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Assembler - Adressierungsarten

Dr.-Ing. Volkmar Sieh

Department Informatik 3: RechnerarchitekturFriedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg

SS 2008

Assembler - Adressierungsarten– 1/31– 2008-04-01

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Adressierungsarten – EinführungBeispiel (C, C++, Java):i n t a , ∗b , c [ 1 0 ] ;s t ruc t { char y ; i n t x ; i n t ∗p } d , ∗e , f [ 5 ] ;

. . . = 13 ;

. . . = a ;

. . . = ∗b ;

. . . = c [ i ] ;

. . . = d . x ;

. . . = e−>x ;

. . . = f [ i ] . x ;

a = . . . ;∗b = . . . ;c [ i ] = . . . ;d . x = . . . ;e−>x = . . . ;f [ i ] . x = . . . ;

... und Kombinationen davon:c [ f [ e−>x ] . y ] = . . . ;∗ f [∗ b ] . p = . . . ;


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Adressierungsarten – effektive Adresse

Bei vielen Adressierungsarten wird eine sogenannte „effektiveAdresse” dynamisch zur Laufzeit berechnet.

Gründe (Beispiele):

Basisadresse einer Datenstruktur fest, Index variabel (z.B.beim Array-Zugriff)Basisadresse einer Datenstruktur variabel, Displacementbekannt (z.B. beim Zugriff über Pointer auf Records)


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Beispiel: Zugriff auf Array-Elemente:

short i n t i ; // Adre s s e 8short i n t f [ 5 ] ; // Adre s s e 14

f [ i ] = 300 ;

Adresse von i bekannt (8)Adresse von f bekannt (14)Größe der Elemente von f bekannt (2)

Adresse(f [i ]) = Adresse(f ) + i ∗ 2


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Beispiel: Zugriff auf Record-Elemente über Pointer:

s t ruc t r e c {short i n t x ; long i n t i ;short i n t y ; short i n t z ;

} ;s t ruc t r e c ∗p ; // Adre s s e 8s t ruc t r e c s ; // Adre s s e 14

p−>y = 9 ;

Adresse von p bekannt (8)Displacement von s.y bezüglich sbekannt (6)

Adresse(p− > y) = p + 6


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Adressierungsarten

Bei der Ausführung von Befehlen mit Parametern (z.B. Additionzweier Werte) sind folgende Punkte sind zu unterscheiden:

wo stehen die eigentlichen Parameter (im Befehl, im Registeroder im Speicher)wo stehen die Informationen, wie man an die Parameterkommt (i.a. sind diese Informationen Teil des Befehls)wie berechnet sich die effektive Adresse (wenn die Parameterim Speicher stehen)


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Adressierungsarten – Überblick

RegisterImmediate OperandDirect (Absolute) AddressRegister IndirectRegister Indirect with IndexRegister Indirect with Displacement / PC-relativeRegister Indirect with Index and DisplacementMemory IndirectRegister Indirect with Pre-/Post-DecrementRegister Indirect with Pre-/Post-Increment...


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Adressierungsarten – Register

Register-Name bzw. -Nummer ist Bestandteil des BefehlsOperand liegt im Register

Syntax-Beispiele (i80x86):movl %eax , . . .movb . . . , %a l

Verwendung: Schreiben bzw. Lesen von in Registern gespeichertenVariablenr e g i s t e r short i n t r ; /∗ r l i e g t im R e g i s t e r %ax ∗/r e g i s t e r short i n t s ; /∗ s l i e g t im R e g i s t e r %bx ∗/r = s ;

ergibt compiliert:movw %bx , %ax


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Adressierungsarten – Immediate Operand

Operand ist Bestandteil des Befehls

Syntax-Beispiele (i80x86):

movl $14 , . . .movl $0x14 , . . .movb $ ’ a ’ , . . .

Verwendung: Zuweisung von Konstanten an Variablen

r e g i s t e r long i n t x ; /∗ x l i e g t im R e g i s t e r %edx ∗/x = 14 ;

ergibt compiliert:

movl $14 , %edx


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Adressierungsarten – Immediate Operand

Anmerkung:

Viele Prozessoren (besonders RISC-CPUs) verwenden zurKodierung der Befehle jeweils gleichlange Byte-Folgen (z.B.m88100: jeder Befehl ist genau 4 Bytes lang).

