🏠 Главная · Микропроцессорные системы · 3 курс · Практические работы по МДК.02.01 «Микропроцессорные системы»

---

Пример решения задачи по способам адресации

Условие задачи

В аккумуляторе процессора ACC находится число 6

$$ ACC = 6_{10} = 0000,0110_2. $$

Необходимо прибавить к нему число 10

$$ X = 10_{10} = 0000,1010_2, $$

используя разные способы адресации операнда.

Для примеров примем следующие исходные данные:

Параметр	Десятичное значение	Двоичное значение
Адрес ячейки памяти с числом 10	15	0000000000001111
Номер используемого регистра	2	010
Содержимое индексного регистра $R_2$	3	00000011
Значение счётчика команд $PC$	4	0000000000000100

В примере принята следующая организация:

• регистры общего назначения и аккумулятор — 8-разрядные;
• адрес памяти — 16-разрядный;
• один байт данных — 8 бит;
• 16-разрядный адрес в регистровых операциях хранится в паре 8-разрядных регистров: старший байт и младший байт;
• счётчик команд $PC$ — отдельный 16-разрядный специальный регистр; он не входит в набор 8-разрядных регистров общего назначения 000–111.

Во всех таблицах восемь регистров общего назначения пронумерованы трёхразрядными двоичными кодами от 000 до 111. Ячейки памяти перечислены последовательно от 16-разрядного адреса 0000 0000 0000 0000 до необходимого адреса 0000 0000 0000 1111. Неиспользуемые регистры и ячейки содержат произвольные 8-разрядные комбинации нулей и единиц; на выполнение рассматриваемой команды они не влияют.

Обозначения цветовых маркеров в таблицах:

• 🟦 синий — регистр или ячейка-указатель, участвующие в формировании адреса;
• 🟩 зелёный — ячейка памяти, содержащая операнд;
• 🟨 жёлтый — вычисленный адрес, полученный операнд и результат операции.

Обозначения:

• $A_{\text{исп}}$ — исполнительный (эффективный) адрес операнда;
• $A_{\text{б}}$ — базовый адрес;
• $d$ — смещение;
• $M[A]$ — содержимое ячейки памяти с адресом $A$;
• $R_i$ — регистр процессора с номером $i$;
• $PC$ — счётчик команд;
• $ACC$ — аккумулятор;
• КОП — код операции.

Во всех случаях должна быть выполнена одна и та же операция:

$$ ACC \leftarrow ACC + X. $$

1. Непосредственная адресация

При непосредственной адресации значение операнда находится непосредственно в команде.

КОП	8-разрядный операнд
СЛЖ	00001010

Операнд:

$$ X = 0000,1010_2 = 10_{10}. $$

Обращение к памяти за операндом не требуется.

Регистры процессора		Ячейки оперативной памяти		Слагаемое		Аккумулятор
Номер регистра, 3 бита	Данные, 8 бит	Адрес, 16 бит	Данные, 8 бит	Исполнительный адрес	Значение, 8 бит	$ACC$
000	10000000	0000000000000000	00101000	—	🟨 00001010	🟨 0000 0110 + 0000 1010 = 0001 0000
001	11011111	0000000000000001	01100111	—	—	—
010	10110010	0000000000000010	10011010	—	—	—
011	01101001	0000000000000011	00110001	—	—	—
100	10110100	0000000000000100	11011100	—	—	—
101	10000011	0000000000000101	10001011	—	—	—
110	00000110	0000000000000110	01101110	—	—	—
111	10101101	0000000000000111	11110101	—	—	—
—	—	0000000000001000	11010000	—	—	—
—	—	0000000000001001	11101111	—	—	—
—	—	0000000000001010	10000010	—	—	—
—	—	0000000000001011	11111001	—	—	—
—	—	0000000000001100	00000100	—	—	—
—	—	0000000000001101	10010011	—	—	—
—	—	0000000000001110	11010110	—	—	—
—	—	0000000000001111	00111101	—	—	—

2. Прямая адресация

При прямой адресации в адресном поле команды непосредственно указан адрес операнда.

