11.1 การกำหนดที่อยู่

                เขตข้อมูลสำหรับตำแหน่งที่อยู่ในรูปแบบคำสั่งทั่วไปมักจะมีขนาดเล็ก ในขณะที่ความต้องการที่จะอ้างอิงถึงตำแหน่งที่อยู่ขนาดใหญ่ ในหน่วยความจำหลัก หรือบางระบบถ้ามีขนาดใหญ่กว่านั้นก็จะใช้หน่วยความจำเสมือน

                การใช้ตัวถูกกระทำโดยตรง

                เป็นรูปแบบการกำหนดที่อยู่แบบที่ง่ายที่สุด  คือตัวถูกกระทำนั้นปรากฏอนู่ในคำสั่งนั้นเอง

OPERAND = A

                ภาวะกำหนดที่อยู่นี้ใช้ในการกำหนดและใช้ค่าคงที่ หรือกำหนดค่าคงที่ให้กับตัวแปรโดยทั่วไป ตัวเลขจะถูกเก็บอยู่ในรูปแบบทูคอมพลีเมนต์ บิตซ้ายสุดของตัวถูกกระทำจะใช้เป็นบิตเครื่องหมาย เมื่อตัวถูกกระทำถูกอ่านค่าเข้ามาในรีจีสเตอร์ข้อมูล บิตเครื่องหมายจะถูกทำสำเนาเพื่อเติมบิตที่เหลือทางด้านซ้ายให้เต็ม word

                ข้อดี : ไม่มีการอ้างอิงถึงหน่วยความจำนอกเหนือไปจากการอ่านคำสั่งเข้ามาในซีพียู (instruction fetch) จึงประหยัดวงรอบหรือความจำ cache ได้ 1 วงรอบ

                ข้อด้อย : ขนาดของตัวเลขจะถูกจำกัดด้วยขนาดของเขตข้อมูลตำแหน่งที่อยู่ ซึ่งในคำสั่งส่วนใหญ่จะมีขนาดเล็ก เช่น 20 บิต

                การอ้างอิงโดยตรง

                เขตข้อมูลตำแหน่งที่อยู่จะบรรจุตำแหน่งที่อยู่จริงของตัวถูกกระทำเอาไว้ดังนี้

EA (Effective Address) = A

                ได้รับความนิยมในคอมพิวเตอร์รุ่นแรกๆ แต่ตอนนี้ไม่แล้ว การประมวลผลต้องใช้วงรอบการอ้างอิงถึงหน่วยความจำเพิ่มขึ้นอีก 1 วงรอบ โดยไม่ต้องมีการคำนวณเพิ่มเติม

                ข้อด้อย : ขอบเขตที่จำกัดในการอ้างอิงตำแหน่งข้อมูลในหน่วยความจำ

                การอ้างอิงทางอ้อม

                เป็นการใช้เขตข้อมูลตำแหน่งที่อยู่ในการอ้างอิงถึงตำแหน่ง word ในหน่วยความจำที่เก็บข้อมูลเอาไว้

EA = (A)

                เครื่องหมายวงเล็บในที่นี้ใช้ในความหมายว่า “ค่าที่เก็บอยู่ในตำแหน่งที่อ้างอิงถึงโดย A

                ข้อดี ถ้า word ในหน่วยความจำมีขนาด nบิต จะทำให้ผู้ใช้สามารถอ้างอิงข้อมูลได้ถึง 2ⁿ

                ข้อด้อย คำสั่งประเภทนี้จะต้องอ้างอิงหน่วยความจำเพิ่มขึ้นอีก 2 วงรอบ จึงจะสามารถอ่านค่าตัวถูกกระทำและประมวลผลได้ นั่นคือ หนึ่งวงรอบสำหรับอ่าน word ที่อ้างอิงถึงโดย A และอีกหนึ่งวงรอบสำหรับอ่านค่าข้อมูลที่แท้จริงที่อยู่ในตำแหน่ง word ที่ระบุโดย A นั้น

การอ้างอิงผ่านรีจิเตอร์โดยตรง

                มีความคล้ายกับการอ้างอิงโดยตรง สิ่งที่แตกต่างกัน คือ เขตข้อมูลตำแหน่งที่อยู่ในคำสั่งเครื่องจะบรรจุหมายเลขของรีจิสเตอร์ที่อ้างอิงแทนการกำหนดตำแหน่งที่อยู่ในหน่วยความจำ

EA = R

                โดยปกติเขตข้อมูลตำแหน่งที่อยู่ที่กำหนดหมายเลขรีจิสเตอร์นั้น จะมีขนาดระหว่าง 3 ถึง 5 บิต ทำให้สามารถอ้างอิงรีจิสเตอร์ได้ตั้งแต่ 8 ถึง 32 ตัว

                ข้อได้เปรียบในการอ้างอิงรีจิสเตอร์โดยตรง ได้แก่ 1.คำสั่งเครื่องต้องการพื้นที่ขนาดเล็กมากสำหรับการอ้างอิงหมายเลขรีจิสเตอร์ และ 2. ไม่ต้องเสียเวลากับการอ้างอิงหน่วยความจำเพื่ออ่านข้อมูลตัวถูกกระทำ ข้อจำกัดของวิธีการนี้คือมีพื้นที่สำหรับเก็บข้อมูลขนาดจำกัดมาก