Aber: unmöglich, z.B. einen movl 0x12345678, %eax-Befehl(allein Konstante ist 4 Byte lang) in 4 Bytes zu kodieren.

Abhilfe: Aufteilen des Befehls in zwei Teil-Befehle:statt einem Befehl zwei Befehle

movl $0x12345678 , %eax s e t h i $0x1234 , %eaxs e t l o $0x5678 , %eax


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Adressierungsarten – Direct (Absolute) Address

effektive Adresse ist Bestandteil des BefehlsOperand liegt im Speicher

Syntax-Beispiele (i80x86):movl 1236 , . . .movb . . . , 4345

Hinweis: Statt der Adressen werden häufig lieber symbolischeWerte geschrieben. Z.B.:movl varx , . . .movb . . . , f l a g

Die symbolischen Werte müssen jedoch auf irgendeine Weisedefiniert werden (z.B. durch define- oder equ-Anweisungen).Definition im Folgenden aus Platzgründen häufig weggelassen.


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Adressierungsarten – Direct (Absolute) AddressVerwendung: Schreiben bzw. Lesen von im Speicher abgelegtenVariablenchar c ; /∗ c hat Adre s s e 1245 ∗/char d ; /∗ d hat Adre s s e 1246 ∗/c = ’A ’ ; d = c ;

ergibt compiliert:movb $65 , 1245movb 1245 , 1246

oder (lesbarer)#d e f i n e c 1245#d e f i n e d 1246

movb $ ’A ’ , cmovb c , d


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Adressierungsarten – Register Indirect

Register-Name/-Nummer ist Bestandteil des BefehlsRegister enthält effektive AdresseOperand liegt im Speicher


movl (%ebx ) , . . .movb . . . , (%ebp )


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Adressierungsarten – Register Indirect

Verwendung: z.B. Schreiben bzw. Lesen von Variablen überPointer, die in Registern liegen.

r e g i s t e r short i n t ∗p ; /∗ p l i e g t im R e g i s t e r %edx ∗/short i n t x ; /∗ x hat d i e Adre s s e 1456 ∗/

p = &x ;∗p = 14 ;x = ∗p ;

ergibt compiliert:

movl $1456 , %edxmovw $14 , (%edx )movw (%edx ) , 1456


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Adressierungsarten – Register Indirect with Index

Register-Namen/-Nummern sowie Scale-Faktor sindBestandteile des BefehlsRegister A enthält Anfangsadresse des Objektes(„Startadresse”, „Basisadresse”)Register B enthält Indexeffektive Adresse berechnet sich alsAdresse = Basisadresse + Index ∗ ScaleFaktorOperand liegt im Speicher


movl (%ebx , %ecx , 4 ) , . . .movb . . . , (%ebp , %edi , 8)


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Adressierungsarten – Register Indirect with Index

Verwendung: Schreiben bzw. Lesen von Array-Elementen

short i n t f [ 1 0 0 ] ; /∗ f hat d i e Adre s s e 1246 ∗/r e g i s t e r short i n t ∗p ; /∗ p l i e g t im R e g i s t e r %ebx ∗/r e g i s t e r short i n t i ; /∗ i l i e g t im R e g i s t e r %ecx ∗/

p = &f [ 0 ] ;p [ i ] = 50 ;f [ 1 ] = p [ i ] ;

ergibt compiliert:

movl $1246 , %ebxmovw $50 , (%ebx , %ecx , 2)movw (%ebx , %ecx , 2 ) , 1248


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Adressierungsarten – Register Indirect with Displacement

Register-Name/-Nummer sowie Displacement sindBestandteile des BefehlsRegister enthält Basisadresseeffektive Adresse berechnet sich alsAdresse = Basisadresse + DisplacementOperand liegt im Speicher


movl 4(%ebp ) , . . .movb . . . , 17(% e s i )


