Mode Pengalamatan

Mode pengalamatan adalah aturan yang menentukan bagaimana sebuah instruksi menetapkan lokasi operandnya — dalam register, tertanam sebagai nilai langsung, atau dalam memori pada alamat yang dihitung dari register dan offset.

Definition

Mode pengalamatan adalah metode yang ditentukan oleh instruksi untuk menentukan lokasi operand, mulai dari nilai yang disimpan langsung dalam register atau instruksi itu sendiri hingga alamat yang dihitung dari register basis, register indeks, dan perpindahan.

Scope

Topik ini mencakup cara operand dinamai dan ditemukan: langsung, register, tidak langsung register, basis-plus-perpindahan, terindeks, relatif-PC, dan mode komputasi yang lebih kompleks. Ini membahas bagaimana mode pengalamatan memengaruhi ukuran kode, jumlah instruksi, dan kompleksitas perangkat keras. Ini tidak termasuk bagaimana instruksi dikodekan dalam bit (format dan pengodean instruksi) dan terjemahan virtual-ke-fisik sistem (memori virtual dan penomoran halaman).

Core questions

• Bagaimana setiap mode pengalamatan menghitung alamat efektif atau nilai operand?
• Mode pengalamatan mana yang paling sering digunakan dalam program nyata, dan mengapa?
• Bagaimana mode pengalamatan yang lebih kaya mengurangi jumlah instruksi dengan mengorbankan kompleksitas perangkat keras dan dekode?
• Mengapa arsitektur muat-simpan membatasi akses memori pada beberapa mode sederhana?

Key concepts

• pengalamatan langsung
• pengalamatan register
• pengalamatan tidak langsung register
• basis-plus-perpindahan
• pengalamatan terindeks
• pengalamatan relatif-PC
• perhitungan alamat efektif
• pembatasan muat-simpan

Mechanisms

Setiap mode pengalamatan mendefinisikan bagaimana prosesor memperoleh operand. Operand langsung dikodekan dalam instruksi; operand register dibaca dari berkas register; operand memori memiliki alamat efektif yang dihitung dengan menambahkan register basis, indeks berskala opsional, dan perpindahan. Pengalamatan relatif-PC membentuk alamat relatif terhadap penghitung program, yang mendukung kode independen posisi dan target cabang.

Clinical relevance

Mode pengalamatan membentuk cara kompiler menghasilkan kode: basis-plus-perpindahan secara alami memetakan ke bidang struktur dan variabel tumpukan, mode terindeks ke akses larik, dan pengalamatan relatif-PC ke eksekusi independen posisi dan pustaka bersama. Desain muat-simpan RISC sengaja menjaga pengalamatan memori tetap sederhana untuk memudahkan pipelining, sementara mesin CISC menawarkan mode yang lebih kaya untuk kepadatan kode.

History

Arsitektur awal dan CISC mengumpulkan banyak mode pengalamatan yang rumit, termasuk bentuk tidak langsung memori dan auto-increment. Studi empiris penggunaan instruksi menunjukkan bahwa sejumlah kecil mode sederhana menyumbang sebagian besar akses, memotivasi keputusan RISC untuk hanya mendukung beberapa mode dan membatasi akses memori pada instruksi muat dan simpan.

Key figures

• John L. Hennessy
• David A. Patterson

Seminal works

• hennessy2019
• patterson2020

Frequently asked questions

Mengapa arsitektur RISC mendukung begitu sedikit mode pengalamatan?

Studi menemukan bahwa program sebagian besar menggunakan beberapa mode sederhana. Membatasi akses memori pada register-tidak langsung dan basis-plus-perpindahan menjaga pipeline tetap sederhana dan perhitungan alamat-efektif cepat, sementara kompiler mensintesis pola akses yang lebih kaya dari primitif ini.

Untuk apa pengalamatan relatif-PC digunakan?

Pengalamatan relatif-PC menghitung alamat sebagai offset dari penghitung program. Ini digunakan untuk target cabang dan lompatan serta untuk mengakses data terdekat, memungkinkan kode independen posisi yang berjalan dengan benar terlepas dari di mana ia dimuat dalam memori.