                การอ้างอิงผ่านรีจิสเตอร์ทางอ้อม

                การอ้างอิงรีจิสเตอร์โดยตรง เปรียบได้กับการอ้างอิงหน่วยความจำโดยตรง การอ้างอิงรีจิสเตอร์ทางอ้อม ก็เปรียบได้กับการอ้างอิงหน่วยความจำทางอ้อม ความแตกต่าอยู่ที่ข้อมูลที่บรรจุอยู่ภายในเขตข้อมูลตำแหน่งที่อยู่ในคำสั่งเครื่องว่าเป็นตำแหน่งในหน่วยความจำหรือเป็นหมายเลขรีจิสเตอร์

EA = (R)

                ข้อดีและข้อจำกัดคล้ายกับข้อดีและข้อจำกัดของการอ้างอิงหน่วยความจำทางอ้อม ในทั้งสองกรณี พื้นที่ที่ถูกจำกัดด้วยขนาดของเขตข้อมูลตำแหน่งที่อยู่ซึ่งได้รับการแก้ไขโดยให้ข้อมูลในเขตข้อมูลนั้นอ้างอิงถึงตำแหน่งในหน่วยความจำที่มีขนาดเป็น word แทน ซึ่งช่วยให้สามารถอ้างอิงถึงพื้นที่ขนาดใหญ่กว่าได้ (และยังเป็นการทำให้ใช้พื้นที่ในคำสั่งเครื่องน้อยลง)

                การใช้ Displacement

                เป็นภาวการณ์กำหนดที่อยู่แบบมีประสิทธิภาพมาก เพราะได้รวมเอาข้อดีของความสามารถในการอ้างอิงหน่วยความจำโดยตรง และการอ้างอิงผ่านรีจิสเตอร์ทางอ้อมเข้าไว้ด้วยกัน

EA = A+(R)

                จะต้องมีเขตข้อมูลสำหรับตำแหน่งที่อยู่ 2 เขต หรือ อย่างน้อยก็จะต้องมีหนึ่งเขตข้อมูลที่ใช้วิธีการระบุโดยตรง และอีกเขตข้อมูลเป็นวิธีการระบุโดยนัย ค่าที่เก็บอยู่ในเขตข้อมูลหนึ่งจะถูกนำมาใช้โดยตรง (ค่า = A) อีกเขตข้อมูลหนึ่ง ซึ่งอาจจะระบุโดยตรงหรือเป็นการอ้างอิงโดยนัย (ขึ้นอยู่กับรหัสดำเนินงาน) จะอ้างอิงถึงรีจิสเตอร์ ซึ่งจะนำค่าที่เก็บอยู่ในรีจิสเตอร์นี้ไปบวกกับ a เพื่อให้ได้ตำแหน่งที่อยู่ที่แท้จริงของข้อมูลออกมา

Displacement แบ่งออกเป็น 3 ประเภท

1. Relative addressing วิธีการนี้กำหนดให้รีจิสเตอร์ถูกนำมาอ้างโดยนัยนั้นเป็น program counter (PC) เมื่อนำตำแหน่งที่อยู่ของคำสั่งปัจจุบันมาบวกกับค่าในเขตข้อมูลตำแหน่งที่อยู่ ก็จะได้เป็นตำแหน่งที่อยู่ที่อ้างอิง โดยทั่วไปเขตข้อมูลตำแหน่งที่อยู่จะถูกกำหนดให้เป็นเลขทูคอมพลีเมนต์ค่าตำแหน่งที่อ้างอิงถึง จึงมีความสัมพันธ์กับตำแหน่งของคำสั่งในปัจจุบัน วิธีการนี้จะช่วยประหยัดพื้นที่ในการอ้างอิงตำแหน่งที่อยู่ได้เป็นอย่างดี

2. Base-register addressing รีจิสเตอร์ตัวที่ถูกอ้างอิงจะเก็บตำแหน่งที่อยู่ในหน่วยความจำ ส่วนเขตข้อมูลตำแหน่งที่อยู่จะเก็บค่า displacement เอาไว้ (ปกติจะอยู่ในรูปเลขจำนวนเต็มแบบไม่มีเครื่องหมาย) รีจิสเตอร์อาจถูกอ้างอิงโดยตรงหรือโดยนัยก็ได้ วิธีนี้เหมาะสำหรับการจัดการหน่วยความจำแบบเซ็กเมนเตชั่น

