为什么要设置多种类型的寻址方式？

所谓寻址方式是指：确定本条指令的操作数地址，下一条要执行指令的指令地址

寻址方式分为指令寻址和数据寻址两大类。

一、指令寻址

1、顺序寻址：取完一条，顺序取下一条

指令的地址保存在PC中

如果内存单元的编制单位是字节：每一条指令的长度是32位（4个字节），顺序寻址时每次就+4；如果是64位（8个字节），每次就+8，             

2、跳跃寻址：由转移指令指出它的下一条指令

例如图中的第三行，它的目标地址是7，显然就由跳跃寻址来完成

二、数据寻址

形式地址：我们在指令中所要使用的地址，不是我们要寻找的那个数据所在寄存器的真实地址，要找到真实地址，我们要利用寻址方式和形式地址进行一定的运算才能得到

有效地址：操作数真实地址

为方便我们后续学习，这里假设指令字长=存储字长=机器字长

1、立即寻址

 立即寻址的特点是操作数本身设在指令字内，即形式地址A不是操作数的地址，而是操作数本身，又称为立即数。数据是采用补码形式存放，可正可负

由于操作数在取指令的过程中就已经被取入到了CPU中，所以不需要再进行访存

A需要取多长我们需要实验给出结果

2、直接寻址

有效地址=形式地址A，即EA=A。

A就是操作数所在的内存单元的地址

优点：

寻找操作数比较简单，也不需要专门计算操作数的地址，在指令执行阶段对主存只访问一次。

缺点：

在于A的位数限制了操作数的寻址范围，而且必须修改A的值，才能修改操作数的地址。

3、隐含寻址

隐含寻址是指指令字中不明显地给出操作数的地址，其操作数的地址隐含在操作码或某个寄存器中。

假设进行一个加法运算，指令中已经给出一个操作数A，另一个操作数我们通过隐含寻址的方式把它隐藏在ACC中，假设我们现在地址码部分采用直接寻址，直接从内存中取出要参与加法运算的一个操作数，另一个操作数从ACC中取，然后送入组合电路ALU，最后，再把计算结果送入ACC

 由于隐含寻址在指令字中少了一个地址，因此这种寻址方式的指令有利于缩短指令字长。

4、间接寻址

指令字中的形式地址不直接指出操作数的地址，而是指出操作数有效地址所在的存储单元地址，也就是有效地址是由形式地址间接提供的，即为间接寻址，即EA=(A)

一次间址

真正的地址保存在操作数A中，首先要找到这个操作数A保存的地址在哪，利用这个有效地址再次访问内存得到真正的地址EA

共访问两次（取出地址1次、获取操作数1次）

优点：

           可扩大寻址范围

           便于编制：可以通过修改EA来修改真正的操作数

多次间址

当多次间接寻址时，可用存储字的首位来标志间接寻址是否结束。当存储字首位是“1”时，表明还需继续访存寻址直到找到标记为是“0”为止；当存储字首位为“0”时，标明该存储字即为真正地址EA

间接寻址编程 

JMP是一个跳转指令，@是间接寻址的特征符号

假如80是调用子程序的命令，那么81就一定是程序的断点

程序为了能够返回，断点必须保存，我们可以将地址保存在A中

过程：主程序开始执行，调用了子程序，所以进入子程序，子程序执行完，看到JMP，进行跳转，跳转到A所在内存单元中保存的地址的地方，比如A保存了202，就跳到地址为202的地方去，而不是跳到A的地址

