指令系统 寻址方式（重要 计组笔记）

一研为定，万山无阻！

指令寻址

始终由程序计数器PC给出

顺序寻址

• 不一定只是 PC 加1， 如果指令为32位，即为4个字节 那就是 (PC) + 4 -->PC ,如果指令为64 位，即为 8 个字节，那就是 （PC）+8 --> PC

跳跃寻址

由条件转移指令给出

• 下面为汇编语言的形式

数据寻址（重要）

• 寻址方式位 寻址特征
• 形式地址 指令字中的地址
• 有效地址 操作数的真实地址（可以由 寻址特征 + 形式地址 推导出）
• 约定 指令字长 = 存储字长 = 机器字长
• 指令是由操作码字段和地址码字段组成的，其中它的地址码字段并不一定代表操作数的真实地址，它称为形式地址A。通过形式地址，结合寻址方式，可以计算出操作数在存储器中的真实地址，这个真实地址称为有效地址EA。

• 寻址特征用于区分寻址方式

参考链接

隐含寻址（了解）

优点： 单地址指令，有利于缩短指令字长
缺点 ： 需要增加存储操作数或隐含地址的硬件（如上述的ACC）

立即寻址

• 这种类型的指令的地址码字段指出的不是操作数的地址，而是操作数本身，又叫立即数。数据采用补码的形式存放。立即寻址的优点是指令在执行阶段不访问主存，指令执行的时间最短，缺点是A的位数限制了立即数的范围。（在定长指令码格式下，所有指令的长度都是一样的，这时候取每条指令的时间都一样，执行指令时立即数寻址最快，但是如果在变长指令码下，受到形式地址位数的限制，如果操作数比较大，那立即寻址方式在取指令的时间上要用时更多一点）

不需要取操作数，直接将操作数放于形式地址那边，该寻址特征为 #

一条指令的执行：取指令访存1次，执行指令访存0次，暂不考虑存结果，共访存1次

优点：指令执行阶段不访问主存，指令执行时间最短
缺点 ： A的位数限制了立即数的范围，如A的位数为n，且立即数采用补码时，可表示的数据范围为-2^(n-1) ~ 2^(n-1)-1

直接寻址

• 这种类型的指令的地址码字段的形式地址就是操作数的真实地址，取数操作直接取地址里面的内容。

形式地址就是操作数的地址

• 一条指令的执行：取指令访存1次，执行指令访存1次，暂不考虑存结果共访存2次。

优点：简单，指令执行阶段仅访问一次主存，不需专门计算操作数的地址。
缺点 ： A的位数决定了该指令操作数的寻址范围。操作数的地址不易修改。

间接寻址

• 上述为一次间址

下面为两次间址

优点：1、可扩大寻址范围（有效地址EA的位数大于形式地址A的位数）2、便于编制程序（用间接寻址可以方便地完成子程序返回）

缺点 ：指令在执行阶段要多次访存（需两次访存，多次寻址需根据存
最高位确定几次访存）

寄存器寻址

• 这种类型的指令是直接给出操作数所在的寄存器的编号，EA=Ri，操作数就在Ri内存放。寄存器寻址的优点是指令在执行阶段不访问主存，只访问寄存器，因此执行速度快，因为寄存器数量少，所以寄存器编号所占的位数也少，指令字长也比较短。
• 与直接寻址差不多，就是把直接寻址的主存（数据）换成寄存器

寄存器的编号就相当于形式地址

• 执行指令不需要缓存，因为寄存器是直接在CPU 中，不需要再主存中访问操作数

一条指令的执行：取指令访存1次，执行指令访存0次，暂不考虑存结果
共访存1次。

优点：指令在执行阶段不访问主存，只访问寄存器，指令字短且执行速
度快，支持向量/矩阵运算。
缺点 ： 寄存器价格昂贵，计算机中寄存器个数有限。

寄存器间接寻址

• 这种类型的指令是相对于寄存器寻址的，指令中还是直接给出寄存器的编号，但是寄存器中存放的不是操作数而是操作数所在的地址，EA=(Ri)。它的优点是扩大了寻址范围，比间接寻址速度更快，但是指令执行阶段还是要访问主存的。

前六种寻址方式总结

基址寻址

这种类型的指令是将CPU中基址寄存器BR的内容加上指令格式中的形式地址，形成操作数的真实地址，EA=（BR）+A。其中，基址寄存器既可以采用专用寄存器，也可以采用通用寄存器。

基址寄存器是面向操作系统的，它的内容由操作系统或管理程序确定，主要用于解决程序逻辑空间与存储器物理空间的无关性。程序运行过程中，基址寄存器中的内容是不变的(作为基地址)，形式地址是可变的（作为偏移量）。如果采用通用寄存器作为基址寄存器，可以由用户决定哪个寄存器作为基址寄存器，但是内容还是由操作系统决定。

优点： 基址寻址的优点是可以扩大寻址范围（基址寄存器的位数大于形式地址A的位数），用户不用考虑自己的程序存放在主存的哪个区域，有利于多道程序设计，可用于编制浮动程序，常用于为程序和数据分配存储空间。

• 隐式寄存器
  不需要特定指定寄存器
  

• 显式寄存器
  需要特点标注BR寄存器，如下图R0
  

• 关于有利于多道程序的设计，解释如下：（了解）

变址寻址

• 正好于基址寻址方式相反

优点： 可以扩大寻址范围（变址寄存器的位数大于A的位数），主要用在数组处理过程中，可以设定A为数组首地址，然后不断改变IX中的值即可形成数组中任意一个数据的地址，适合编制循环程序。IX的位数足以表示整个存储空间。

常用于处理循环问题。处理数组问题

注释：
1、LDA 将立即数0加载到ACC(累加器，用于存放操作数，或运算结果)
2、LDX 将立即数0 加载到 X变址寄存器中
3、如上图所示
4、INX 即为 increase x ，x 自增 (加1)
5、CPX compare 将x与10进行比较
6、条件跳转指令 M 即为左边绿色所示 （ADD X,D）

相对寻址

堆栈寻址 （了解）

• 两个操作数都可以进行隐含起来
  堆栈是存储器中的一块按照后进先出原则管理的存储区，改存储区中被读/写单元的地址是由一个特定的寄存器给出的，该寄存器称为堆栈指针SP。堆栈可分为硬堆栈和软堆栈，硬堆栈是指寄存器堆栈，由于制作成本高，不适合做大容量，一般采用软堆栈，即从主存中划分出一段区域来作为堆栈。

• 在采用堆栈结构的计算机系统中，大部分指令表面上都表现为无操作数指令的形式，因为操作数地址都隐含了SP。通常在读或写堆栈中的一个单元的前后都伴有自动完成对SP内容的增减。

• 下图为硬堆栈表现形式：
  

• 软堆栈表现方式如下（即为在主存中划分一块）

例题

• 黄色的部分为操作码，绿色的为当前的形式地址

取出操作码，PC 自动加1 ，取出形式地址。PC 自动加 1

1EFFH - 2002H 计算过程： 从右向左 ：从0开始依次借位

总结