Адресация данных

В ранних компьютерах инструкции состояли просто из кода операции и абсолютного адреса параметра или его литерального значения. Это делало неизбежной самомодификацию программ. Например, если требовалось сложить в цикле числа, хранимые в последовательных ячейках памяти, программа должна была на каждом шаге модифицировать адрес в инструкции сложения, прибавляя к нему единицу.

Хотя разработчики объявляли возможность модификации программ одним из важных следствий глубокой идеи Джона фон Неймана (John von Neumann) о хранении программы и данных в одной и той же памяти, этот подход оказался опасным и неограниченным источником ошибок. Программный код должен оставаться неприкосновенным; в противном случае поиск ошибок становится ночным кошмаром. Разработчики быстро поняли, что самомодификация программ является плохой идеей.

Чтобы избежать этих ошибок, они ввели новый режим адресации, в котором адрес трактовался как часть изменяемых данных, а не как часть программной инструкции, которую было бы лучше оставить неприкосновенной. Решение вовлекало косвенную адресацию и модификацию только непосредственно адресуемого адреса, слова данных.

Хотя этот подход устранял опасность самомодификации программ и использовался в большинстве компьютеров до середины 1970-х, в ретроспективе его следует рассматривать как сомнительную идею. В конце концов, для обеспечения каждого доступа к данным требовалось произвести два обращения к памяти, что вызывало замедление вычислений.

"Остроумная" идея многоуровневой косвенности еще более ухудшила ситуацию. Данные, к которым производился доступ, должны были содержать бит, показывающий, содержит ли данное слово желаемые данные или же еще один - возможно, снова косвенный - адрес. При задании цикла косвенных адресов такие машины могли войти в состояние полного бездействия.

Решение состояло во введении индексных регистров. Значение, хранимое в индексном регистре, могло прибавляться к константному адресу, который содержался в инструкции. Для этого требовалось добавить в состав аппаратуры несколько индексов и внедрить сложитель в сумматор арифметического устройства. В IBM 360 все регистры были объединены в единую группу регистров, что теперь является привычным.

Своеобразный механизм использовался в компьютерах CDC 6000. Команды непосредственно обращались только к регистрам, которые делились на три группы: 60-битные регистры (X), 18-битные регистры (A) и 18-битные регистры (B). Каждое обращение к A-регистру, значение которого модифицировалось путем прибавления значения B-регистра, неявно вызывало доступ к памяти. Странным было то, что обращения к регистрам A0-A5 приводили к чтению из адресуемой ячейки памяти в регистры X0-X5 соответственно, а обращения к A6 или A7 приводили к сохранению X6 или X7 соответственно.

Хотя этот механизим не вызывал каких-либо серьезных проблем, мы можем ретроспективно отнести его к категории заурядных идей, потому что номер регистра определяет выполняемую операцию и, тем самым, направление пересылки данных. Не считая этого, CDC 6000 отличалась замечательными идеями, прежде всего, своей простотой. Хотя Сигмур Крей (Seymour Roger Cray) спроектировал ее в 1962 г., задолго до появления термина "reduced-instruction-set computer", CDC 6000 можно несомненно назвать первым RISC-компьютером.

В машине Burroughs B5000 появилась более сложная схема адресации - дескрипторная схема, использовавшаяся в основном для указания массивов. Так называемый дескриптор данных являлся, по существу, косвенным адресом, но он также содержал граничные значения индексов, проверяемые во время доступа. Хотя автоматическая проверка индексов являлась отличной и почти фантастической возможностью, дескрипторная схема оказалась сомнительной идеей, поскольку для матриц (многомерных массивов) требовался массив дескрипторов, по одному на строку или столбец матрицы. Для каждого доступа к n-мерной матрице требовалась n-кратная косвенность. Очевидно, что схема не только замедляла доступ из-за косвенности, но также требовала наличия дополнительных строк дескрипторов. Тем не менее, в 1995 г. эту идею переняли разработчики Java, а за ними в 2000 г. и разработчики C#.

Дата добавления: 2015-07-10