5、寄存器直接寻址

在寄存器寻址的指令字中，地址码字段直接指出了寄存器编号，其操作数在寄存器内。

Ri 是一个编号，计算机在给出的编号中找到需要的操作数，执行阶段不访存，因为操作数保存在寄存器中

寄存器间接寻址

操作数保存在内存单元中，寄存器中保存的是操作数的地址

与寄存器直接寻址相比，指令的执行阶段还需访问主存。因有效地址不是存放在存储单元中，它比间接寻址少访存一次。

7、基址寻址

（1）采用专用寄存器作基址寄存器

将BR和A相加送入加法器ALU，相加得到的地址即为操作数在内存单元中的地址

 只有形式地址A可修改

（2）采用通用寄存器作基址寄存器   ER=R0+A

8、变址寻址

如何使用变址寻址对数组进行操作？

例：设数据块首地址为D，求N个数的平均值

用直接寻址和间接寻址作比较：

直接寻址：N个数进行累加，结果保存在ACC中，采用立即数寻址进行除法，这种情况我们需要N+2条指令

变址寻址时：

为了保证累加和在ACC中，第一步将ACC清零 ，第二步X(变址寄存器)也清零，然后我们采用变址的方式，将ACC中的内容和给定内存单元中的内容做加法，共需要8条指令

 

 若用变址寻址，则只要改变变址寄存器的内容,而保持指令“ADDX,D”不变，便可依次完成N个数相加。该程序仅用了8条指令,而且随N的增加，指令数不变,指令所占的存储单元大大减少。
 

9、相对寻址

由图中可见，操作数的位置与当前指令的位置有一段距离A。

相对寻址的最大特点是转移地址不固定，它可随PC值的变化而变化，因此，无论程序在主存的哪段区域，都可正确运行，对于编写浮动程序特别有利。例如还是刚才那个例子，有一条转移指令“BNE M" ,它存于M +3单元内，如下图

 

 显然，随程序首地址改变，M也改变。如果采用相对寻址，将“BNE M”直接改写为“BNE * -3”
，就可使该程序浮动至任一地址空间都能正常运行。因为从第M +3条指令转至第M条指令，其相对位移量为-3，故当执行第M+3条指令“BNE * -3”时，其有效地址为EA = (PC) +( -3) =M +3-3=M
直接指向了转移后的目标地址。

相对寻址也可与间接寻址配合使用。

当前的这条指令和M之间的位移是固定的，假如我们把当前这条PC值减3，并在指令中用补码的形式表示，我们就可以直接跳转到下一条指令的位置

按字节寻址的相对寻址举例

现在的计算机中，一条指令可能还没执行完，PC的值就以发生修改，比如每当CPU从存储器取出一个字节时，即自动完成(PC) +1-→PC

10、堆栈寻址

由上到下，地址依次增加

由于SP始终指示着栈顶地址,因此不论是执行进栈(PUSH)，还是出栈(POP) ,SP的内容都需发生变化。若栈底地址大于栈顶地址,则每次进栈(SP) ---->SP，每次出栈(SP)+ --->SP。取值与主存编址方式有关。若按字编址,则A取1(如图7.18所示);若按字节编址，则需根据存储字长是几个字节构成才能确定，例如字长为16位,则=2，字长为32位, =4。

 

 

 A是一个寄存器的内容，SP指出栈顶的地址

进栈过程：

1、SP-1，由原来的200H-1=1FFH

2、内容15压入栈中

 

出栈：将栈顶内容送入指定的寄存器（如：ACC）

1、把15送入ACC中

2、 SP+1

 

 (3) SP的修改与主存编址方法有关

存储字长16时，一个存储字占两个字节

存储字长32时，一个存储字占四个字节

 

前言

寻址方式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，它与硬件结构紧密相关，而且直接影响指令格式和指令功能。

