aula_4 - Inf

Conjunto de instruções e modos de
endereçamento
aula 4
Profa. Débora Matos
Conjunto de Instruções
A = ((B + C) x D + E –F)/(G x H)
A – H – denotam posições da memória –
endereços
As arquiteturas possuem as seguintes
operações aritméticas:
ADD – para soma
SUB – para subtração
MUL – para multiplicação
DIV - para divisão
Arquitetura de 4 endereços
A = ((B + C) x D + E –F)/(G x H)
OP E1 E2 E3 E4
Endereço
Instrução
Comentário
e1
ADD B C A e2
Soma B com C, salva resultado em A
e2
MUL A D A e3
Multiplica A por D, salva resultado em A
e3
ADD A E A e4
Soma A com E, salva resultado em A
e4
SUB A F A e5
Subtrai F de A, salva resultado em A
e5
DIV A G A e6
Divide A por G, salva resultado em A
e6
DIV A H A e7
Divide A por H, salva resultado em A
e7
HALT
Fim do programa
Arquitetura de 4 endereços
Que tipo de instruções não são
necessárias no modelo de
arquitetura com 4 endereços?
Arquitetura de 3 endereços
Surgiu a necessidade de se utilizar um
registrador específico para controlar
o endereço da próxima instrução:
Arquitetura de 3 endereços
Surgiu a necessidade de se utilizar um
registrador específico para controlar
o endereço da próxima instrução:
PC – program counter
Arquitetura de 3 endereços
A = ((B + C) x D + E –F)/(G x H)
OP E1 E2 E3
Endereço
Instrução
Comentário
e1
ADD B C A
Soma B com C, salva resultado em A,
incrementa PC
e2
MUL A D A
Multiplica A por D, salva resultado em A,
incrementa PC
e3
ADD A E A
Soma A com E, salva resultado em A,
incrementa PC
e4
SUB A F A
Subtrai F de A, salva resultado em A,
incrementa PC
e5
DIV A G A
Divide A por G, salva resultado em A,
incrementa PC
e6
DIV A H A
Divide A por H, salva resultado em A,
incrementa PC
e7
HALT
Fim do programa
Arquitetura de 3 endereços
Quais as vantagens e desvantagens da arquitetura de 3
endereços para a arquitetura de 4 endereços?
Vantagens:
Redução do tamanho da instrução -> redução do tamanho da
memória;
Desvantagens:
Necessidade de instruções explicitas de desvio (como JUMP e
BRANCH);
Não permite mais executar simultaneamente uma
instrução de manipulação de dados e uma instrução
de desvio do fluxo de programa.
Arquitetura de 3 endereços
Quais as vantagens e desvantagens da arquitetura de 3
endereços para a arquitetura de 4 endereços?
Vantagens:
Redução do tamanho da instrução -> redução do tamanho da
memória;
Desvantagens:
Necessidade de instruções explícitas de desvio (como JUMP e
BRANCH);
Não permite mais executar simultaneamente uma instrução
de manipulação de dados e uma instrução de desvio do fluxo
de programa.
Arquitetura de 2 endereços
A economia de memória e a obrigatoriedade de
desenvolvimento de programas sequencias compensam o
grau de liberdade as instruções com 4 endereços;
No entanto, instruções de 3 endereços ainda consomem
muita memória;
Observando-se os programas de 3 instruções, muitas das
vezes, um dos operandos fonte é o mesmo operando
destino. Simplificando-se essa arquitetura, tem-se
arquiteturas de 2 endereços.
Arquitetura de 2 endereços
OP E1 E2
E1 e E2 – indicam a localização dos dois operandos fontes;
E1 – indica também a localização do operando destino;
Não são mais possíveis instruções com 3 operandos
distintos.
O que muda agora?
Arquitetura de 2 endereços
OP E1 E2
Maior redução das instruções;
Pode requerer 2 instruções para apenas 1
instrução da arquitetura com 3 endereços;
Introduz uma restrição: o resultado é armazenado
em um dos operandos fonte, perdendo o dado
anterior deste operando;
Que grupos de instruções foram necessárias
agora?
Arquitetura de 2 endereços
A = ((B + C) x D + E –F)/(G x H)
OP E1 E2
Endereço
Instrução
Comentário
e1
MOV A B
Move B para A
e2
ADD A C
Soma A com C, resultado em A
e3
MUL A D
Multiplica A por D, resultado em A
e4
ADD A E
Soma A com E, resultado em A
e5
SUB A F
Subtrai F de A, resultado em A
e6
DIV A G
Divide A por G, resultado em A
e7
DIV A H
Divide A por H, resultado em A
e8
HALT
Fim do programa
Arquitetura de 1 endereço
Com a criação de registradores especiais, pode-se
reduzir ainda mais o número de endereços,
criando-se as arquiteturas de 1 endereço;
OP E1
E1 indica a localização de um operando de
memória, normalmente 1 dos operandos fontes
da operação;
O outro operando é o acumulador (AC);
O acumulador assume os papéis de um dos
operandos fonte e do operando destino.
