MODOS DE DIRECCIONAMIENTO
- Direccionamiento directo por registro
Se mencionó anteriormente que el campo de dirección de una instrucción puede especificar una palabra de memoria o un registro M procesador. Cuando se da este último caso se dice que el operando está especificado con direccionamiento directo por registro, en tal caso, el operando reside en uno de los registros del procesador que es seleccionado por un campo de registro de k bits en la instrucción. Un campo de k bits puede especificar uno de 2k registros. Este modo es típico de los ordenadores con organización de registros de uso general.
Las ventajas de este modo son:
- El acceso a los registros es muy rápido, por tanto el direccionamiento por registro debe usarse en las variables que se usen con más frecuencia para evitar accesos a memoria que son más lentos, un ejemplo muy típico del uso de este direccionamiento son los índices de los bucles.
- El número de bits necesarios para especificar un registro es mucho más pequeño que el necesario para especificar una dirección de memoria, esto es debido a que el número de registros del procesador es muy pequeño comparado con el número de direcciones de memoria. Sin embargo, hay que tener en cuenta que en los ordenadores modernos el número de registros ha aumentado considerablemente.
- Direccionamiento directo (o absoluto)
Este es el modo de direccionamiento más sencillo. El campo de dirección no necesita transformación alguna para dar la dirección efectiva, es decir la función que transforma el campo de operando en la dirección efectiva es la identidad. Esto significa que el campo de operando es ya la dirección efectiva.
Este direccionamiento sólo se usa en ordenadores pequeños en que el programa siempre se sitúa en la misma zona de memoria ya que dificulta la relocalización de los programas, es decir que el código de los programas no dependa de su situación en memoria. Ordinariamente este modo sólo se usa para acceder a direcciones del sistema que normalmente se refieren a operaciones de entrada y salida ya que estas direcciones no dependen del programa.
- Direccionamiento implícito
En este modo, llamado también inherente, el operando se especifica en la misma definición de la instrucción. El modo implícito se usa para hacer referencia a operandos de dos tipos:
- Registros: En el caso de que el código de operación se refiera en particular a un registro.
- Operandos en la pila: En el caso de que la operación se realice siempre sobre el dato situado en la cima de pila.
El primer caso es típico de las organizaciones de un solo acumulador. Generalmente en un ordenador de este tipo todas las instrucciones que actúan sobre el acumulador utilizan direccionamiento implícito.
En el segundo caso están la mayoría de las instrucciones de los ordenadores con organización de pila. Estas operaciones llevan implícitos los operandos que son los elementos de la cima de pila. Esto se debe a que en este tipo de máquinas la mayoría de las operaciones no tienen campos de dirección. También están en este caso las instrucciones PUSH y POP de la mayoría de los ordenadores cuyo operando implícito también es, como en el caso anterior, la cima de pila.
- Direccionamiento inmediato (o literal)
En este modo es el operando el que figura en la instrucción no su dirección. En otras palabras el campo de operando contiene él mismo, sin transformación alguna, la información sobre la que hay que operar. Este modo es útil para inicializar registros o palabras de memoria con un valor constante.
- Direccionamiento indirecto
En este modo el campo de operando de la instrucción indica la localización de la dirección efectiva del operando. El modo de direccionamiento indirecto puede adquirir diferentes formas según cuál sea el lugar donde se encuentre la dirección del operando. En general, todos los modos de direccionamiento tienen su versión indirecta que añade un eslabón más a la cadena del direccionamiento. Por ejemplo existe el direccionamiento indirecto por registro, en el que el registro especificado contiene la dirección del operando, no el operando mismo.
Este direccionamiento es útil cuando se trabaja con punteros ya que los punteros son variables que contienen las direcciones de los operandos, no los operandos mismos.
