（二）寻址

0. 回顾：指令执行过程

1. 指令寻址

1.1. 顺序寻址

• 概念：让程序计数器 PC 自增，即 PC = PC + 1，指向下一条指令；
• 情景：除 JMP 指令外，其他指令执行完都会自动操作；

1.2. 跳跃寻址

• 概念：通过转移指令 JMP x，显式地指定 PC 下一次该指向的位置为 x；
• 情景：实现流程控制，函数调用等；

2. 数据寻址

2.1. 指令格式

• 格式：操作码 | 寻址特征码 | 形式地址 A；
• 特征码：指示 CPU 应该选用哪种寻址方式；
• 形式地址 A：操作码中直接给出的地址，并不等于目标操作数的真实地址；
• 有效地址：操作数真实地址，由 CPU 根据特征码和 A 计算得出；
• 约定：指令字长 = 存储字长 = 机器字长；

2.2. 立即寻址

• 概念：形式地址 A = 操作数自身；
• 特点
  • 指令执行时不用访存，直接进行计算，速度快；
  • 数据 A 的范围有限（由位数决定）；

2.3. 直接寻址

• 概念：形式地址 A = 操作数内存地址；
• 特点
  • 需要一次访存，较为简单；
  • 寻址范围有限（由 A 的位数决定）；
  • 地址 A 不易修改（指令在执行期间一般不允许修改，只读）；
• 操作数的直接地址又称为 EA；

2.4. 隐含寻址

• 概念：A 给出一个操作数的内存地址，另一个数存储在寄存器中（如 ACC）；
• 特点：可以缩短指令字长，其他和直接寻址相同；
• 注意
  • 寄存器中的直接就是操作数，不是地址了；

2.5. 间接寻址

• 概念：形式地址 A = 指针 P 内存地址，指针 P 指向内存中的操作数；
• 特点
  • 需要两次访存；
  • 寻址范围较大，方便编制程序；
  • 可扩展为多级间接寻址：规定最高位为 1 的都是间接地址，为 0 的才是 EA；

2.6. 寄存器寻址

• 概念：形式地址 A = 寄存器地址 R，操作数存放在 R 中；
• 考研最常考的寻址方法；
• 特点
  • 不用访存，而是访问寄存器，速度快；
  • 寄存器个数少，因此地址短，可缩短指令字长；

2.7. 寄存器间接寻址

• 概念：类似 2.6，但是寄存器 R 里存放的是 EA；
• 特点
  • 需要访存；
  • 一般用来编制循环程序；

2.8. 基址寻址

• 概念：形式地址 A + 基址寄存器 BR 的值 = 有效地址；
• 特点
  • 寻址范围大；
  • 有利于多道程序管理；
  • BR 的值由 OS 管理，程序执行过程中 BR 值不变，形式地址 A 可变；
  • 方便程序分区存储和管理；

2.9. 变址寻址

• 概念：形式地址 A + 变址寄存器 IX 的值 = 有效地址；
• 特点
  • 寻址范围大；
  • IX 的值由用户给定，程序执行过程中 IX 可变，形式地址 A 不变；
  • 一般用来处理数组问题；
• 实例分析：循环数组访问 A[i], i = 1 ... N-1；
  • 数组首地址 A：一般由形式地址给出；
  • 下标（偏移）i：每次循环写入 IX 寄存器，实现连续访问；

2.10. 相对寻址

• 概念：形式地址 A + 程序计数器 PC 的值 = 有效地址；
• 特点
  • 寻址范围较小，由 A 决定；
  • 一般用于转移指令；
  • 可实现程序浮动；

2.11. 堆栈寻址

• 概念：不用给出形式地址 A (?)，默认操作数地址存放在栈顶，栈顶地址由固定的 SP 寄存器给出；

• 特点

  • 本质可视为一种寄存器间接寻址；
  • 分为硬堆栈和软堆栈两种；
    • 硬堆栈：利用寄存器组实现堆栈，此时不需要访存；
    • 软堆栈：在内存中划出一片区域实现堆栈，需要访存；

• 关于栈顶和 SP

  

  • 栈的地址是从高地址到低地址排列的，即栈底在高地址，固定；栈顶在低地址，可浮动；
  • SP 指向的是当前栈顶地址；
  • 进栈：SP = SP - 1，同时将数据存放到 SP 指向的内存单元；
  • 出栈：将 SP 指向的内存数据读出，然后 SP = SP + 1；

2.12. 总结表格

• $(X)$ 表示对地址 $X$ 进行一次间接寻址，即取出内存中地址 $X$ 的内存单元的值；

寻址方式	有效地址	访存次数	应用场景/备注
立即寻址	$A$ 表示操作数	0
隐含寻址	指令规定	0	缩短指令长度
直接寻址	$EA=A$	1
一次间接寻址	$EA=(A)$	2
N 次间接寻址	$EA=((A){)}_N$	N + 1
寄存器 (直接) 寻址	$EA=R_i$	0
寄存器间接 (一次) 寻址	$EA=(R_i)$	1
相对寻址	$EA=(PC)+A$	1	程序浮动/转移
基址寻址	$EA=(BR)+A$	1	循环/多道程序
变址寻址	$EA=(IX)+A$	1	数组问题
堆栈寻址 (硬堆栈)	$EA=(SP)$	0	硬堆栈无需寻址
堆栈寻址 (软堆栈)	$EA=(SP)$	1	软堆栈 1 次寻址

习题

• 1. 间址寄存器 X，形式地址 D。采用先间址后变址的寻址方式，则有效地址为
  • A. $(X)+D$；
  • B. $(X)+(D)$；
  • C. $((X)+D)$；
  • D. $((X)+(D))$；
  • 答案：B
  • 解析：先间址，则对 D 间接寻址得到 $(D)$，然后再变址寻址，则 $EA=(X)+(D)$；
    • 补充说明：D 选项为数据本身，即 $\mathrm{Data}=(EA)$；
• 2. 机器字长 16 位，按字节编址。转移指令 JMP 采用相对寻址，由 1 字节操作码 + 1 字节偏移量组成。假设取指令时，每取出一个字节 PC 自增 1，若某条 JMP 指令地址为 0x2000，偏移量 0x06，则该转移指令执行后，PC 指向的地址为
  • A. 0x2006；
  • B. 0x2007；
  • C. 0x2008；
  • D. 0x2009；
  • 答案：C
  • 解析：分析执行过程
    • 执行到该 JMP 指令时，PC = 0x2000，此时需要取出该指令；
    • 取出该指令后，PC = 0x2002，开始执行，即 PC = PC + Offset；
    • 所以，执行完毕后，PC = 0x2002 + 0x06 = 0x2008；
• 3. 转移指令 JMP 占 3 字节（操作码 1B + 偏移量 2B），且数据的低字节地址为字地址。设每取出一个字节，PC 自增 1；
  • 3.1. 若当前 PC = 240，要求执行完 JMP 后转移到 290，求偏移量所在两个字节的机器码；
  • 3.2. 若当前 PC = 240，要求执行完 JMP 后转移到 200，求偏移量所在两个字节的机器码；
  • 答案：
    • 1）偏移量 47，第二字节 0010 1111，第三字节 0000 0000；
    • 2）偏移量 -43，补码形式。第二字节 1101 0101，第三字节 1111 1111；
  • 解析：
    • 1）还是注意取指时 PC = PC + 3，即开始执行时 PC = 243，然后目标地址相减即可；
    • 2）同上，注意先算补码；
• 4. 变址寄存器 $(IX)=(1000{)}_{16}$，形式地址 $A=(2000{)}_{16}$，且已知三个地址的内容 $(0\mathrm{x}1000)=(2000{)}_{16}$，$(0\mathrm{x}2000)=(3000{)}_{16}$，$(0\mathrm{x}3000)=(4000{)}_{16}$，则变址寻址得到的操作数为
  • A. 0x1000；
  • B. 0x2000；
  • C. 0x3000；
  • D. 0x4000；
  • 答案：D
  • 解析：变址寻址有 $EA=(IX)+A=(3000{)}_{16}$，则操作数为 $(EA)=(4000{)}_{16}$；