【计算机组成原理】四、指令系统：2.指令的寻址方式（指令寻址、数据寻址）

本文主要是介绍【计算机组成原理】四、指令系统：2.指令的寻址方式（指令寻址、数据寻址），希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

指令的寻址方式

3.指令寻址

指令寻址：确定下一条指令存放的地址。

程序计数器PC：指明一条指令的存放地址。

【注意】Intel x86处理器中，程序计数器PC ( Program Counter）通常被称为IP（Instruction Pointer）。

通常顺序存储的指令，下一条指令的地址：(PC)+1→PC

但是如果按字节编址、采用变长指令字结构则不行。

3.1顺序寻址

$$(PC){+}^{\prime }{1}^{\prime }\to PC$$

这里的1理解为1个指令字长，实际加的值会因指令长度、编址方式而不同。

• 该系统采用**定长指令字结构**
• 指令字长 = 存储字长 = 16bt = 2B（2字节）
• 主存按字编址

则：

(PC) + 1 →PC

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• 该系统采用**定长指令字结构**
• 指令字长 = 存储字长 = 16bt = 2B（2字节）
• 主存按字节编址

则：

(PC) + 2 →PC

因为是2字节

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• 该系统采用**变长指令字结构**
• 指令字长 != 存储字长 = 16bt = 2B（2字节）
• 主存按字节编址

则：

读入一个字，根据操作码判断这条指令的总字节数n，修改PC的值。

根据指令的类型，CPU可能还要进行多次访存，每次读入一个字。

(PC) + n →PC

3.2跳跃寻址

由转移指令指出。

取到#0指令之后，PC就加一了，#0执行完直接执行新的PC。

4.数据寻址

数据寻址：确定本条指令的地址码指明的真实地址。

因为指令存储不一定都是可以从0开始存储的，所以进行跳跃寻址，会跳到其他程序的指令。所以需要对地址码进行解读。

所以需要添加一个寻址方式（寻址特征）：

而且是每一个形式地址前都有一个寻址特征：

下面在 指令字长 = 机器字长 = 存储字长，操作数为3的情况下讨论：

EA一一effective address

4.1直接寻址

EA = A

访存次数（排除取指令）：1

4.2间接寻址

EA = (A)

多次间接寻址，开始为0则表示EA = (A_n)

访存次数（排除取指令）：2（一次间接寻址）…n

4.3寄存器寻址

EA = R

寄存器数量不会很多，所以字长较短且很快.

访存次数（排除取指令）：0

4.4寄存器间接寻址

EA = ®

访存次数（排除取指令）：1…n-1

4.5隐含寻址

访存次数（排除取指令）：0

隐含寻址：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。

4.6立即寻址

访存次数（排除取指令）：0

立即寻址：形式地址A就是操作数本身，又称为立即数，一般采用补码形式。

#表示立即寻址特征。

4.7偏移寻址

• 基址寻址

EA=(BR)+A

以程序的起始存放地址作为“起点”。

在程序执行过程中，基址寄存器的内容BR不变（BR作为基地址），形式地址可变（A作为偏移量）。

• 变址寻址

EA=(IX)+A

程序员自己决定从哪里作为“起点”。

在程序执行过程中，变址寄存器的内容可由用户改变（IX作为偏移量），形式地址A不变（A作为基地址）。

• 相对寻址

EA=(PC)+A

以程序计数器PC所指地址作为“起点”。

其中A是偏移量，可正可负（前后都可以偏移），补码表示。

4.7.1基址寻址

EA=(BR)+A

基址寻址：将CPU中基址寄存器（BR）的内容加上指令格式中的形式地址A，而形成操作数的有效地址，即EA=(BR)+A。

BR：base address register

【注意】基址寄存器是面向操作系统的，其内容由操作系统或管理程序确定。程序员无法更改其内容，当采用通用寄存器作为基址寄存器时，可由用户决定哪个寄存器作为基址寄存器，但其内容仍由操作系统确定。

在程序执行过程中，基址寄存器的内容BR不变（BR作为基地址），形式地址可变（A作为偏移量）。

如果有8个通用寄存器，那么R的大小就是3bit。

优点：

1. 可扩大寻址范围（基址寄存器的位数大于形式地址A的位数）
2. 用户不必考虑自己的程序存于主存的哪一空间区域，便于程序浮动（整个程序在内存里边的浮动），方便实现多道程序并发运行。

【Tips】可对比操作系统第三章第一节学习，OS课中的“重定位寄存器”就是“基址寄存器”。

4.7.2变址寻址

EA=A+(IX)

变址寻址：有效地址EA等于指令字中的形式地址A与变址寄存器IX的内容相加之和，即EA=(IX)+A，其中IX可为变址寄存器（专用），也可用通用寄存器作为变址寄存器。

IX：index register

【注意】变址寄存器是面向用户的，在程序执行过程中，变址寄存器的内容可由用户改变（IX作为偏移量），形式地址A不变（A作为基地址）。

（刚好和基址寻址相反）

优点：在数组处理过程中，可设定A为数组的首地址，不断改变变址寄存器IX的内容，便可很容易形成数组中任一数据的地址，特别适合编制循环程序。

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【注意】实际使用中往往需要多种寻址方式复合使用（可理解为复合函数）

如先基址寻址，再变址寻址。

4.7.3相对寻址

EA=(PC)+A

相对寻址：把程序计数器pc的内容加上指令格式中的形式地址A而形成操作数的有效地址，即EA=(PC)+A，其中A是相对于PC所指地址的偏移量，可正可负（前后都可以偏移），补码表示。

优点：操作数的地址不是固定的，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，因此便于程序浮动（一段代码在程序内部的浮动）。

相对寻址广泛应用于转移指令。

4.8堆栈寻址

堆栈寻址：操作数存放在堆栈中，隐含使用堆栈指针（SP，Stack Pointer）作为操作数地址。

堆栈是存储器（或专用寄存器组）中一块特定的按“后进先出(LIFO)”原则管理的存储区，该存储区中被读/写单元的地址是用一个特定的寄存器给出的，该寄存器称为堆栈指针（SP）。

上图是硬堆栈。

• 硬堆栈：专门用寄存器来实现堆栈存贮。

  因为堆栈不在内存，在寄存器。所以压入、弹出不需要访存，速度快，同时成本高。

• 软堆栈：不使用专门的硬件，而是在内存之中划分出一片区域来作为“堆栈”使用。

  堆栈在内存，所以压入、弹出需要访存，速度慢，但是成本低。

实际一般用软堆栈更多。

堆栈可用函数调用时保存当前函数的相关信息。

这篇关于【计算机组成原理】四、指令系统：2.指令的寻址方式（指令寻址、数据寻址）的文章就介绍到这儿，希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助！

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