3. Indexing  มีวิธีการทำงานดังนี้ เขตข้อมูลตำแหน่งที่อยู่จะอ้างอิงตำแหน่งในหน่วยความจำหลัก และรีจิสเตอร์ที่อ้างอิงถึงจะเก็บค่า displacement addressing ข้อแตกต่างของทั้งสองวิธีนี้ คือ 1. เนื่องจากเขตข้อมูลตำแหน่งที่อยู่ใช้อ้างอิงในหน่วยความจำหลัก จึงทำให้เขตข้อมูลนี้จำเป็นต้องมีจำนวนบิตมากกว่าเขตข้อมูลตำแหน่งที่อยู่ที่ใช้งานในวิธี base-register และ 2. วิธีการ indexing ยังมีวิธีอื่นที่ได้รับการปรับปรุงให้ดีขึ้นกว่าแบบที่ใช้งานใน base-register อย่างไรก็ตามวิธีการคำนวณหาตำแหน่งที่อยู่ที่แท้จริงของทั้งสองวิธีนี้เหมือนกัน (EA = (r)+A) และรีจิสเตอร์ที่นำมาอาจใช้เป็นการระบุโดยตรง หรือระบุโดยนัยก็ได้

คุณสมบัติที่สำคัญ คือ การนำมาใช้เป็นกลไกที่มีประสิทธิภาพสำหรับโปรแกรมวนซ้ำหลายรอบ

การใช้สแต็ก

สแต็ก หมายถึง อาร์เรย์ของตำแหน่งที่อยู่ที่เรียงกันตามลำดับ บางครั้งเรียกว่า pushdown list หรือ last-in-first-outqueue สแต็กมักจะเป็นส่วนของหน่วยความจำที่ถูกสงวนไว้ใช้งานโดยเฉพาะ ข้อมูลจะถูกใส่เข้าไปบนสุดของสแต็ก สแต็กมักจะมีข้อมูลบางส่วนอยู่เสมอ สิ่งที่นำมาใช้ร่วมกับสแต็ก คือ ตัวชี้ หรือ พอยเตอร์ ซึ่งจะเก็บที่อยู่ของข้อมูลตัวบนสุดของสแต็กเอาไว้เสมอ เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพให้ดีขึ้น ข้อมูลตัวสองตัวบนสุดมักจะถูกเก้บไว้ในรีจิสเตอร์ภายในซีพียู

11.2 ภาวะการกำหนดที่อยู่ใน Pentium และ PowerPC

 ซีพียู Pentium ประกอบด้วยภาวการณ์กำหนดที่อยู่หลายแบบ ซึ่งมีวัตถุประสงค์เพื่อช่วยให้การประมวลผลโปรแกรมภาษาระดับสูงเป็นไปอย่างมีประสิทธิภาพ

ภาวะการกำหนดที่อยู่ของซีพียู PowerPC

เป็นสถาปัตยกรรมแบบ RISC (Reduced Instruction Set Computer) ที่มีความแตกต่างจากสถาปัตยกรรมแบบ CISC (Complex Instruction Set Computer) อย่าง Pentium ตรงที่ซีพียู PowerPC ใช้ภาวะการกำหนดที่อยู่แบบตรงไปตรงมา

สถาปัตยกรรมแบบ Load/Store

ซีพียู PowerPC สนับสนุนภาวะ การกำหนดที่อยู่สองแบบ คือ คำสั่งสำหรับอ่านข้อมูล และการบันทึกข้อมูล (Load/Store)  เป็นประโยชน์มากต่อโปรแกรมแบบวนซ้ำที่ทำงานกับอาร์เรย์

Branch addressing

Branch addressing หมายถึง การกำหนดตำแหน่งที่อยู่ของคำสั่งต่อไปที่จะนำมาประมวลผล ซึ่งจำเป็นว่าจะต้องเป็นคำสั่งในลำดับต่อจากคำสั่งที่กำลังประมวลผลอยู่ในปัจจุบัน Branch addressing สำหรับซีพียู PowerPC มีอยู่สามวิธี วิธีแรกเรียกว่า absolute addressing มักจะนำมาใช้งานร่วมกับคำสั่ง unconditional branch คือ จะกำหนดตำแหน่งที่อยู่ของคำสั่งต่อไปให้ในทุกกรณี ตำแหน่งของคำสั่งจะนำมาจากค่าที่เก็บไว้โดยตรงในคำสั่งเครื่องขนาด 24 บิต ซึ่งจะถูกขยายให้เป็น 32 บิต ด้วยการเพิ่ม 00 เข้าไปต่อท้ายที่ตำแหน่งสุดท้าย จากนั้นจะทำ sign extending คือ การนำบิตเครื่องหมายของข้อมูล 24 บิตนั้นมาเติมเป็นบิตส่วนหัวให้ครบ 32 บิต วิธีที่ 2 คือ relative addressing ค่าที่เก็บไว้โดยตรงในคำสั่งเครื่องขนาด 24 บิต หรือ 16 บิต จะถูกนำมาขยายเป็น 32 บิต ด้วยวิธีเดิม ค่าที่คำนวณได้จะถูกนำมาบวกเข้ากับรีจิสเตอร์ program counter เพื่อกำหนดตำแหน่งคำสั่งที่มีความสัมพันธ์กับตำแหน่งคำสั่งในปัจจุบัน วิธีที่ 3 คือ indirect addressing จะนำตำแหน่งของคำสั่งต่อไปมาจาก link register หรือ count register รีจิสเตอร์เหล่านี้สามารถนำมาใช้เป็นตัวควบคุมการโปรแกรมวนซ้ำได้

คำสั่งทางคณิตศาสตร์