portanto não é adequado para variáveis repetidamente operadas com diferentes valores a cada execução do programa.

b) O tamanho do dado fica limitado ao número de bits do operando (campo operando da instrução). A limitação de tamanho do campo operando reduz o valor máximo do dado que pode ser armazenado.



No Intel 8080, o campo Operando tem 8 bits, portanto o maior valor deste campo será limitado a 28 = 256.

Existem instruções que permitem carregar doublewords, isto é, palavras duplas que ocupam 2 células de memória, em que o maior valor será limitado a 216 = 65.536 (64 k).



Utilização- Inicialização de contadores- Constantes- Armazenamento de ponteiros em registradores- Indicação de quantidade de posições em operações de deslocamento de bits (multiplicação e divisão)

ExemplosObs.: Instruções do Intel 8080.LDI Op ==> ACC <--- Op = carrega o valor (hexadecimal) do operando no acumulador.LDI 50 (load immediate) ==> ACC <---- 50 (carrega o valor hexadecimal 50 no acumulador)



Modo Direto ou Absoluto


Modos de endereçamentoModo Direto ou Absoluto

Vantagensa) É aplicado em mais situações que o modo imediato; b) Requer apenas uma referência à memória para busca do dado (além de uma para a busca da instrução), sendo mais rápido que o modo indireto.

Desvantagensa) Limitação do endereço da MP que pode ser indicado pelo tamanho do campo operando. b) É mais lento que o modo imediato.

UtillizaçãoQuando o dado varia de valor a cada execução



Exemplos de Instruções do Intel 8080:

LDA Op (”load accumulator”), sendo Op um endereço na memória ==> ACC <--- (Op)

(carrega o conteúdo da posição de memória indicada pelo operando no acumulador).

LDA 978A ===> ACC <--- (978A) = carrega no acumulador o conteúdo da posição de memória 978A.




JMP Op ("jump") ==> CI <--- (Op) JMP 1000H ==> CI<--- (1000H) = causa um desvio para o endereço contido nas posições 1000 e 1001 (hexadecimal) da memória, carregando o conteúdo das posições 1000 e 1001H no CI

Obs: como no processador 8080 o C I contém 16 bits (um endereço), serão necessárias DUAS células de memória (uma célula contém 8 bits), o que requer dois ciclos de busca à memória.



Modo Direto ou Absoluto


MOV R, Op ==> R <--- (Op) MOV B, 7AC1 ==> B <--- (7AC1), move o conteúdo da posição de memória (8 bits) indicada pelo operando - 7AC1 - para o registrador B (8 bits).



Modo indireto de memória


Modos de endereçamentoModo indireto de memória

Exemplo:

LDID Op ==> ACC <--- ((Op))

São necessários 3 ou mais acessos à memória: 1 para buscar o opcode, 1 (ou 2, quando for uma referência à memória) para buscar o operando (Op) e mais 1 para buscar o dado ((Op)) propriamente dito (ou 2, quando o dado for um endereço de memória; por exemplo, quando for uma instrução de desvio).



Vantagem a) Permite implementar estruturas de organização de dados mais complexas, mais sofisticadas.b) Elimina a limitação de células endereçáveis.

DesvantagemRequer maior quantidade de acessos à MP para completar o ciclo de execução da instrução, acarretando que o tempo requerido para a execução da instrução é maior.

Obs.1: É possível haver várias indireções. Em algumas máquinas, existe 1 bit que sinaliza no caso de existirem várias Indireções. Enquanto este bit for 0, continua com as indireções, até encontrá-lo ligado.



UtilizaçãoManutenção de ponteiro de dados

Exemplo: Relação de dados a serem movimentados para novas posições de memória (por exemplo, elementos de vetores), basta modificar o valor da célula endereçada pela instrução (não é necessário mudar o valor do operando).



Modo indireto registrador


Modos de endereçamentoModo indireto registrador

Vantagens Maior velocidade / rapidez de execução - o acesso ao registrador é muito mais rápido que o acesso à memória.Economia de espaço de armazenamento de instrução (o tamanho da instrução é menor porque como são poucos registradores, são menos bits para seus endereços).

DesvantagemNão são adequados para transferência de variáveis da MP para ULA.Pequeno número de registradores - se forem muitos os dados endereçados por registrador, os registradores disponíveis podem não ser suficientes



Utilização Implementação de contadores.

Exemplo de uso: vetor E(1) ... E (100)Ri contém E ( i ) para incrementar e percorrer o vetor

Obs.: No Intel 8080, a identificação do registrador envolvido na operação faz parte do próprio opcode.