Arquitetura de 1 endereço
OP E1
Agora as instruções de movimentação precisam
ser subdivididas de acordo com o sentido da
transferência:
Da memória para o acumulador (LDA – LoaD
acumulator)
Do acumulador para a memória (STA – STore
Acumulator)
Arquitetura de 1 endereço
A = ((B + C) x D + E –F)/(G x H)
OP E1
Endereço
Instrução
Comentário
e1
LDA B
Move B para o acumulador
e2
ADD C
Soma Acumulador com C, resultado no acumulador
e3
MUL D
Multiplica acumulador por D, resultado no acumulador
e4
ADD E
Soma acumulador com E, resultado no acumulador
e5
SUB F
Subtrai F do acumulador, resultado no acumulador
e6
DIV G
Divide acumulador por G, resultado no acumulador
e7
DIV H
Divide acumulador por H, resultado no acumulador
e8
STA A
Armazena acumulador no endereço H
e9
HALT
Fim do programa
Arquitetura de 1 endereço
A grande vantagem deste tipo de arquitetura está
na economia de acessos a memória, realizando
basicamente operações com o acumulador;
Este é o papel dos registradores locais, as
arquiteturas atuais apresentam vários
registradores de uso geral com essa mesma
finalidade.
Arquitetura de zero endereços
OP
Não existe nenhuma referência explícita à
endereços de memória onde estejam localizados
os operandos;
A solução nesse caso é usar uma pilha: os
operandos são sempre retirados do topo da pilha.
Duas instruções manipulam a pilha: PUSH E POP
PUSH – insere um dado no topo da pilha
POP – remove o dado no topo da pilha
Arquitetura de zero endereços
A = ((B + C) x D + E –F)/(G x H)
Endereço
Instrução
Comentário
e1
PUSH H
Coloca H no topo da pilha
e2
PUSH G
Coloca G no topo da pilha
e3
PUSH F
Coloca F no topo da pilha
e4
PUSH E
Coloca E no topo da pilha
e5
PUSH D
Coloca D no topo da pilha
e6
PUSH C
Coloca C no topo da pilha
e7
PUSH B
Coloca B no topo da pilha
e8
ADD
Topo da pilha recebe B + C (B e C são retirados da pilha)
e9
MUL
Topo recebe (B+C) * D
e10
ADD
Topo recebe (B+C) * D + E
e11
SUB
Topo recebe (B+C) * D + E - F
e12
DIV
Topo recebe ((B+C) * D + E – F )/ G
e13
DIV
Topo recebe ((B+C) * D + E – F )/ G * H
e14
POP A
Topo da pilha é armazenado em A
e15
HALT
Fim do programa
Computador Neander
Trata-se de um computador hipotético;
Características:
Largura de dados e endereços de 8 bits;
Dados representados em complemento de 2;
Possui 1 acumulador de 8 bits;
Possui 1 apontador de programas de 8 bits (PC);
1 registrador de estados com 2 códigos de condição:
negativo (N) e zero (Z);
Modos de endereçamento do Neander
O Neander só possui um modo de
endereçamento, o modo direto;
O endereço passado na instrução corresponde o
endereço de memória do operando;
Nas instruções de desvio, o endereço contido na
instrução corresponde à posição de memória onde
está a instrução a ser executada.
Códigos de condição
N (negativo):
1 – resultado é negativo
0 – resultado é positivo (zero é considerado positivo)
Z (zero)
1 – resultado é igual a 0;
0 – resultado é diferente de 0;
As instruções que alteram os códigos de condição
são as instruções lógicas e aritméticas: ADD, NOT,
AND, OR e a instrução LDA.
Conjunto de instruções do Neander
Código
Instrução
Comentário
0000
NOP
Nenhuma operação
0001
STA end
Armazena acumulador – (store)
0010
LDA end
Carrega acumulador – (load)
0011
ADD end
Soma
0100
OR end
“ou” lógico
0101
AND end
“e” lógico
0110
NOT
Inverte (complementa) acumulador
1000
JMP end
Desvio incondicional (jump)
1001
JN end
Desvio condicional (jump on negative)
1010
JZ end
Desvio condicional (jump on zero)
1111
HLT
Término da execução (halt)
Modos de endereçamento do Neander
end – endereço direto
Nas instruções STA, LDA, ADD, OR e AND, end
corresponde ao endereço do operando.
Nas instruções JMP, JN e JZ, end corresponde ao
endereço de desvio.
Conjunto de instruções do Neander
Instrução
Comentário
NOP
Nenhuma operação
STA end
MEM(end) <- AC
LDA end
AC <- MEM(end)
ADD end
AC <- MEM(end) + AC
OR end
AC <- MEM(end) or AC
AND end
AC <- MEM(end) and AC
NOT
AC <- NOT AC
JMP end
PC <- end
JN end
IF N=1 then PC <- end
JZ end
IF Z=1 then PC <- end
HLT
Término da execução (halt)
Formato das instruções
As instruções são formadas por um ou dois bytes,
ou seja, ocupam 1 ou 2 posições da memória;
7
4 3
Código da instruçãoo
0
Não usado
Endereço direto
No Neander as instruções de 2 bytes são aquelas
que fazem referência à memória.
