Bài giảng Kiến trúc máy tính - Chương 10: Tập lệnh: Các chế độ định địa chỉ và định dạng lệnh

+Kiến trúc máy tính
+ 
Chương 11
Tập lệnh: Các chế độ định địa chỉ
và định dạng lệnh
+
Chương 11. Chế độ định địa chỉ và 
định dạng lệnh
 11.1 Các chế độ địa chỉ
 11.2 Các chế độ địa chỉ của x86 và ARM
 11.3 Định dạng lệnh
 11.4 Định dạng lệnh của x86 và ARM
 11.5 Hợp ngữ (Assembly Language)
+
11.1 Các chế độ định địa chỉ
a. Tức thì
b. Trực tiếp
c. Gián tiếp
d. Thanh ghi
e. Gián tiếp thanh ghi
f. Dịch chuyển
g. Ngăn xếp
+Các chế độ định địa 
chỉ
+
a. Định địa chỉ tức thì
 Dạng đơn giản nhất của định địa chỉ
 Toán hạng = A
 Chế độ này có thể được sử dụng để định nghĩa và sử dụng các 
hằng số và thiết lập các giá trị ban đầu của biến
 Các số thường được lưu trữ dưới dạng số bù hai
 Bit ngoài cùng bên trái của trường toán hạng được sử dụng như
bit dấu
 Ưu điểm:
 Chỉ cần truy xuất bộ nhớ một lần (để lấy lệnh), do vậy tiết kiệm 
một chu kỳ cache hoặc bộ nhớ trong chu kỳ lệnh.
 Nhược điểm:
 Kích thước của số bị giới hạn bởi kích thước của trường địa chỉ vì 
thông thường kích thước của trường này nhỏ hơn kích thước từ
Ví dụ: 
ADD R1,5 ; R1←R1+5 
Trong đó, 5 là một toán hạng nguồn được tham chiếu trực tiếp trong câu lệnh: địa chỉ tức 
thì 
+
b. Định địa chỉ trực tiếp
Ví dụ: 
ADD R1,A ; R1←R1+(A) 
Trong đó, A là địa chỉ một vị trí bộ nhớ, (A) là nội dung của vị trí đó. CPU tham chiếu 
đến toán hạng có địa chỉ A trong bộ nhớ. 
 Trường địa chỉ chứa địa chỉ hiệu dụng của toán hạng
 Địa chỉ hiệu dụng (Effective address (EA)) = trường địa chỉ
(Address field (A))
 Phổ biến trong các thế hệ máy tính trước đây
 Tham chiếu bộ nhớ một lần để lấy dữ liệu toán hạng
 Hạn chế: chỉ cung cấp một không gian địa chỉ hạn chế
+
c. Định địa chỉ gián tiếp
 Tham chiếu đến địa chỉ của một từ trong bộ nhớ chứa địa chỉ đầy 
đủ của toán hạng
 EA = (A)
 Dấu ngoặc đơn được hiểu như là nội dung của
 Ưu điểm:
 Với một từ có kích thước N cho phép một không gian địa chỉ là 2N
 Nhược điểm:
 Thực thi câu lệnh đòi hỏi hai lần tham chiếu bộ nhớ để truy xuất toán 
hạng
 Một để lấy ra địa chỉ, hai là để lấy ra giá trị của nó
 Một biến thể hiếm gặp của địa chỉ gián tiếp là địa chỉ gián tiếp 
nhiều cấp hoặc nhiều tầng
 EA = ( . . . (A) . . . )
 Nhược điểm là cần ba hoặc nhiều hơn tham chiếu bộ nhớ để truy xuất 
toán hạng
+
d. Định địa chỉ thanh ghi
 Trường địa chỉ dùng để tham chiếu 
thanh ghi chứ không phải địa chỉ bộ
nhớ chính
 EA = R
 Ưu điểm:
 Chỉ cần một trường địa chỉ nhỏ trong 
lệnh (do số lượng thanh ghi ít)
 Không cần tham chiếu bộ nhớ (tốn nhiều 
thời gian)
 Nhược điểm:
 Không gian địa chỉ giới hạn
Ví dụ: 
ADD R1,A ; R1←R1+(A) 
Trong đó, R1 là một thanh ghi trong bộ xử lý, câu lệnh trên tham chiếu giá trị (A) trong 
bộ nhớ cộng với giá trị lưu trữ trong thanh ghi R1, kết quả được ghi vào R1. 