Exemplos Os exemplos usam instruções do Intel 8080:ADD r (add register) ==> (ACC) <--- (ACC) + (r) - soma o conteúdo do registrador r ao conteúdo do acumulador (endereçamento por registrador, direto)

ADD M (add memory) ==> (ACC) <--- (ACC) + ((M)) - soma o conteúdo da posição de memória indicada pelo registrador M ao conteúdo do acumulador (endereçamento por registrador, indireto)

INR M (increment memory) ==> ((M)) <--- ((M)) + 1 - incrementa o conteúdo da posição de memória indicada pelo registrador M (endereçamento por registrador, indireto)



Exemplos DCR r (decrement register) ==> (r) <--- (r) - 1 - decrementa o conteúdo do registrador r (endereçamento por registrador, direto)

MOV r1, r2 (move register) ==> (r1) <--- (r2) - o conteúdo do registrador r2 é copiado para o registrador r1 (endereçamento por registrador, direto).

MOV M, r (move to memory) ==> ((M)) <--- (r) - o conteúdo do registrador r é copiado para a posição de memória cujo endereço está no registrador M (endereçamento por registrador, indireto).



Modo deslocamento


Modos de endereçamentoModo deslocamento

Utiliza um registrador chamado Registrador de Base, que contém o endereço base na MP e um operando, que contém o deslocamento do dado em relação à base.

UtilizaçãoÉ usado para relocação de programas: define endereço inicial da área do programa e o endereço inicial da área de dados (pode ser utilizado um registrador para endereços e um para dados)

Nota: Os microprocessadores Intel (após 8086/8) usam registradores específicos como registradores-base. Estes Registradores de Base são utilizados para implementar o endereçamento de memória e a segmentação da memória em páginas de 64 kbytes.



Modo indexado


Modos de endereçamentoModo indexado

O endereço de cada elemento é obtido através da soma do campo Operando com o conteúdo de um registrador (Registrador de Índice).O endereço de cada elemento (por exemplo, de um vetor) é a soma (antes da colocação do endereço no REM) do valor do campo operando com o conteúdo de um registrador (escolhido como registrador índice).

VantagemRapidez na execução das instruções de acesso aos dados (a alteração dos endereços é realizada na UCP.

UtilizaçãoManipulação de estruturas de dados mais sofisticadas (vetores).



Modo indexado

VantagemRapidez na execução das instruções de acesso aos dados (a alteração dos endereços é realizada na UCP.

UtilizaçãoManipulação de estruturas de dados mais sofisticadas (vetores).



Modo indexado

Obs.: O Intel 8080 não possui nenhuma instrução com modo de endereçamento indexado, o qual somente foi introduzido na família Intel a partir do 8086.ExemplosLDX Ri, Op ==> ACC <--- ((Op) + (Ri))ADX Ri, Op ==> ACC <--- ACC + ((Op) + (Ri))



Modo auto incremento



Modo auto decremento



Modo escalonado



IDENTIFICAÇÃO DO MODO DE ENDEREÇAMENTO DA INSTRUÇÃO

O Código de Operação identifica o modo de endereçamento, através de seu mnemônico e do correspondente código binário.

Determinados bits no opcode podem indicar o modo de endereçamento ou a instrução pode possuir um campo específico para indicar o modo de endereçamento, através de códigos em bits. O registrador utilizado no endereçamento também pode ser indicado por bits determinados no opcode.



Efeitos de Temporização dos Modos de Endereçamento

O modo de endereçamento afeta o tempo requerido para executar uma instrução e a memória requerida para seu armazenamento

Instruções que usam endereçamento implícito ou por registrador são executadas muito rápido, pois trabalham direto com o hardware do processador e seus registradores. A instrução toda pode ser buscada (“fetched”) em um único ciclo de busca (um único acesso à memória). O número de acessos à memória é o mais importante fator no consumo de tempo de execução da instrução.



Exercício:

Qual será o valor carregado no acumulador quando forem executadas as seguintes instruções:LDI Op ==> (ACC) <--- Op (modo de endereçamento Imediato)LDA Op ==> (ACC) <--- (Op) (modo de endereçamento direto)LDID Op ==> (ACC) <--- ((Op)) (modo de endereçamento Indireto)LDR Op ==> (ACC) <--- (R) (modo de endereçamento Direto por Registrador)LDIR Op ==> (ACC) <--- ((R)) (modo de endereçamento Indireto por Registrador)LDX Op ==> (ACC) <--- ((Ri) + (Op)) (modo de endereçamento Indexado)LDB Op ==> (ACC) <--- ((Rb) + (Op)) (modo de endereçamento Base + Deslocamento)



Exercício:

arquitetura e organização de computadores

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