4.2 指令的寻址方式

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！==

  • 顺序寻址：PC（程序计数器） ==+ “1”==（1指的是指令字长）【定长】

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  • 跳跃寻址：通过转移类指令实现。

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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。==

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。

  • ==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。
  • 适合：指令放置位置是 从内存0开始的？
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间接寻址

  • | OP | 间接寻址特征位 | A |
  • 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。
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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，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。

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寄存器间接寻址

  • 间接寻址+寄存器寻址。 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。
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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。
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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，补码形式出现）！（全过程只在取指令访存一次）

  • 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。

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
    • 补码扩充问题，因为数相加减时得同位数，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
a.相对寻址
  • 以**程序计数器PC ** ==所指的地址==作为“起点”
  • EA = (PC) + A 。
  • 【A是相对PC所指地址的偏移量，可正可负，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）
  • 优 ：便于程序的浮动（一段代码在程序中的浮动），用于转移指令。

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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。

  • 其中BR既可以用专属寄存器，也可用某个通用寄存器

  • 优缺：扩大寻址范围，便于程序“浮动”，实现多道程序并发运行。偏移量（形式地址A）的位数较短。

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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
  • IX（index register）（作为偏移量）可以用专用的，也可以用通用的。形式地址A不变（作为基地址）
  • 优缺： 扩大寻址范围，且适合编址循环程序。
  • 基址寻址VS变址寻址
    • 基址寻址面向操作系统，主要用于为多道程序或数据分配存储空间。
      • BR的内容由OS确定且不可变，A可变。
    • 变址寻址面向用户，主要用于处理数组问题。
      • IX的内容由用户设定且可变，而指令字中的A是不可变的。
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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
    • 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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  • 软堆栈
  • 硬堆栈，速度快，成本高。

总结

寻址方式 有效地址 （指令执行阶段）访存次数
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

大题T 7-8留着有时间做