3. Ресурсы микропроцессора    
 СОДЕРЖАНИЕ
 Введение
 1. Развитие архитектуры
 2. Структура МП
 3. Ресурсы МП
 4. Управление памятью
 5. Защита
 6. Многозадачность
 7. Прерывания и исключения
 8. Инициализация МП
 9. Эмуляция 8086
 Глоссарий
 ПРАКТИКА
 1. Семантический разрыв
 2. CPUID
 3. Защищенный режим
 Вопросы и задания

Радиоэлектроника

iq.karelia.ru

3.4 Режимы адресации

Формат команды микропроцессора

Инструкция микропроцессора может содержать следующие поля:

префиксКОПMod R/MSIBсмещениенепосредственный
операнд
0/1 байт1/2 байта0/1 байт0/1 байт0/1/2/4 байта0/1/2/4 байта

Префикс - необязательная часть инструкции, позволяет изменить некоторые особенности ее выполнения. В команде может быть использовано сразу несколько префиксов разного типа. Типы префиксов:

КОП - код операции.

Байт "Mod R/M" определяет режим адресации, а также иногда дополнительный код операции. Необходимость байта "Mod R/M" зависит от типа инструкции.

Байт SIB (Scale-Index-Base) определяет способ адресации при обращении к памяти в 32-битном режиме. Необходимость байта SIB зависит от режима адресации, задаваемого полем "Mod R/M".

Кроме того, инструкция может содержать непосредственный операнд и/или смещение операнда в сегменте данных.

На размер инструкции накладывается ограничение в 15 байт. Инструкция большего размера может получиться при некорректном использовании большого количества префиксов. Микропроцессоры IA-32 в таком случае генерируют исключение #13.

Режимы адресации операндов

Если инструкция микропроцессора требует операнды, то они могут задаваться следующими способами:

Для совместимости с 16-битными процессорами архитектура IA-32 использует одинаковые коды для инструкций, оперирующих как с 16-битными, так и 32-битными операндами. Новая архитектура предусматривает также новые возможности при указании адреса для операнда в памяти. Как процессор будет считать операнд или его адрес, зависит от эффективного размера операнда и эффективного размера адреса для данной команды. Эти значения определяются на основе режима работы, бита D дескриптора используемого сегмента и наличия в инструкции определенных префиксов.

RM, V86, SMM
бит D сегмента (PM)00001111
OpSizeнетнетестьестьнетнетестьесть
AddrSizeнетестьнетестьнетестьнетесть
Эфф. размер оп.1616323232321616
Эфф. размер адр.1632163232163216
RM - реальный режим, SMM - режим системного управления, PM - защищенный режим, V86 - виртуальный режим
OpSize - префикс смены размера операнда (код 66h), AddrSize - префикс смены размера адреса (код 67h)

Непосредственный режим адресации подразумевает включение операнда-источника в код инструкции. Операнд может быть 8-битным или 16-битным, если значение эффективного размера операнда - 16. Операнд может быть 8-битным или 32-битным, если значение эффективного размера операнда - 32. Обычно непосредственные операнды используются в арифметических инструкциях.

Регистровый режим адресации определят операнд-источник или операнд-приемник в одном из следующих регистров:

В некоторых случаях (например, в инструкциях DIV и MUL) могут использоваться пары 32-битных (или 16-битных) регистров (например, EDX:EAX), образуя 64-битный (32-битный) операнд.

Адресация через порт ввода-вывода подразумевает получение операнда или сохранение операнда через пространство портов ввода-вывода. Адрес порта ввода-вывода либо непосредственно включается в код инструкции, либо берется из регистра DX.

Очень распространенный способ адресации операнда - адресация через память. Таким образом может быть указан операнд-источник или операнд-приемник. Следует отметить, что процессор не позволяет одновременно задавать оба операнда через память (за исключением некоторых цепочечных команд).

Для получения операнда из памяти процессору необходимо знать селектор сегмента и смещение в сегменте. В некоторых командах селектор может быть указан непосредственно в коде инструкции. В других случаях процессор может явно или неявно использовать значение одного из сегментных регистров. Под неявным использованием сегментных регистров подразумевается то, что в зависимости от предназначения операнда процессор использует определенный сегментный регистр для обращения к памяти: CS - для выборки инструкций; SS - для работы со стеком или обращения к памяти через регистры ESP или EBP; ES - для получения адреса операнда-приемника в цепочечных командах; DS - при всех остальных обращениях к памяти. Явное использование сегментных регистров возможно, если в код инструкции включается префикс смены сегмента. Указание префикса смены сегмента допустимо не для всех команд: нельзя менять сегмент для команд работы со стеком (всегда используется SS), для цепочечных команд можно менять сегмент только операнда-источника (операнд-приемник всегда адресуется через ES).

Смещение в сегменте (эффективный или исполнительный адрес - EA) может быть вычислено на основе значений регистров общего назначения и/или указанного в коде инструкции относительного смещения, при этом любой или даже несколько из указанных компонентов могут отсутствовать:

EA = BASE + (INDEX*SCALE) + DISPLACEMENT

Такая схема позволяет в языках высокого уровня и на языке ассемблера легко реализовать работу с массивами. В зависимости от значения размера адреса для команды на способы задания этих компонентов накладываются определенные ограничения:

Эфф. размер адреса3216
Base
(база массива)
EAX, EBX, ECX, EDX, ESP, EBP, ESI, EDI BX, BP
Index
(индекс в массиве)
EAX, EBX, ECX, EDX, EBP, ESI, EDI SI, DI
Scale
(масштабный коэффициент)
1, 2, 4 или 8 (включается в код инструкции) не используется (всегда 1)
Displacement
(относительное смещение)
8- или 32-битное число
непосредственно в коде инструкции
8- или 16-битное число
непосредственно в коде инструкции

Таким образом, различные способы вычисления эффективного адреса формируют еще несколько режимов адресации: