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一、指令寻址

二、数据寻址

1.立即寻址

2.直接寻址

3.间接寻址

4.隐含寻址

5.寄存器寻址

6.寄存器间接寻址

 7.基址寻址

8.变址寻址

9.相对寻址

10. 堆栈寻址

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 寻址方式是寻找指令或操作数有效地址的方式，也就是指确定本条指令的数据地址，以及下一条将要执行的指令地址的方法。

        寻址方式分为指令寻址和数据寻址两大类。

一、指令寻址

        指令寻址是指寻找下一条将要执行的指令地址。指令寻址方式有两种：一种是顺序寻址方式，另一种是跳跃寻址方式。

• 顺序寻址：可通过 程序计数器（PC）加1，自动形成下一条指令的地址。

• 跳跃寻址：通过 转移类指令 实现。跳跃寻址是指下一条指令的地址码不是由 PC 给出的，而是本条指令给出的。

        注意：这里所说的 “ PC 加1 ” 并不是 PC 一定会加 “1” 这个数值，而是要加当前指令占据的地址长度，从而总能得到下一条指令的地址；例如，如果机器按字节编址，当前指令字长是 4 个字节，那么执行这条指令后 PC = PC + 4。

二、数据寻址

        数据寻址是指确定本条指令中所有操作数的地址，即寻找指令要操作的数据的地址。

        指令中的地址字段并不一定代表操作数的真实地址，称为形式地址（A）。结合形式地址和寻址方式，可计算出操作数在存储器中的真实存储地址，这一地址称为有效地址（EA）。

        由于地址字段表达的含义不同，可以有多种不同的寻址方式：比如 直接寻址、间接寻址、寄存器寻址 等。此外，如果通过将某个寄存器内容与一个形式地址相加而生成有效地址，这种方式称为 偏移寻址。偏移寻址又包括基址寻址、变址寻址 和 相对寻址。

        数据寻址方式的种类较多，通常在指令中设一个字段，用来指明属于哪种寻址方式。由此可得指令的格式如下：

 

 

        操作码的位数决定了指令的条数，寻址特征和形式地址共同决定了可寻址的范围。

• 若为立即寻址，则形式地址的位数决定了数的范围。

• 若为直接寻址，则形式地址的位数决定了可寻址的范围。

• 若为寄存器寻址，则形式地址的位数决定了通用寄存器的最大数量。

• 若为寄存器间接寻址，则寄存器字长决定了可寻址的范围。

        下面是常见数据寻址方式的详细介绍。

1.立即寻址

        指令的地址字段指出的不是操作数的地址，而是操作数本身，称为 立即寻址，又称为 立即数寻址。 数据采用补码形式存放。

        上面图中 # 表示立即寻址特征，A 就是操作数本身。

• 优点：指令在执行阶段不访问主存，指令执行速度快。

• 缺点：A的位数限制了立即数的范围，只适合操作数较小的情况。

2.直接寻址

        指令格式的地址字段中直接指出操作数在内存中的地址，就称为 直接寻址。即

• 优点：指令简单，不需要专门计算操作数的地址，指令在执行阶段仅访问一次主存。

• 缺点：A 的位数决定了操作数的寻址范围，操作数的地址不易修改。

3.间接寻址

        间接寻址 是相对于直接寻址而言的，是指指令的地址字段给出的形式地址不是操作数的真正地址，而是操作数地址所在的存储单元地址；也就是 “地址的地址”，即

        这里用（A）来表示地址为 A 的存储单元所存放的数据。

 

        间接寻址也可以分为多次进行，简称 多次间址。对于两次间接寻址，地址 A 存储的内容 A~1~ 还不是有效地址 EA，地址 A~1~ 对应的存储单元所存储的内容才是 EA。这时可以用存储字的首位来标记间接寻址是否结束：存储字首位为 “1” 时，说明还需要继续寻址；为 “0” 时，寻址结束，当前存储字存放的就是 EA。

• 优点：可扩大寻址范围（有效地址 EA 的位数大于形式地址 A 的位数）；便于编制程序。

• 缺点：指令在执行阶段要多次访存（一次间址需两次访存，多次间址需多次访存)。

4.隐含寻址

        隐含寻址 是指指令字中不直接给出操作数的地址，而是隐含在某个寄存器中（通过操作码表示）。比如，一地址指令中，对于加法操作就可以只给出一个操作数的地址，而把另一个操作数放在 ACC 中；这时 ACC 就是另一个操作数的地址。

        因为隐含寻址可以省去指令字中的一个地址，所以这种方式可以缩短指令字长，在计算机的指令集中被广泛使用。  

5.寄存器寻址

        寄存器寻址 的指令在执行时所需的操作数来自寄存器，运算结果也写回寄存器；地址码字段直接指出了寄存器的编号，即

        这样，指令执行期间不需要访问主存，减少了执行时间；而且计算机中寄存器数量是有限的，所以地址字段只需要用很少的二进制位指明寄存器编号即可，节省了存储空间。因此寄存器寻址在计算机被广泛应用。