КОП	16-разрядный адрес
СЛЖ	0000000000001111

Исполнительный адрес:

$$ A_{\text{исп}} = 0000,0000,0000,1111_2 = 15_{10}. $$

В памяти должно находиться:

$$ M[15] = 0000,1010_2. $$

Регистры процессора		Ячейки оперативной памяти		Слагаемое		Аккумулятор
Номер регистра, 3 бита	Данные, 8 бит	Адрес, 16 бит	Данные, 8 бит	Исполнительный адрес	Значение, 8 бит	$ACC$
000	10100001	0000000000000000	01101001	—	—	—
001	10001100	0000000000000001	10110100	—	—	—
010	01111011	0000000000000010	10000011	—	—	—
011	10011110	0000000000000011	00000110	—	—	—
100	01100101	0000000000000100	10101101	—	—	—
101	10000000	0000000000000101	00101000	—	—	—
110	11011111	0000000000000110	01100111	—	—	—
111	10110010	0000000000000111	10011010	—	—	—
—	—	0000000000001000	00110001	—	—	—
—	—	0000000000001001	11011100	—	—	—
—	—	0000000000001010	10001011	—	—	—
—	—	0000000000001011	01101110	—	—	—
—	—	0000000000001100	11110101	—	—	—
—	—	0000000000001101	11010000	—	—	—
—	—	0000000000001110	11101111	—	—	—
—	—	🟩 0000000000001111	🟩 00001010	🟨 0000000000001111	🟨 00001010	🟨 0000 0110 + 0000 1010 = 0001 0000

3. Регистровая адресация

При регистровой адресации команда содержит номер регистра, в котором находится операнд.

КОП	Регистр
СЛЖ	010 ($R_2$)

Перед выполнением команды:

$$ R_2 = 0000,1010_2. $$

Операнд считывается непосредственно из $R_2$; обращение к памяти данных не требуется.

Регистры процессора		Ячейки оперативной памяти		Слагаемое		Аккумулятор
Номер регистра, 3 бита	Данные, 8 бит	Адрес, 16 бит	Данные, 8 бит	Исполнительный адрес	Значение, 8 бит	$ACC$
000	11000010	0000000000000000	10101010	—	—	—
001	00111001	0000000000000001	00000001	—	—	—
🟦 010	🟦 00001010	0000000000000010	01101100	—	🟨 00001010	🟨 0000 0110 + 0000 1010 = 0001 0000
011	11010011	0000000000000011	11011011	—	—	—
100	00010110	0000000000000100	01111110	—	—	—
101	01111101	0000000000000101	11000101	—	—	—
110	10111000	0000000000000110	01100000	—	—	—
111	10110111	0000000000000111	00111111	—	—	—
—	—	0000000000001000	10010010	—	—	—
—	—	0000000000001001	11001001	—	—	—
—	—	0000000000001010	10010100	—	—	—
—	—	0000000000001011	11100011	—	—	—
—	—	0000000000001100	11100110	—	—	—
—	—	0000000000001101	00001101	—	—	—
—	—	0000000000001110	00001000	—	—	—
—	—	0000000000001111	11000111	—	—	—

4. Косвенная регистровая адресация

При косвенной регистровой адресации команда задаёт пару 8-разрядных регистров, содержащую 16-разрядный адрес операнда. В примере $R_2$ хранит старший байт, а $R_3$ — младший.

КОП	Пара регистров
СЛЖ	010:011 ($R_2:R_3$)

Пусть:

$$ R_2 = 0000,0000_2, \qquad R_3 = 0000,1111_2. $$

Тогда:

$$ A_{\text{исп}} = R_2:R_3 = 0000,0000,0000,1111_2 = 15_{10}, $$

$$ X = M[A_{\text{исп}}] = M[15] = 0000,1010_2. $$

Регистры процессора		Ячейки оперативной памяти		Слагаемое		Аккумулятор
Номер регистра, 3 бита	Данные, 8 бит	Адрес, 16 бит	Данные, 8 бит	Исполнительный адрес	Значение, 8 бит	$ACC$
000	11100011	0000000000000000	11101011	—	—	—
001	11100110	0000000000000001	01001110	—	—	—
🟦 010	🟦 00000000 — старший байт адреса	0000000000000010	01010101	—	—	—
🟦 011	🟦 00001111 — младший байт адреса	0000000000000011	10110000	—	—	—
100	11000111	0000000000000100	01001111	—	—	—
101	01111010	0000000000000101	01100010	—	—	—
110	10010001	0000000000000110	01011001	—	—	—
111	10111100	0000000000000111	11100100	—	—	—
—	—	0000000000001000	11110011	—	—	—
—	—	0000000000001001	10110110	—	—	—
—	—	0000000000001010	10011101	—	—	—
—	—	0000000000001011	01011000	—	—	—
—	—	0000000000001100	11010111	—	—	—
—	—	0000000000001101	01001010	—	—	—
—	—	0000000000001110	00100001	—	—	—
—	—	🟩 0000000000001111	🟩 00001010	🟨 0000000000001111	🟨 00001010	🟨 0000 0110 + 0000 1010 = 0001 0000