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Bemerkungen:

wird für das Register der Instruction-Pointer/Program-Counterverwendet, spricht man auch von „PC-relativer”-Adressierungstatt der Bezeichnung Displacement wird auch häufig dieBezeichnung „Offset” verwendet


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Verwendung: Schreiben bzw. Lesen von Record-Elementen überPointer

s t ruc t r e c { long i n t x ; char c ; short i n t s ; } ;s t ruc t r e c r ; /∗ r hat d i e Adre s s e 3456 ∗/r e g i s t e r s t ruc t r e c ∗p ; /∗ p l i e g t im R e g i s t e r %eax ∗/

p = &r ;p−>c = ’A ’ ;r . s = p−>s ;

ergibt compiliert:

movl $3456 , %eaxmovb $ ’A ’ , 4(%eax )movw 6(%eax ) , 3462 /∗ =3456+6 ; mit Al ignment ∗/


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Adressierungsarten – Register Indirect with Index andDisplacement

Register-Name/-Nummer, Scale-Faktor sowie Displacementsind Bestandteile des BefehlsRegister A enthält BasisadresseRegister B enthält Indexeffektive Adresse berechnet sich alsAdresse = Basisadresse + Index ∗ ScaleFaktor + DisplacementOperand liegt im Speicher


movw 4(%ebp , %eax , 8 ) , . . .movl . . . , 16(%edx , %ebx , 4)


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Adressierungsarten – Register Indirect with Index andDisplacement

Verwendung: Schreiben bzw. Lesen von Record-Elementen einesArrayss t ruc t r e c { long i n t x ; char c ; short i n t s ; } ;s t ruc t r e c f [ 1 0 0 ] ; /∗ f hat d i e Adre s s e 452 ∗/r e g i s t e r s t ruc t r e c ∗p ; /∗ p l i e g t im R e g i s t e r %ecx ∗/r e g i s t e r long i n t i ; /∗ i l i e g t im R e g i s t e r %eax ∗/

p = &f [ 0 ] ;p [ i ] . c = ’A ’ ;f [ 2 ] . s = p [ i ] . s ;

ergibt compiliert:movl $452 , %ecxmovb $ ’A ’ , 4(%ecx , %eax , 8)movw 6(%ecx , %eax , 8 ) , 474 /∗ =452+2∗8+6 ; mit Al ignment ∗/


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Adressierungsarten – Memory Indirect

Speicheradresse ist Bestandteil des Befehlseffektive Adresse ist der Inhalt der angegebenen SpeicherzelleOperand liegt im Speicher

Syntax-Beispiele:

movl ( 24 ) , . . .movb . . . , (465)


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Adressierungsarten – Memory Indirect

Verwendung: Schreiben bzw. Lesen von Variablen über Pointer, dieim Speicher liegen

short i n t x ; /∗ x hat d i e Adre s s e 340 ∗/short i n t ∗p ; /∗ p hat d i e Adre s s e 342 ∗/

p = &x ;∗p = 45 ;x = ∗p ;

ergibt compiliert:

movl $340 , 342movw 45 , (342)movw (342) , 340


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Adressierungsarten – Register Indirect withPre-/Post-Increment/Decrement

Register-Name/Nummer sowie die Größe des Operanden sindBestandteile des BefehlsRegister enthält effektive AdresseOperand liegt im Speichervor/nach dem Zugriff auf den Operanden wird Registerinhaltinkrementiert/dekrementiert (um die Größe des Operanden)


movw −(%esp ) , . . .movb +(%eax ) , . . .movl . . . , (%ebp)+movw . . . , (%ecx)−


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Adressierungsarten – Register Indirect withPre-/Post-Increment/Decrement

Verwendung: Push und Pop von Werten auf dem Stack (später)

s t ruc t r e c { long i n t x ; short i n t y ; char c ; } ;s t ruc t r e c a ; /∗ a hat d i e Adre s s e 1232 ∗/s t ruc t r e c b ; /∗ b hat d i e Adre s s e 344 ∗/

a = b ;

ergibt compiliert:

movl $1232 , %eaxmovl $344 , %ebxmovl (%ebx )+ , (%eax)+movw (%ebx )+ , (%eax)+movb (%ebx )+ , (%eax)+


