4.2 指令的寻址方式

1.指令寻址（先）

指令寻址：寻找 下一条 将要执行 ==指令== 的 ==指令地址==。

  • 程序总是 **根据PC的内容 **去主存（相应位置）取指令的。

    • PC的位数 取决于存储器总字数 N 。按字寻址时，位数 =log2N
    • （PC可表示的范围 N）

  • 每一条指令的执行都分为：==“取指令”==，“执行指令”两个阶段。

    • ==PC+1是发生在 取指令 之后！执行指令之前！==

  • 顺序寻址：PC（程序计数器） ==+ “1”==（1指的是指令字长）【为定长而非变长的指令字】

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  • 跳跃寻址：通过转移类指令实现。

2.数据寻址（后）

==数据寻址：寻找 本条指令 的地址码指明的 真实地址==

  • （数据寻址既是在找地址，也是在找操作数——找地址是手段，获取操作数是目的。）

数据寻址方式：10种。故通常在指令字段中设置**==寻址特征字段==**来标记是哪种寻址方式。

  • ==指令通用格式：| 操作码 | 寻址特征 | 形式地址A |== （为了简便此处都是用单地址而非多地址的形式）

    • （操作码位数看有多少操作。寻址特征位数看有几种寻址方式）

  • 形式地址==A==，有效（真实）地址==EA==（effective address）

  • (A)表示地址A的数值。（A既可以是寄存器编号，也可以是内存地址）

直接寻址

  • | LDA | 直接寻址特征 | A |
  • 最直接的。**==操作数的真实地址就是形式地址A==** 。即 ==EA = A==
  • 优缺：最简单，指令执行阶段只访存一次。A的位数限制了操作数的寻址范围，且操作数的地址不易更改。
  • 访存次数2：取指令1次，执行指令1次。（暂不考虑存结果）
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间接寻址

  • | OP | 间接寻址特征位 | A | （OP可以放任意指令（LDA、ADD、SUB等））
  • ==指令的字段给出的==不是操作数真实地址，而==是真实(有效)地址所在的 主存单元的地址==。 即 ==EA = (A)==
  • 优缺：可扩大寻址范围（EA可能存放的单元范围），且便于编制程序（多次间接 ）。指令执行阶段要多次访存，慢。
  • 访存次数3：取指令1次，执行指令2次。（暂不考虑存结果）
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寄存器寻址

  • | OP | 寻址特征 | Rī |

  • ==指令字段给出的是 操作数所在的寄存器编号==。 即 ==EA = Rī==

  • 优缺：指令执行阶段不用访存，仅需访问寄存器，fast，且地址码位数更少，指令字长短。寄存器贵，数量有限。

  • 访存次数1：取指令1次，执行指令0次。（暂不考虑存结果）

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寄存器间接寻址

  • ==间接寻址的优化==。 即 ==EA = (Rī）==
  • 优缺：相比于间接，减少了访存次数（only 1）。相比于寄存器，多了内存访存。
  • 访存次数2：取指令1次。执行指令1次。（暂不考虑存结果）
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隐含寻址

  • 不直接而是==隐含 操作数的地址==。（eg单地址的指令割术就隐含约定第二个操作数由累加器（ACC）提供）
  • 优缺：利于缩短指令字长。需增加存储操作数或隐含地址的硬件。
  • 访存次数：如果地址由ACC提供，0次。如果地址在内存中，1次。
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立即（数）寻址

  • ==| OP | # | A |==

  • 指令字的地址字段给出的不是操作数的地址，而是操作数本身（也称立即数，以补码形式出现！）

  • 优缺：指令执行阶段不访存，fast。A的位数限制了立即数的范围。

  • 访存次数1：取指令1次。

偏移寻址

0.补充内容
  • 以某个地址作为起点，另外一个作为偏移量
  • 补码：
    • ==6位补码表示范围是：-32～+31（注意是得少一位哦）==
    • 补码扩充问题，正数前面添0，负数前面添1（FFF）
    • Imm8 – 8位补码
  • 标志寄存器：
    • ZF：是否为零
    • SF：结果的符号位
    • OF：有符号数运算是否溢出
    • CF：无符号数运算是否产生借位
  • sizeof(double)=8 （单位B）
a.相对寻址