Exercícios sobre o Neander
Para todos os programas considere:
Início do programa – posição 0 (0H)
Início dos dados – posição 128 (80H)
1) Faça um para subtrais duas variáveis de 8 bits
representadas em complemento de 2.
posição 128: minuendo
posição 129: subtraendo
Posição 130: resultado
Exercícios sobre o Neander
2) Determine qual o maior de 3 variáveis positivas
de 8 bits representadas em complemento de 2 e
armazenadas em posições consecutivas de
memória. O resultado (a maior variável) deve
aparecer na posição de memória consecutiva às
ocupadas pelas variáveis na área reservada aos
dados.
Exercícios sobre o Neander
3) Faça um programa que determine a ocorrência de
overflow na soma de duas variáveis. As variáveis
são de 8 bits em complemento de dois e estão
armazenadas em posições consecutivas de
memória (128 e 129). O resultado da soma
também em 8 bits deve aparecer na primeira
posição livre (130) e o overflow deve ser indicado
da seguinte forma:
Posição 131: conteúdo = 0H – não ocorreu overflow
conteúdo = FFH – ocorreu overflow
Modos de
endereçamento
Modos de endereçamento
Imediato
Direto
Indireto
Registrador
Registrador Indireto
Deslocamento (Indexado)
Pilha
Endereçamento Imediato
O operando vem como parte da instrução
Ex. ADD 5
Adiciona 5 ao conteúdo do acumulador
5 é um operando que vem no campo de endereço
da instrução
Nenhum acesso a memória é necessário
Rápido
Intervalo de definição dos operandos é limitado
Endereçamento Imediato
Endereçamento Direto
O campo de endereço contém o endereço do
operando
Ex. ADD A
Procura na posição A da memória pelo operando;
Adiciona o conteúdo da posição A na memória ao
acumulador;
Um único acesso a memória na busca do operando;
Não há necessidade de cálculos adicionais para
encontrar o endereço efetivo;
Espaço de endereçamento limitado pelo campo.
Endereçamento Direto
Endereçamento Indireto
O Campo de endereço aponta para uma posição
de memória que contém o endereço do operando;
Endereço Efetivo EE = Conteúdo da posição (A)
Ex. ADD (A)
Busca em A, encontra o endereço do operando (A)
e busca em (A) pelo operando
Adiciona o conteúdo do endereço efetivo ao
acumulado
Endereçamento Indireto
Endereçamento por registrador
Operando se encontra em um registrador
indicado no campo de endereço da instrução
EE = R
Número de registradores limitado
O campo de endereço não necessita ser grande
Pequenas instruções
Busca da instrução mais rápida
Endereçamento por registrador
Não há acesso a memória
Execução muito rápida
Espaço de endereçamento muito limitado
Mais registradores contribui com o
desempenho
Requer bons compiladores ou boa programação
assembly
Endereçamento por registrador
Endereçamento por registrador indireto
Endereçamento Indireto
EE = (R)
O operando está na posição de memória apontada
pelo do registrador indicado no campo de
endereçamento;
Espaço de endereçamento (2n)
Um acesso a memória
Endereçamento por registrador indireto
Endereçamento por deslocamento
O operando se encontra na memória em uma
posição deslocada com relação ao endereço
fornecido no campo de endereço
EE = A + (R)
O campo de endereço pode ter dois valores
A = Guarda o endereço de base
R = Guarda o conteúdo do deslocamento
ou o contrário
O registrador pode ser um registrador default
(economia de bits na instrução)
Endereçamento por deslocamento
Endereçamento por deslocamento
Endereçamento por deslocamento
Os três usos mais comuns do endereçamento por
deslocamento são:
Endereçamento relativo (PC)
Endereçamento registrador-base
Endereçamento indexado
Endereçamento relativo
Uma versão do endereçamento indexado
R = Contador de programa, PC
EE = A + (PC)
O operando se encontra deslocado do valor
indicado no campo de endereço da instrução, com
relação ao endereço apontado por PC
Endereçamento registrador-base
Idêntico ao endereçamento por deslocamento
A contém o deslocamento
R contem o endereço de base
R pode ser implícito ou explícito
Ex. registradores de segmento no 80x86
Endereçamento indexado
A = Base
R = Deslocamento
EE = A + R
Uso em acesso a arrays
EE = A + R
R++
Indexação indireta
Pós-indexação: indexação feita depois do
endereçamento indireto
EE = (A) + (R)
Pré-indexação: indexação feita antes do
endereçamento indireto
EE = (A+(R)
Endereçamento de pilha
O operando é o topo da pilha
Ex.
ADD - desempilha e adiciona os dois itens do topo
da pilha.