一、寻址方式的分类

寻址方式分为：指令寻址和数据寻址两大类。

指令寻址又可分为：顺序寻址和跳跃寻址两大类。

数据寻址方式种类较多可分为：立即寻址，直接寻址，隐含寻址，间接寻址，寄存器寻址，寄存器间接寻址，基址寻址，变址寻址，相对寻址九大类。

二，指令寻址 

        1，顺序寻址

顺序寻址可通过计数器PC加1，自动形成下一条指令的地址；

如图讲解，程序的首地址为0，只要先将0送至程序计数器PC中，启动机器运行后，程序便按0，1，2，3顺序执行。其中1,2,3号指令均有PC自动依次加一形成。

        2，跳跃寻址

跳跃寻址是通过转移类指令实现。

如图讲解，程序执行到第3号地址时，因第3号地址为“JMP 7”，故执行完第3号指令后，便无条件将 7 送至PC，此刻指令地址跳过4，5，6三条 ，直接执行第7条指令。这就是跳跃寻址。

三，数据寻址

数据寻址的方式种类较多，在指令字中必须设一字段来指明属于哪一种寻址方式。

指令的地址码字段通常不代表操作数的真实地址，故把它称为形式地址，记作A。操作数的真实地址称为有效地址，记作EA，它是由寻址方式和形式地址共同确定的。

指令的格式如下图：

指令的格式

操作码

寻址特征

形式地址A

为了便于分析，假设指令字长，存储字长，机器字长均相等。

1，立即寻址

        立即寻址的特点是操作数设在指令字内，即形式地址A不是操作数地址，而是操作数本身，又称为立即数。数据是采用补码存放的。

优点：是只要取出指令就能立即获得操作数，在执行阶段不必再访问存储器。

缺点：A的位数限制了这类指令所能表达的立即数的范围。

 2，直接寻址

        直接寻址的特点是指令中的形式地址A就是操作数的实际地址EA。即：

EA=A

优点：寻找操作数比较简单，不需要专门计算操作数的地址，在指令执行阶段对主存只访问一次。

缺点：A的范围限制了操作数的寻址范围，而且必须修改A的值，才能修改操作数的地址。

3，隐含寻址

        隐含寻址是指指令字中不明显的给出操作数的地址，其操作数的地址隐含在操作码或者某个寄存器中。例如一地址格式的加法指令只给出一个操作数的地址，另一个操作数隐含在累加器ACC中，这些ACC就成了另一个操作数的地址。

如图所示： 

优点：在指令字中少了一个地址，因此，这种方式的指令有利于缩短指令字长。

4，间接寻址 

        形式地址不直接指出操作数的地址，而是指出操作数有效地址所在的存储单元地址，也就是说有效地址是由形式地址间接提供的，即为间接寻址。

优点：1，扩大了操作数的寻址范围。

           2，便于编制程序。例如间接寻址可以很方便地完成子程序的返回。如下图

 缺点：是指令在执行阶段需要访问两次内存（一次间接寻址）或多次（多次间接寻址），使执行时间延长。

5，寄存器寻址

在寄存器的指令中，地址码字段直接指出了寄存器的编号，即EA=Ri.

如下图示：

优点：操作数不在主存中，而在寄存器中，故寄存器寻址在指令执行阶段无需访存，减少执行时间。地址字段只需指明寄存器编号（寄存器数量有限），故指令字较短，节省了存储空间。

6，寄存器间接寻址

        寄存器寻址指令中的Ri的内容不是操作数，而是操作数所处在主存单元的地址号，即有效地址EA=(Ri)，与寄存器寻址相比指令的执行阶段还需要访存，但他比间接寻址少访存一次。

 

 7，基址寻址

基址寻址需设基址寄存器BR，其操作数的有效地址EA等于指令字中的形式地址与基址寄存器中的内容相加，即

EA=A+（BR）

 基址寄存器可采用隐式和显式两种。

        隐式：在计算机内专门设有一个基址寄存器BR，不必指明该基址寄存器，只需有指令的寻址特征反映出基址寻址即可。

        显式：在一组通用寄存器里，由用户明确指出那个寄存器用作基址寄存器，存放基地址。

基址寻址主要用于为程序或数据分配存储空间，故基址寄存器的内容通常由操作系统或管理程序确定，在程序的执行过程中其值是不可变的，而指令字中的A是可变的。

        优点：基址寻址可以扩大寻址范围，寄存器位数可以大于形式地址A的位数。

8，变址寻址

变址寻址与基址寻址极为相似，其有效地址EA等于形式地址A与变址寄存器IX的内容相加之和，

即：EA=A+（IX）

 在变址寻址中，变址寄存器的内容是用户设定的，而指令之中的A 是不可改变的。

变址寄存器主要用于处理数组问题，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，便可容易形成数组中任意数据的地址，特别适合变址循环程序。