5. Индексная адресация

При индексной адресации исполнительный адрес образуется сложением адресной части команды и содержимого индексного регистра:

$$ A_{\text{исп}} = A_{\text{б}} + R_i. $$

Для заданных значений $A_{\text{исп}}=15$ и $R_2=3$ найдём адресную часть команды:

$$ A_{\text{б}} = A_{\text{исп}} - R_2 = 15 - 3 = 12. $$

В двоичном виде:

$$ 0000,0000,0000,1100_2 + 0000,0000,0000,0011_2 = 0000,0000,0000,1111_2. $$

Команда содержит номер индексного регистра $R_2$ и 16-разрядный базовый адрес 0000 0000 0000 1100:

КОП	Индексный регистр	16-разрядный базовый адрес
СЛЖ	010 ($R_2$)	0000000000001100

Следовательно:

$$ A_{\text{исп}} = 12 + 3 = 15, $$

$$ X = M[15] = 0000,1010_2. $$

Регистры процессора		Ячейки оперативной памяти		Слагаемое		Аккумулятор
Номер регистра, 3 бита	Данные, 8 бит	Адрес, 16 бит	Данные, 8 бит	Исполнительный адрес	Значение, 8 бит	$ACC$
000	00100101	0000000000000000	01101101	—	—	—
001	01000000	0000000000000001	11101000	—	—	—
🟦 010	🟦 00000011 — индекс	0000000000000010	00100111	—	—	—
011	01110010	0000000000000011	01011010	—	—	—
100	00101001	0000000000000100	11110001	—	—	—
101	01110100	0000000000000101	10011100	—	—	—
110	01000011	0000000000000110	01001011	—	—	—
111	11000110	0000000000000111	00101110	—	—	—
—	—	0000000000001000	10110101	—	—	—
—	—	0000000000001001	10010000	—	—	—
—	—	0000000000001010	10101111	—	—	—
—	—	0000000000001011	01000010	—	—	—
—	—	0000000000001100	10111001	—	—	—
—	—	0000000000001101	11000100	—	—	—
—	—	0000000000001110	01010011	—	—	—
—	—	🟩 0000000000001111	🟩 00001010	🟨 0000000000001111	🟨 00001010	🟨 0000 0110 + 0000 1010 = 0001 0000

6. Относительная адресация

При относительной адресации адрес операнда вычисляется как сумма значения 16-разрядного счётчика команд $PC$ и знакового смещения, указанного в команде:

$$ A_{\text{исп}} = PC + d. $$

В реальном процессоре за основу обычно принимается значение $PC$, соответствующее адресу текущей или следующей команды. Конкретное правило определяется архитектурой процессора.

В учебном примере примем $PC=4$ и $A_{\text{исп}}=15$. Тогда:

$$ d = A_{\text{исп}} - PC = 15 - 4 = 11. $$

В двоичном виде (после расширения смещения до 16 разрядов):

$$ 0000,0000,0000,0100_2 + 0000,0000,0000,1011_2 = 0000,0000,0000,1111_2. $$

КОП	8-разрядное смещение
СЛЖ	00001011

Счётчик команд приводится отдельно от регистров общего назначения:

Специальный регистр	Данные, 16 бит
🟦 $PC$	🟦 0000000000000100

Следовательно:

$$ A_{\text{исп}} = 4 + 11 = 15, $$

$$ X = M[15] = 0000,1010_2. $$

В примере используется 8-разрядное знаковое смещение. Его диапазон — от $-128$ до $+127$, поэтому значение $+11$ представимо как 0000 1011.