+
e. Định địa chỉ gián tiếp thanh ghi
 Tương tự như địa chỉ gián tiếp
 Sự khác biệt duy nhất là trường địa 
chỉ tham chiếu đến thanh ghi
 EA = (R)
 Không gian địa chỉ lớn hơn 
(trường địa chỉ tham chiếu đến vị
trí chứa địa chỉ có độ dài bằng 
một từ )
 Tham chiếu bộ nhớ ít hơn định địa 
chỉ gián tiếp
+
f. Định địa chỉ dịch chuyển -
Displacement Addressing
 Kết hợp chế độ định địa chỉ trực tiếp và định địa chỉ trực tiếp 
thanh ghi
 EA = A + (R)
 Yêu cầu lệnh phải có hai trường địa chỉ, ít nhất một trong hai phải 
có giá trị cụ thể
 Một giá trị trong một trường địa chỉ (giá trị = A) được sử dụng trực 
tiếp
 Một trường địa chỉ khác tham chiếu đến thanh ghi trong đó nội dung 
được cộng với A để tạo ra địa chỉ hiệu dụng
 Hầu hết sử dụng:
 Định địa chỉ tương đối
 Định địa chỉ thanh ghi cơ sở
 Định địa chỉ chỉ mục
+
Định địa chỉ tương đối
 Thanh ghi được tham chiếu ngầm là thanh ghi PC (program 
counter)
 Địa chỉ lệnh tiếp theo được cộng vào trường địa chỉ để tạo ra EA
 Thông thường trường địa chỉ được coi là dữ liệu dạng số bù 2 của 
hoạt động này
 Do đó, địa chỉ hiệu dụng là quan hệ dịch chuyển so với địa chỉ của 
lệnh
 Khai thác tính cục bộ của bộ nhớ
 Lưu các bit địa chỉ trong lệnh nếu hầu hết tham chiếu bộ nhớ
tương đối gần lệnh đang được thực thi
+
Định địa chỉ thanh ghi cơ sở
 Thanh ghi được tham chiếu chứa một địa chỉ bộ nhớ chính và 
trường địa chỉ chứa một giá trị dịch chuyển so với địa chỉ này
 Tham chiếu thanh ghi có thể rõ ràng hoặc ngầm 
 Khai thác tính cục bộ của tham chiếu bộ nhớ
 Phương tiện hữu ích để thực hiện phân đoạn
 Trong một số trường hợp, một thanh ghi cơ sở duy nhất được sử
dụng và được sử dụng ngầm 
 Các trường hợp khác, người lập trình có thể chọn một thanh ghi 
để lưu địa chỉ cơ sở của một đoạn và lệnh phải tham chiếu nó một 
cách rõ ràng
+
Định địa chỉ chỉ mục - Indexed 
Addressing
 Trường địa chỉ tham chiếu địa chỉ bộ nhớ chính và thanh ghi được tham chiêu 
chứa giá trị dịch chuyển dương từ địa chỉ này
 Phương pháp tính toán EA giống như với định địa chỉ thanh ghi cơ sở
 Một ứng dụng quan trọng: cung cấp một cơ chế hiệu quả để thực hiện các hoạt 
động lặp
 Autoindexing
 Tự động tăng hoặc giảm thanh ghi chỉ mục sau mỗi tham chiếu đến nó
 EA = A + (R)
 (R) (R) + 1
 Postindexing
 Indexing is performed after the indirection
 EA = (A) + (R)
 Preindexing
 Indexing is performed before the indirection
 EA = (A + (R))
+
Định địa chỉ ngăn xếp
 Một ngăn xếp là một mảng liên tiếp các ô nhớ: danh 
sách dạng vào trước ra sau
 Lệnh có chế độ địa chỉ này là các lệnh thực hiện trực 
tiếp với đỉnh ngăn xếp sử dụng thanh ghi ngầm 
định là thanh ghi SP
 Thanh ghi SP (stack pointer – con trỏ ngăn xếp) 
chứa địa chỉ đỉnh ngăn xếp (trỏ vào đỉnh ngăn xếp)
 Do đó, chế độ địa chỉ ngăn xếp thực chất là chế độ địa chỉ
gián tiếp thanh ghi
 Các lệnh máy không cần tham chiếu bộ nhớ
+
Các chế độ định địa chỉ cơ bản
Chế độ Thuật toán Ưu điểm Nhược điểm 
Tức thì Toán hạng = A 
Không cần tham chiếu 
bộ nhớ 
Hạn chế về giá trị của toán 
hạng 
Trực tiếp EA = A Đơn giản Không gian địa chỉ hạn chế