寫在前面：本文參考王道考研的計算機組成書籍。

簡述各常見尋址方式的特點和適用情況

基址尋址和變址尋址的區別

文章目錄

• 第四章 指令系統
• • 4.1指令格式
  • 4.2 指令的尋址格式
  • • 4.2.1 指令尋址和數據尋址
    • • 1 指令尋址
      • 2 數據尋址
    • 4.2.2 常見的數據尋址方式
    • • 1 隱含尋址
      • 2 立即（數）尋址
      • 3 直接尋址
      • 4 間接尋址
      • 5 寄存器尋址
      • 6 寄存器間接尋址
      • 7 相對尋址
      • 8 基址尋址
      • 9 變址尋址
  • 4.3 CISC和RISC的基本概念

第四章 指令系統

4.1指令格式

4.2 指令的尋址格式

尋址方式是指尋找指令或操作數有效地址的方式，即確定本條指令的數據地址及下一條待執行指令的地址的辦法。 尋址方式分為指令尋址和數據尋址兩大類。

指令中的地址碼字段并不代表操作數的真實地址，這種地址稱為形式地址(A).形式地址結合尋址方式，可以計算出操作數在存儲器中的真實地址，這種地址稱為有效地址（EA）。

注意：（A）表示地址為A的數值，A既可以是寄存器編號，也可以是內存地址。對應的（A）就是寄存器中的數值，或相應內存單元的數值。例如，EA=（A）意思是有效地址是地址A中的數值。

4.2.1 指令尋址和數據尋址

尋址方式分為指令尋址和數據尋址兩大類。尋找下一條將要執行的指令地址稱為指令尋址；尋找操作數的地址稱為數據尋址。

1 指令尋址

需要注意的是，每條指令的執行都分為“取指令”和“執行指令”兩部分， CPU在取出指令之后，執行指令之前，就會自動讓PC值+1.

2 數據尋址

數據尋址是指如何在指令中表示一個操作數的地址，如何用這種表示得到操作數或怎樣計算出操作數的地址。

數據尋址的方式有很多，為區別各種方式，通常在指令字中設一個字段，用來指明屬于哪種尋址方式， 由此可得指令的格式如下所示：

4.2.2 常見的數據尋址方式

1 隱含尋址

這種類型的指令不明顯地給出操作數的地址，而在指令中隱含操作數的地址。例如，單地址的指令格式就不明顯地在地址字段中指出第二操作數的地址，而規定累加器作為第二操作數地址。因此，累加器對單地址指令來說是隱含尋址。

優點： 有利于縮短指令字長；
缺點：需要增加存儲操作數或隱含地址的硬件。

2 立即（數）尋址

這種類型的指令的地址字段指出的不是操作數的地址，而是操作數本身，又稱立即數。 數據采用補碼形式存放。

優點： 指令在執行階段不訪存，指令執行時間最短；
缺點：A的位數限制了立即數的范圍。

3 直接尋址

指令字中的形式地址A是操作數的真實地址，即EA=A。

優點： 簡單，指令在執行階段僅訪存一次，不需要專門計算操作數的地址；

缺點：A的位數決定了該指令操作數的尋址范圍，操作數的地址不易修改。

4 間接尋址

間接尋址是相對于直接尋址而言的，指令的地址字段給出的形式地址不是操作數的真正地址，而是操作數有效地址所在的存儲單元的地址，也就是操作數地址的地址，即EA=(A)。間接尋址可以是一次間接尋址，也可以是多次間接尋址。

在上圖中，主存字第一位為1時，表示取出的仍不是操作數的地址，即多次間址；主存字第一位為0時，表示取得的是操作數的地址。

間接尋址的優點：
可擴大尋址范圍，便于編制程序（用間接尋址可方便地完成子程序返回）；

缺點：
指令在執行階段多次訪存（一次間接尋址需要兩次訪存，多次間接尋址需要根據存儲字的最高位數確定訪存次數）。由于訪問速度過慢，所以這種尋址方式不常用。一般問擴大尋址范圍時，通常指的是寄存器間接尋址。