9，相对寻址

相对寻址的有效地址是将程序计数器PC的内容（当前指令的地址）与指令中的形式地址A相加之和，即：EA=（PC）+A

相对寻址常被用于转移类指令，转以后的目标地址与当前指令有一段距离，称为相对位移量，他有指令字的形式地址A给出，故又称A 为位移量。位移量A可正可负，通常用补码表示。 

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 文章部分图片引用《计算机组成原理》——唐朔飞

7.3 寻址方式
寻址方式是指：确定本条指令的操作数地址或者是下一条要执行指令的指令地址。所以寻址方式就是如何找到操作数地址和指令地址。
一，指令寻址主要有两种方式
顺序寻址
指令执行完以后顺序的去取下一条指令即PC+1。这个1不是简单的1。根据不同机器的不同机器字长和可变指令长度，这个1不只是1.
跳跃
由转移指令指出

二，数据寻址
数据寻址方式比较多也比较复杂
操作码+寻址特征+形式地址
比如我们给出如上的指令格式是单地址指令，中间的寻址特征表示应该用怎么样的寻址方式找到数据的地址。这个地址字段给出的名称我们叫做形式地址，所谓的形式地址是在指令当中使用到的地址，那么形式地址并不是哪个我们要找到的数据所在的存储单元或者寄存器它的真实地址，所以我们要利用形式地址和寻址方式进行一定的运算或者是转换才能得到真实的有效的地址。为了讲解的方便，我们做如下约定，假设指令字长=存储字长=机器字长，这样的话可以简化我们的例子，是我们的讲解可以更容易理解。第一种寻址方式
1.立即数寻址，那么形式地址部分给出来的就直接是操作数，这个数据直接参数操作码指定的运算。那么如果我们采用立即数寻址方式的话，那么指令格式就变成OP+#+立即数这种格式格式。在译码的过程中，如果发现寻址特征标识是#号的好，它表示后面的数据是立即数。
如果采用立即数寻址的话，操作数在去指令的过程当中实际上已经被取到了CPU当中，所以在指令的执行过程当中，CPU不需要再一次的进行访存。
2.直接寻址
就是指有效地址就等于形式地址，直接寻址给出的就是直接的物理内存地址，这样的话我们利用内存单元地址，去访问内存，从这个单元当中把操作数取出，完成操作码部分给定的操作，把操作数送去到ACC这个寄存器当中去。那我们就完成了直接寻址指令的操作。这样的指令在操作过程当中需要访问一次存储器。当然这是我们对指令格式的假设，我们假设在指令当中只有一个地址码字段。形式地址的位数就决定了，这条指令它的操作数寻址范围，如果形式地址的位数过短的话，那么它的寻址范围会非常小。这种方式地址码字段非常难已修改，编程非常的难，比如说我们要对一个数组里的每一个数据进行加一操作，用循环的方式来做，那么这条指令就很难去实现，除非我们有另外一条指令，那条指令能够把我们这条LOAD指令从内存当中取出，并且能够修改地址码部分，那么我们才可以用循环程序的方式来完成我们需要的操作。
3.隐含寻址
我们把寻址方式隐藏到操作码当中，或者是参与运算的某一个数据，或者是它所在的位置由操作码直接给出。比如ADD操作码+寻址特征+形式地址这种格式。那么隐含寻址当中的一个数就表明在ACC这个寄存器当中，而形式地址部分的寻址方式还是由寻址特征给出。这种方式可以减少地址码位数增加指令长度。

