【408精华知识】指令的寻址方式

news2024/9/23 13:23:23

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文章目录

  • 一、指令寻址
    • (一)顺序寻址
    • (二)跳跃寻址
  • 二、数据寻址
    • (一)隐含寻址
    • (二)立即(数)寻址
    • (三)直接寻址
    • (四)间接寻址
    • (五)寄存器寻址
    • (六)寄存器间接寻址
    • (七)相对寻址
    • (八)基址寻址
    • (九)变址寻址
    • (十)堆栈寻址

寻址方式是指寻找指令或操作数有效地址的方式,即确定本条指令的数据地址及下一条待执行指令的地址的方法。寻址方式分为指令寻址和数据寻址两大类。

一、指令寻址

(一)顺序寻址

通过程序计数器PC加1(1条指令的长度),自动形成下一条指令的地址。

PC 自增的大小与编址方式、指令字长有关。现代计算机通常是按字节编址的,若指令字长为16位,则 PC自增为(PC)+2;若指令字长为32位,则PC自增为(PC)+4。

(二)跳跃寻址

通过转移类指令实现。跳跃是指由本条指令给出下条指令地址的计算方式。而是否跳跃可能受到状态寄存器的控制,跳跃的方式分为绝对转移(地址码直接指出转移目标地址)和相对转移(地址码指出转移目的地址相对于当前PC 值的偏移量),由于CPU总是根据PC的内容去主存取指令的,因此转移指令执行的结果是修改PC 值,下一条指令仍然通过PC 给出。

二、数据寻址

数据寻址是指如何在指令中表示一个操作数的地址,或怎样计算出操作数的地址。数据寻址的方式较多,为区别各种方式,通常在指令字中设置一个寻址特征字段,用来指明属于哪种寻址方式(其位数决定了寻址方式的种类),由此可得指令的格式如下所示:

操作码寻址特征形式地址A

一地址指令
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二地址指令
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指令中的地址码字段并不代表操作数的真实地址,这种地址称为形式地址,即A。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,这种地址称为有效地址,即EA,(A)表示地址为A的数值,A既可以是寄存器编号,又可以是内存地址。

常见的寻址方式分为以下几种

寻址方式有效地址访存次数备注
隐含寻址程序指定0——
立即寻址A即是操作数0——
直接寻址EA=A1——
一次间接寻址EA=(A)2——
寄存器寻址EA=Ri0——
寄存器间接一次寻址EA=(Ri)1——
相对寻址EA=(PC)+ A1属于偏移寻址,用于指令转移
基址寻址EA=(BR)+ A1属于偏移寻址,用于多道程序
变址寻址EA=(IX)+ A1属于偏移寻址,用于循环程序

(一)隐含寻址

这种类型的指令,不是明显地给出操作数的地址,而是在指令中隐含着操作数的地址。例如单地址指令格式,就不给出第二操作数的地址,而是规定累加器ACC作为第二操作数的地址,指令中只是明显指出第一操作数。隐含寻址的优点是有利于缩短指令字长,缺点是需要增加存储操作数的硬件和存储隐含地址的硬件。
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(二)立即(数)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)

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(三)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,它的有点是简单,只需要访问一次主存,不需要专门计算操作数的地址,缺点是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,相对于立即寻址,直接寻址缩短了指令的长度。
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(四)间接寻址

这种类型的指令是相对于直接寻址而来的,在直接寻址中,形式地址就是真实地址,在间接寻址中,形式地址是操作数地址的地址,即EA=(A),间接寻址可以是一次间接,也可以是多次间接。它的优点是可以扩大寻址范围,因为EA的位数大于A的位数,便于编制程序,可以方便地实现子程序的返回,缺点是在执行使需要多次访问内存,访问速度慢。这种寻址方式并不常用。一般扩大寻址范围都采用寄存器间接寻址。毕竟访问寄存器更快一点。
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(五)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。缺点是寄存价格昂贵,计算机中寄存器的个数也是有限的。
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(六)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。
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(七)相对寻址

这种类型的指令是将程序计数器PC中的内容与指令中的形式地址A相加,从而得出操作数的有效地址EA=(PC)+A,A是相对于当前指令地址的位移量,用补码表示。相对寻址的优点是,操作数的地址是不固定的,它随着PC值的变化而变化,并且与指令地址之间总是相差一个固定值,因此便于程序的浮动(随着操作系统功能的日渐强大,程序在主存中的位置不是固定不变的)。相对寻址用于控制程序的执行顺序、转移等。
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(八)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。
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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,形式地址是可变的。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。

基址寻址的有点是可以扩大寻址范围(基址寄存器的位数大于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,可用于编址浮动程序,常用于为程序和数据分配存储空间。

(九)变址寻址

这种类型的指令是将指令中的形式地址与变址寄存器IX内容相加,得到真实地址,EA=(IX)+A,也可以用通用寄存器作为变址寄存器。
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与基址寻址相反,变址寻址是面向用户的,在程序执行的过程中,变址寄存器中的内容是可以由用户改变的,用作偏移量,而形式地址A则不变,作为基地址。

变址寻址的优点是可以扩大寻址范围(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。

(十)堆栈寻址

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。
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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。

写在后面

这个专栏主要是我在学习408真题的过程中总结的一些笔记,因为我学的也很一般,如果有错误和不足之处,还望大家在评论区指出。希望能给大家的学习带来一点帮助,共同进步!!!

参考资料
[1]王道408教材(2025版)
[2]王道课程资料

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