  • ==以 当前程序计数器PC所指的地址 作为“起点”==

  • ==EA = (PC) + A== ，==【偏移的是A】==

  • 优点：代码段 在程序内浮动时 不用更改==跳转指令==的地址码。

  • 缺点：偏移量（形式地址A）的位数较短。

  • （A可正可负，以补码表示）（寻址范围：2^A的位数）

  • （ACC加法指令的地址码，可以采用“分段”的方式将程序段数据段分开，eg可解决M行的问题==？==）

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b.基址寻址
  • ==以程序的起始存放地址作为“起点”==
  • 有效地址 = 形式地址 A + 基址寄存器BR（base address register）的内容 。 即 ==EA = (BR) + A==，==【偏移的是A】==
  • 优缺：扩大寻址范围，==便于程序的数据浮动==，实现多道程序并发运行。
  • 缺点：偏移量（形式地址A）的位数较短。
  • （BR既可以用专属寄存器，也可用某个通用寄存器）
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c.变址寻址
  • 有效地址 = 形式地址A + 变址寄存器（IX）的内容。 即 **==EA = (IX) + A==**，==【偏移的是(IX)】==
  • 优缺： 扩大寻址范围，且==适合编址循环程序==。
  • （IX，index register，可以用专用的，也可以用通用的)
d.对比⭐

相对寻址 VS 基址寻址：

  • ==相对寻址用 PC 决定“跳到哪里”（代码跳转），基址寻址用寄存器决定“数据在哪”（内存访问）==

基址寻址 VS 变址寻址：

  • 基址寻址
    • ==BR 决定“数据在哪一段”（BR是基地址）==
    • （面向操作系统，主要用于为多道程序或数据分配存储空间）
  • 变址寻址
    • ==IX 决定“数据在数组中的哪个位置”（IX是下标）==
    • （面向用户，主要用于处理数组问题）
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堆栈寻址

  • 堆栈是主存（或寄存器）中一块特定的，按FILO原则管理的存储区。

    • ==硬堆栈：寄存器堆栈==（速度快，成本高）
    • ==软堆栈：主存中划分出区域==

  • 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。

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总结

寻址方式 有效地址 （指令执行阶段）访存次数（不含取值阶段和存结果）
直接寻址 EA = A 1
间接寻址（一次） EA = (A) 2
寄存器寻址 EA = Ri 0
寄存器间接寻址（一次） EA = (RI) 1
立即寻址 A即是操作数 0
隐含寻址 程序指定 0
相对寻址（转移指令） EA = （PC) + A 1
基址寻址（多道程序） EA = (BR) + A 1
变址寻址（循环程序） EA = (IX) + A 1
堆栈寻址 入栈/出栈EA的确定方式不同 硬堆栈不访存，软堆栈访存1次

==补充==：

变址 间址寻址方式：先变址，再间值

指令3B，PC指向240。指令取出后：PC = 243

以低字节地址为字地址：小端存储，从末尾开始存储。

==bgt（大于零转移）==

  • 若bgt指令是无符号数比较：跳转条件(即A-B＞0)是 ZF + CF = 0

    • ZF一定为0（表示结果不是0）。
    • CF也一定为0（表示A-B无进位/错位）

  • 若bgt指令是有符号数比较：跳转条件是 ZF + (SF⊕OF)= 0

    • ZF一定为0。

    • 要么未发生溢出（7-1=6），SF=OF=0

    • 要么已发生溢出（127 - -1），SF=OF=1

      • ==（SF=0，结果的最高位（即符号位）为正数）==

      • ==（SF=1，结果的最高位（即符号位）为负数）==

      •   0111 1111  （127）
+ 0000 0001  （1）
= 1000 0000  （-128）

      • 异或⊕：两个操作数相同则为 0，不同则为 1。

注意内存是无符号数，如果要和形式地址（用补码表示，可能为负数，比如基址然后负偏移时候）加一起时候，要注意转换为正数再相减（加一个负数等于减它的正数嘛）