- Direccionamiento relativo
Hay algunos modos de direccionamiento en que se hace uso de una propiedad muy generalizada de los programas denominada localidad de referencia, esta propiedad consiste en que las direcciones referenciadas por los programas no suelen alejarse mucho unas de otras y, por tanto, suelen estar concentradas en una parte de la memoria. Estas consideraciones nos llevan a la conclusión de que no es necesario utilizar todos los bits de la dirección de memoria en el campo de operando, basta utilizar los bits precisos para cubrir la parte de memoria donde estén incluidas las direcciones a las que el programa hace referencia. Esto puede hacerse tomando corno referencia un punto de la memoria y tomando como campo de operando la diferencia entre ese punto y la dirección efectiva del operando. La dirección que se toma como punto de referencia puede residir en un registro de la CPU y, por tanto, sumando el contenido de ese registro con el campo de operando obtendremos la dirección efectiva. Hay varios direccionamientos basados en esta técnica que reciben diferentes nombres dependiendo de cuál sea el registro en el que radica la dirección tomada como referencia. Todos ellos podrían catalogarse como direccionamientos relativos a un registro.
El direccionamiento denominado habitualmente relativo toma como valor de referencia el registro contador de programa. Cuando se usa este modo de direccionamiento, el campo de operando consiste en un número (normalmente con signo) que expresa la diferencia entre la dirección del dato y la dirección siguiente a la instrucción en curso (contenida en el contador de programa). Si el campo de operando, llamado en este caso desplazamiento u offset, es positivo el operando residirá en una dirección posterior a la de la instrucción y si es negativo, en una dirección anterior.
Este modo de direccionamiento es usado muy frecuentemente en programas cuyo código deba ser independiente de la posición de memoria donde estén situados (programas relocalizables) ya que el desplazamiento es independiente de la localización del programa. También se usa con mucha frecuencia en instrucciones de bifurcación.
- Direccionamiento por base y desplazamiento
Este modo de direccionamiento se fundamenta en la propiedad de localidad de referencia mencionada anteriormente. La dirección que se toma como referencia de la zona de memoria en la que están localizados los datos se deposita en un registro denominado registro base y el campo de operando indica la diferencia entre el registro base y la dirección M operando. Normalmente se toma como referencia (registro base) la dirección de comienzo de la zona de memoria ocupada por un programa. Por tanto, la dirección efectiva del operando se calculará sumando el contenido del registro base con el campo de operando.
Este modo de direccionamiento se usa en ordenadores que pueden mantener en memoria varios programas ya que, de esta forma, los diferentes registros base pueden contener las direcciones de comienzo de cada uno de los programas. Esto es muy útil porque facilita la relocalización de los programas para situar el programa en una zona de memoria diferente bastará con cambiar el contenido de su registro base, no será necesario cambiar ninguno de los campos de operando.
- Direccionamiento indexado
En este modo de direccionamiento, la dirección del operando también se calcula sumando un registro de la CPU al campo de operando, este registro es un registro específico para este uso llamado registro índice. En los ordenadores con organización de registros generales, el registro índice puede ser cualquiera de los registros de la CPU. En los ordenadores en que el contador de programa es considerado como un registro de uso general (PDP 11 y VAX) el modo relativo es un caso particular del direccionamiento indexado. A la cantidad que hay que sumar al registro índice para conseguir la dirección del operando también se le llama desplazamiento u offset.
Este modo de direccionamiento es especialmente útil para el direccionamiento de vectores y matrices en bucles ya que, si se quieren direccionar elementos consecutivos del vector o matriz, basta mantener en el desplazamiento la dirección del primer elemento e ir incrementando el registro índice. También sirve para acceder de forma relativa a elementos de vectores cercanos a uno dado, para ello, se carga la dirección del elemento de referencia en el registro índice y después se accede mediante direccionamiento indexado, con el desplazamiento adecuado, al anterior, al siguiente, etc., esto mismo también es aplicable a pilas, en que, en ocasiones, hay que acceder a datos cercanos, por encima o por debajo, al dato señalado por algún apuntador.
Una consecuencia de todo esto es una modalidad de direccionamiento indexado de que disponen algunos ordenadores, denominada autoindexación, que hace que el registro índice sea incrementado o decrementado en el tamaño del operando antes o después de acceder al mismo. Los ordenadores que poseen autoindexación incorporan los modos de direccionamiento descritos en los dos apartados siguientes.
En algunos ordenadores existen variantes del direccionamiento indexado en que se obtiene la dirección del operando sumando el contenido de varios registros con el desplazamiento, esto puede servir para especificar el comienzo de un vector mediante un desplazamiento respecto a un registro y el elemento del vector mediante un registro índice.