4.间接寻址
就是C语言里面的指针的指针。

5.寄存器寻址
速度快

6.寄存器间接寻址
数据在内存，但是数据在内存的地址是保存在寄存器中的。

7.基址寻址
（1）采用专用寄存器作为基址寄存器
有效地址=基地址+偏移量
这种方式的好处是可以扩大寻址范围
非常有利于多道程序设计，为什么这么说呢？多道程序分时进行执行的时候，可以将程序的首地址放入基地址寄存器当中，然后动态的形成操作数地址。在计算机领域当中，把它称为程序的动态定位。一般来说，基地址寄存器的内容是由操作系统或者管理程序来确定的。用户不能修改基地址寄存器，只能修改形式地址寄存器。通常情况下，基寻址主要用于多道程序的设计，来动态的生成形式地址，来动态的装入。

（2）通用寄存器作为基址寄存器
那么指令格式就变成了OP+寻址特征+R0+地址部分
R0是可以由用户指定的，但是基址寄存器的内容由操作系统确定，在程序的执行过程的R0内容不变，地址部分可变。

8.变址寻址
采用专用寄存器或者在通用寄存器中选指定一个寄存器，做为变址寄存器这就看CPU是如何设计的或者指令集是如何设计的。这个可以由用户来指定。那么这个寄存器的内容可以改变，但是在程序运行过程中只能由操作系统改变。地址部分内容不能改变。指令格式还是OP+寻址特征+形式地址。和基址寻址非常类似，在形成有效地址的过程当中我们要利用一个加法器，把A的内容和变址寄存器的内容向加，得到的结果就是我们操作数所在的内存单元的地址，我们用这个单元的地址去访问内存的单元，就可以获得那个操作数。这种方式也可以扩大寻址范围。变址寄存器的内容是可以改变的，形式地址的部分不能改变，这个特征非常适合处理数组的问题，如果我们队数组进行循环操作的话，那么形式地址部分的内容表示数组的起始地址，变址寄存器的内容可以作为数组的下标。下面我们看一个例子 ：
设数据块首地址为D，求N个数的平均值
如果是直接寻址方式的话
LDA D 将D中的数据取到ACC当中
ADD D+1 将D+1中的数据和ACC中的数据进行相加
ADD D+2 将D+2中的数据和ACC中的数据进行相加
ADD D+3将D+3中的数据和ACC中的数据进行相加
…
ADD D+（N-1） 将D+（N-1）中的数据和ACC中的数据进行相加
DIV #N 然后利用立即数寻址的方式，进行除法运算得出平均值，保存在ACC中
STA ANS 将ACC中的值写入到指定的内存中。
我们需要执行指令的条数是N+2条

如果采用变址寻址那么就简单多了，可以减少程序指令在内存当中所占的资源。
LDA #0 立即数寻址的方式对ACC进行清0
LDX #0 将变址寄存器的内容清0
ADD X,D 用变址寻址方式做加法
INX 变址寄存器+1——>变址寄存器
CPX #N 变址寄存器的内容和N进行比较
BNE M 如果不满足条件就跳转回到ADD X,D这条指令处，
DIV #N
STA ANS
这种方式只需要 8条指令

9.相对寻址
指令格式依然是OP+特征部分+地址部分
（1）相对寻址是相对于当前PC的值进行偏移来寻址的，那么该偏移值可正可负可补码。这种方式寻址适用于浮动的程序，比较广泛的被用来进行指令的转移。在多道程序分时系统的环境下，指令的实际地址是在变化的。应用程序没法准确的知道指令的所在内存的实际地址值，所以就通过当前PC值+相对PC值来进行指令的跳转。
（2）按字节寻址的相对寻址举例
当代的CPU都是在指令还未取之前PC的值就自动的加上指令的长度了。所以在进行相对寻址的时候，要考虑到偏移量是否准确。

10.堆栈寻址