• 优点：指令在执行阶段不访问主存，只访问寄存器，指令字短且执行速度快。

• 缺点：寄存器的价格昂贵，且数量有限。

6.寄存器间接寻址

        如果寄存器中不是直接给出操作数，而是操作数的内存地址，那么就称为 寄存器间接寻址。即

        这是寄存器寻址和间接寻址的结合。跟寄存器寻址相比，指令的执行阶段还需要访问主存；跟间接寻址相比，则可以少一次对主存的访问。

• 优点：获得操作数地址的速度较快；寄存器编号较短，可有效减少操作数字段的位数。

• 缺点：寄存器数量有限；指令的执行阶段需要访问主存（因为操作数在主存中）。

 7.基址寻址

        基址寻址 是一种偏移寻址的方式，需要设有基址寄存器 BR ；将基址寄存器 BR 的内容（基地址）加上指令中的形式地址，就可以形成操作数的有效地址。即

        其中基址寄存器既可采用专用寄存器，也可采用通用寄存器。采用专用基址寄存器 BR ，使用时不用明确指出，只需要指令中的寻址特征反映出是基址寻址即可，这是 隐式 基址寄存器；对应地，如果采用通用寄存器，则需要用户明确指出用哪个寄存器作为基址寄存器，这是 显式 基址寄存器。

• 优点：可扩大寻址范围；有利于多道程序设计和浮动程序编制。

• 缺点：偏移量（形式地址 A）的位数较短。

8.变址寻址

        变址寻址 和基址寻址极为相似，需要设有变址寄存器 IX；将变址寄存器 IX 的内容加上指令中的形式地址，就可以形成操作数的有效地址。即  

        只要变址寄存器的位数足够，也可以扩大操作数的寻址范围。变址寄存器同样可以采用隐式和显式两种方式。

        不过从本质上讲，变址寻址和基址寻址还是有较大区别的。

• 基址寄存器是面向 操作系统 的，主要用于为程序或数据分配存储空间，其内容由操作系统或管理程序确定，在程序的执行过程中其值不可变，而指令字中的 A 是可变的；

• 变址寄存器的内容是由 用户设定 的，在程序执行过程中其值可变，而指令字中的 A 是不可变的。变址寻址主要用于处理数组问题。

        例如，某个数组 a 内有 N 个数据元素，在主存中存放的首地址为 D。那么如果要对数组所有元素求和，可以通过直接寻址的方式依次叠加得到结果，写成汇编语言程序如下：

        随着 N 的增大，程序的指令条数会越来越多，占据的存储空间也越来越大。

        而如果使用变址寻址，只需要将数组元素的索引下标放入变址寄存器中，每次改变变址寄存器的内容（加 1），就能用同样的指令 “ ADD X, D ” 处理所有所有数的相加了。

        利用一个条件转移指令（BNE），当变址寄存器 X 中内容还没有增大到 N 时，就跳转回 M 处再次执行相同的指令；当增大到 N 时就结束，得到最后结果。这样，不论 N 取多大，这段程序都只需用 7 条指令，所占存储单元大大减少。这其实就是 “循环” 的实现思路。

• 优点：可扩大寻址范围；在循环体中将 A 设为数组初始地址，可实现数组功能；适合编制循环程序。

9.相对寻址

        相对寻址 也是偏移寻址的一种，它所基于的是 程序计数器 PC 。将 PC 的内容加上指令中的形式地址，就形成操作数的有效地址，即

        相对寻址通常用于转移类指令，转移后的的目标地址与当前指令有一段距离，称为 相对位移量；这里就是形式地址 A ，所以 A 也称为 位移量。A 的位数决定了操作数的寻址范围，可正可负，用补码表示。

 

        相对寻址的最大特点是转移的目标地址不固定，可以随 PC 的值变化；这样，无论程序加载到主存的哪段区域，都以正确运行，对于编写浮动程序非常有利。例如，之前计算数据和的程序，跳转的目标地址固定为 M；如果程序的首地址发生了改变，M 也会变化。可以将条件转移指令改为相对寻址：    

        这样，无论程序浮动到哪一地址空间，都可以正常运行了。另外，相对寻址也可以和间接寻址结合使用。

• 优点：便于程序浮动，广泛应用于转移指令。

10. 堆栈寻址

        堆栈寻址 要求计算机中设有堆栈。堆栈既可以用寄存器组来实现，称为 硬堆栈；也可以利用主存的一部分空间作为堆栈，称为 软堆栈。

        以软堆栈为例，可以用一个 堆栈指针 SP （Stack Pointer）指出栈顶地址，也可以用 CPU 中的寄存器作为 SP。根据栈数据结构的特点，操作数只能在栈顶指针指向的存储单元里存取。

 

        可以看出，堆栈寻址也是一种 隐含寻址，操作数的地址被隐含在了 SP 中。而从本质上看，把 SP 看作存放有效地址的寄存器，堆栈寻址就是一种 寄存器间接寻址。

        堆栈有 进栈（PUSH）和 出栈（POP）两种操作：

• 进栈（PUSH A）：（SP）- 1 → SP；（ACC）→ M [ (SP) ]

• 出栈（POP A）： （M [ (SP) ]）→ ACC；（SP）+ 1 → SP

        上面讨论的，都是主存按字编址的情况。如果主存按字节编址，则每次进出栈时 SP 的变化 Δ 会受到存储字长的影响；如果存储字长为 2 字节（16 位）则 Δ = 2，为 4 字节则 Δ = 4。

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        下表列出了所有寻址方式、有效地址及访存次数的简单总结（不含取本条指令的访存）。

寻址方式	有效地址 EA	访存次数
立即寻址	不需要	0
直接寻址	EA = A	1
间接寻址	EA = (A)	2（一次间址）
隐含寻址	隐含在寄存器中	0
寄存器寻址	EA = Ri	0
寄存器间接寻址	EA = (Ri)	1
基址寻址	EA = (BR) + A	1
变址寻址	EA = (IX) + A	1
相对寻址	EA = (PC) + A	1
堆栈寻址	EA = (SP) - 1 （入栈） 或 EA = (SP) （出栈）	0（硬堆栈）或 1（软堆栈）