Регистры процессора		Ячейки оперативной памяти		Слагаемое		Аккумулятор
Номер регистра, 3 бита	Данные, 8 бит	Адрес, 16 бит	Данные, 8 бит	Исполнительный адрес	Значение, 8 бит	$ACC$
000	01000110	0000000000000000	10101110	—	—	—
001	11101101	0000000000000001	00110101	—	—	—
010	01101000	0000000000000010	00010000	—	—	—
011	10100111	0000000000000011	00101111	—	—	—
100	11011010	0000000000000100	11000010	—	—	—
101	01110001	0000000000000101	00111001	—	—	—
110	00011100	0000000000000110	01000100	—	—	—
111	11001011	0000000000000111	11010011	—	—	—
—	—	0000000000001000	00010110	—	—	—
—	—	0000000000001001	01111101	—	—	—
—	—	0000000000001010	10111000	—	—	—
—	—	0000000000001011	10110111	—	—	—
—	—	0000000000001100	10101010	—	—	—
—	—	0000000000001101	00000001	—	—	—
—	—	0000000000001110	01101100	—	—	—
—	—	🟩 0000000000001111	🟩 00001010	🟨 0000000000001111	🟨 00001010	🟨 0000 0110 + 0000 1010 = 0001 0000

7. Косвенная адресация через память

При косвенной адресации адресное поле команды указывает на ячейку памяти, в которой хранится адрес операнда.

Данный вид адресации применяется очень редко и во многих процессорах отсутствует команды, реализующие данный способ адресации.

КОП	16-разрядный адрес указателя
СЛЖ	0000000000000010

Пусть старший байт адреса хранится в $M[2]$, а младший — в $M[3]$:

$$ M[2:3] = 0000,0000,0000,1111_2 = 15_{10}. $$

Тогда исполнительный адрес определяется в два этапа:

$$ A_{\text{исп}} = M[2:3] = 15, $$

$$ X = M[A_{\text{исп}}] = M[15] = 0000,1010_2. $$

Для получения операнда выполняются три чтения байтов из памяти: два чтения формируют 16-разрядный адрес, третье возвращает операнд.

Регистры процессора		Ячейки оперативной памяти		Слагаемое		Аккумулятор
Номер регистра, 3 бита	Данные, 8 бит	Адрес, 16 бит	Данные, 8 бит	Исполнительный адрес	Значение, 8 бит	$ACC$
000	00000100	0000000000000000	00101100	—	—	—
001	10010011	0000000000000001	10011011	—	—	—
010	11010110	🟦 0000000000000010	🟦 00000000 — старший байт адреса	—	—	—
011	00111101	🟦 0000000000000011	🟦 00001111 — младший байт адреса	—	—	—
100	01111000	0000000000000100	00100000	—	—	—
101	01110111	0000000000000101	11111111	—	—	—
110	01101010	0000000000000110	01010010	—	—	—
111	11000001	0000000000000111	10001001	—	—	—
—	—	0000000000001000	01010100	—	—	—
—	—	0000000000001001	10100011	—	—	—
—	—	0000000000001010	10100110	—	—	—
—	—	0000000000001011	11001101	—	—	—
—	—	0000000000001100	11001000	—	—	—
—	—	0000000000001101	10000111	—	—	—
—	—	0000000000001110	00111010	—	—	—
—	—	🟩 0000000000001111	🟩 00001010 — операнд	🟨 0000000000001111	🟨 00001010	🟨 0000 0110 + 0000 1010 = 0001 0000

Выполнение сложения

Независимо от способа получения второго операнда арифметическая операция одинакова:

$$ \begin{aligned} 0000,0110_2 + 0000,1010_2 &= 0001,0000_2,\ 6_{10} + 10_{10} &= 16_{10}. \end{aligned} $$

Результат полностью помещается в 8-разрядный аккумулятор:

$$ ACC = 0001,0000_2, \qquad C = 0. $$

Сводная таблица

Способ адресации	Что находится в команде	Где находится операнд 1010	Число обращений к памяти данных*
Непосредственная	Сам операнд 00001010	В команде	0
Прямая	Адрес 0000000000001111	$M[15]$	1
Регистровая	Номер регистра $R_2$	$R_2$	0
Косвенная регистровая	Пара $R_2:R_3$	$M[R_2:R_3]$, где $R_2:R_3=15$	1
Косвенная через память	Адрес указателя 0000000000000010	$M[M[2:3]]$, где $M[2:3]=15$	3
Индексная	$R_2$ и базовый адрес 0000000000001100	$M[12+R_2]$, где $R_2=3$	1
Относительная	Смещение 00001011	$M[PC+11]$, где $PC=4$	1

* Учитываются только обращения, необходимые для получения операнда; выборка самой команды не учитывается.

---

← дополнительно

Оригинал материала на GitHub