أنماط العنونة
أنماط العنونة هي القواعد التي تحدد بها التعليمة مكان معاملات التشغيل الخاصة بها — سواء كانت في مسجل، أو مضمنة كقيمة فورية، أو في الذاكرة عند عنوان يتم حسابه من المسجلات والإزاحات.
Definition
نمط العنونة هو طريقة تحددها تعليمة لتحديد موقع معامل التشغيل، وتتراوح من القيم المحفوظة مباشرة في المسجلات أو التعليمة نفسها إلى العناوين المحسوبة من مسجلات الأساس، ومسجلات الفهرس، والإزاحات.
Scope
يغطي هذا الموضوع الطرق التي يتم بها تسمية المعاملات وتحديد مواقعها: الفورية، المسجلة، غير المباشرة عبر المسجل، الأساس-زائد-الإزاحة، المفهرسة، النسبية لعداد البرنامج (PC-relative)، وأنماط حسابية أكثر تعقيدًا. ويتناول كيف تؤثر أنماط العنونة على حجم الكود، وعدد التعليمات، وتعقيد الأجهزة. ويستبعد كيفية ترميز التعليمات بالبتات (تنسيقات التعليمات وترميزها) والترجمة الافتراضية إلى الفيزيائية للنظام (الذاكرة الافتراضية والترحيل).
Core questions
- كيف يحسب كل نمط عنونة العنوان الفعال أو قيمة معامل التشغيل؟
- ما هي أنماط العنونة الأكثر استخدامًا في البرامج الحقيقية، ولماذا؟
- كيف تقلل أنماط العنونة الأكثر ثراءً من عدد التعليمات على حساب تعقيد الأجهزة وفك التشفير؟
- لماذا تقيد بنى التحميل-التخزين الوصول إلى الذاكرة بعدد قليل من الأنماط البسيطة؟
Key concepts
- العنونة الفورية
- عنونة المسجلات
- العنونة غير المباشرة عبر المسجلات
- الأساس-زائد-الإزاحة
- العنونة المفهرسة
- العنونة النسبية لعداد البرنامج
- حساب العنوان الفعال
- قيود التحميل-التخزين
Mechanisms
يحدد كل نمط عنونة كيف يستمد المعالج معامل التشغيل. يتم ترميز المعاملات الفورية في التعليمة؛ وتُقرأ معاملات المسجلات من ملف المسجلات؛ أما معاملات الذاكرة فلها عنوان فعال يتم حسابه بإضافة مسجل أساس، وفهرس مقياس اختياري، وإزاحة. تشكل العنونة النسبية لعداد البرنامج (PC-relative) عناوين نسبية لعداد البرنامج، مما يدعم الكود المستقل عن الموضع وأهداف الفروع.
Clinical relevance
تشكل أنماط العنونة كيفية قيام المترجمات بإنشاء الكود: يتوافق نمط الأساس-زائد-الإزاحة بشكل طبيعي مع حقول البنية ومتغيرات المكدس، وتتوافق الأنماط المفهرسة مع الوصول إلى المصفوفات، وتتوافق العنونة النسبية لعداد البرنامج مع الملفات التنفيذية المستقلة عن الموضع والمكتبات المشتركة. تُبقي تصميمات التحميل-التخزين في معالجات RISC عنونة الذاكرة بسيطة عمدًا لتسهيل عملية التجزئة (pipelining)، بينما توفر آلات CISC أنماطًا أغنى لكثافة الكود.
History
تراكمت في البنى المبكرة وبنى CISC العديد من أنماط العنونة المعقدة، بما في ذلك الأشكال غير المباشرة عبر الذاكرة والزيادة التلقائية. أظهرت الدراسات التجريبية لاستخدام التعليمات أن مجموعة صغيرة من الأنماط البسيطة تمثل معظم عمليات الوصول، مما حفز قرار RISC بدعم عدد قليل فقط من الأنماط وحصر الوصول إلى الذاكرة في تعليمات التحميل والتخزين.
Key figures
- John L. Hennessy
- David A. Patterson
Related topics
Seminal works
- hennessy2019
- patterson2020
Frequently asked questions
- لماذا تدعم بنى RISC عددًا قليلاً جدًا من أنماط العنونة؟
- وجدت الدراسات أن البرامج تستخدم بشكل كبير عددًا قليلاً من الأنماط البسيطة. إن تقييد الوصول إلى الذاكرة على العنونة غير المباشرة عبر المسجلات والأساس-زائد-الإزاحة يحافظ على بساطة خط الأنابيب وسرعة حساب العنوان الفعال، بينما تقوم المترجمات بتركيب أي أنماط وصول أغنى من هذه البدائيات.
- ما هو استخدام العنونة النسبية لعداد البرنامج (PC-relative)؟
- تحسب العنونة النسبية لعداد البرنامج عنوانًا كإزاحة من عداد البرنامج. تُستخدم لأهداف الفروع والقفزات وللوصول إلى البيانات القريبة، مما يتيح كودًا مستقلًا عن الموضع يعمل بشكل صحيح بغض النظر عن مكان تحميله في الذاكرة.