5 寄存器尋址

寄存器尋址是指在指令字中直接給出操作數所在的寄存器編號，即$EA=R_i$，其操作數在Ri所指的寄存器中。

優點： 執行在執行階段不訪問主存，地址碼長度較小，執行速度快，支持向量/矩陣運算。

缺點： 寄存器價格昂貴，寄存器個數有限。

6 寄存器間接尋址

寄存器間接尋址是指在寄存器Ri中給出的不是一個操作數，而是操作數所在主存單元的地址， 即$EA=(R_i)$。

優點： 與一般間接尋址相比速度更快
缺點：但是需要訪問主存

下面講的 相對尋址、基址尋址和變址尋址都是偏移尋址。

7 相對尋址

相對尋址是把程序計數器（PC）的內容加上指令格式中的形式地址A而形成操作數的有效地址，即$EA=(PC)+A$，其中A是相對于下一條指令地址的偏移量，可正可負，補碼表示。

在上圖中，A的位數決定操作數的尋址范圍。

相對尋址的優點：

操作數的地址不是固定的，它隨PC值的變化而變化，且與指令地址之間總是相差一個固定值，因此便于程序浮動，相對尋址廣泛應用于轉移指令。

8 基址尋址

基址尋址是指將CPU中基址寄存器（Baseaddress Register ,BR）的內容加上指令格式中的形式地址A而形成操作數的有效地址。即EA=(BR)+A 。其中基址寄存器既可以采用專用寄存器，也可以采用通用寄存器。

基址寄存器是面向操作系統的，其內容由操作系統或管理程序確定，主要用于解決程序邏輯空間與存儲器物理空間的無關性。 在程序執行過程中，基址寄存器BR的內容不變（作為基地址），形式地址可變（作為偏移量）。采用通用寄存器作為基址寄存器時，可由用戶決定哪個寄存器作為基址寄存器，但其內容仍由操作系統確定。

程序運行前，CPU將BR的值修改為該程序的起始地址

基址尋址的優點：
擴大尋址范圍（基址寄存器的位數大于形式地址A的位數）；用戶不用考慮自己的程序存于主存的哪個空間區域，因此有利于多道程序合計，并可用于編制浮動程序，但偏移量（形式地址A)的位數較短。

9 變址尋址

變址尋址是指有效地址EA等于指令字中的形式地址A與變址寄存器（Index Register，IX）的內容之和,即EA=（IX）+A，其中IX為變址寄存器（專用），也可用通用寄存器作為變址寄存器。

變址寄存器是面向用戶的，在程序執行過程中，變址寄存器IX
的內容可由用戶改變（作為偏移量），形式地址A不變（作為基地址）。

變址尋址的優點：

擴大尋址范圍；在數組處理過程中，可設定形式地址A為數組的首地址，不斷改變變址寄存器IX的內容，便可很容易形成數組中任一數據的地址，特別適合編制循環程序。偏移量（變址寄存器IX）的位數足以表示整個存儲空間。

4.3 CISC和RISC的基本概念

對比項目CISCRISC

指令系統	復雜，龐大	簡單，精簡
指令數目	一般大于200條	一般小于100條
指令字長	不固定	定長
可訪存指令	不加限制	只有Load/Store指令
各種指令執行時間	相差較大	絕大多數在一個周期內完成
各種指令使用頻率	相差很大	都比較常用
通用寄存器數量	較少	多
目標代碼	難以用優化編譯生成高效的目標代碼程序	采用優化的編譯程序，生成代碼較為高效
控制方式	絕大多數為微程序控制	絕大多數為組合邏輯控制
指令流水線	可以通過一定方式實現	必須實現

總結

以上是生活随笔為你收集整理的计算机组成原理第4章-指令系统的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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