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Adressierungsarten – m68x05tax /∗ Reg. −> Reg. ∗/txal d a #12 /∗ Immediate Operand −> Reg. ∗/l d x #34l d a 1234 /∗ D i r e c t Address −> Reg. ∗/l d x 5678s t a 1234 /∗ Reg. −> D i r e c t Address ∗/s t x 5678l d a , x /∗ Reg. I n d i r e c t −> Reg. ∗/l d x , xs t a , x /∗ Reg. −> Reg. I n d i r e c t ∗/s t x , xl d a 12 , x /∗ Reg. I n d i r e c t w i th D i sp l acement −> Reg. ∗/l d x 34 , xs t a 56 , x /∗ Reg. −> Reg. I n d i r e c t w i th D i sp lacement ∗/s t x 78 , x


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Adressierungsarten – Hinweise

nicht alle CPUs können alle Adressierungsarten (insbesondereviele Einschränkungen bei RISC-CPUs und kleinenMikro-Controllern)nicht alle Adressierungsarten sind mit allen Registern möglich(z.B. ist der Instruction Pointer nicht als Basis- oderIndex-Register erlaubt)nicht alle Kombinationen von Adressierungsarten (Ziel undQuelle) sind möglich (z.B. erlauben viele CPUs movl 1232,432 nicht)es existieren i.a. Einschränkungen für die möglichen Wertebzw. die Größe von Scale-Faktor und Displacement (z.B. kannder Scale-Faktor nur 1, 2, 4 oder 8 betragen; Displacementhäufig < 256)


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Zum Teil werden Befehle und Adressierungsarten (z.B. aushistorischen Gründen) anders geschrieben. Beispiele (i80x86):

statt wird verwendetmovl %eax , −(%esp )movl (%esp )+ , %eax

movl %e f l a g s , −(%esp )movl (%esp )+ , %e f l a g s

movl $1234 , %e i p

movl (%esp )+ , %e i p

pu sh l %eaxpop l %eax

p u s h f lp o p f l

jmp 1234

re t


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Adressierungsarten – lea-Befehl

Nicht alle Programmier-Konstrukte zum Zugriff auf Variableninnerhalb von (verschachtelten) Arrays und Records sind direktumsetzbar. Z.B.:

char f [ 1 0 ] [ 1 0 ] ;i n t i , j ;

f [ i ] [ j ] = . . . ;

Adresse(f [i ][j]) wäre im Beispiel Adresse(f ) + i ∗ 10 + j . Dafürexistiert keine Adressierungsart (bei den meisten Prozessoren).

In diesen Fällen muss die Adresse explizit berechnet werden

lea-Befehlexplizite Arithmetik (später)


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Adressierungsarten – lea-Befehls t ruc t r e c { short i n t v a l u e ; char name [ 6 ] ; } ;s t ruc t r e c r ; /∗ r hat d i e Adre s s e 432 ∗/r e g i s t e r s t ruc t r e c ∗p ; /∗ p l i e g t im R e g i s t e r %eax ∗/r e g i s t e r long i n t i ; /∗ i l i e g t im R e g i s t e r %ebx ∗/

p = &r ; p−>name [ i ] = ’A ’ ;

ist equivalent zur e g i s t e r char ∗n ; /∗ n l i e g t im R e g i s t e r %ecx ∗/

p = &r ; n = &p−>name [ 0 ] ; n [ i ] = ’A ’ ;

ergibt compiliertmovl $432 , %eaxlea 2(%eax ) , %ecxmovb $ ’A ’ , (%ecx , %ebx , 1) ;


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Ersatz für fehlende Adressierungsarten:

movl 12345678 , %eax

movl (12345678) , %eax

movl 8(%eax ,%ebx ,1) ,% eax

movl $12345678 , %eaxmovl (%eax ) , %eax

movl $12345678 , %eaxmovl (%eax ) , %eaxmovl (%eax ) , %eax

l e a l 8(%eax ) , %eaxmovl (%eax ,%ebx ,1) ,% eax

Weitere Adressierungsarten können über Arithmetik-Befehlenachgebildet werden.


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