计算机体系结构中的指令寻址方式详解
计算机体系结构中的指令寻址方式详解
寻址方式是计算机体系结构中的一个重要概念，它决定了指令和数据在存储器中的定位方式。本文详细介绍了指令寻址和数据寻址的多种方式，包括顺序寻址、跳跃寻址、隐含寻址、立即数寻址、直接寻址、间接寻址、寄存器寻址、寄存器间接寻址、相对寻址、基址寻址、变址寻址和堆栈寻址等。通过理解这些寻址方式的原理和应用场景，可以更好地掌握计算机体系结构和编写高效的汇编语言程序。
一、指令寻址
（一）顺序寻址
通过程序计数器PC加1(1条指令的长度),自动形成下一条指令的地址。
PC 自增的大小与编址方式、指令字长有关。现代计算机通常是按字节编址的，若指令字长为16位，则 PC自增为(PC)+2;若指令字长为32位，则PC自增为(PC)+4。
（二）跳跃寻址
通过转移类指令实现。跳跃是指由本条指令给出下条指令地址的计算方式。而是否跳跃可能受到状态寄存器的控制，跳跃的方式分为绝对转移(地址码直接指出转移目标地址)和相对转移(地址码指出转移目的地址相对于当前PC 值的偏移量),由于CPU总是根据PC的内容去主存取指令的，因此转移指令执行的结果是修改PC 值，下一条指令仍然通过PC 给出。
二、数据寻址
数据寻址是指如何在指令中表示一个操作数的地址，或怎样计算出操作数的地址。数据寻址的方式较多，为区别各种方式，通常在指令字中设置一个寻址特征字段，用来指明属于哪种寻址方式(其位数决定了寻址方式的种类),由此可得指令的格式如下所示：
操作码 寻址特征 形式地址A
一地址指令：
二地址指令：
指令中的地址码字段并不代表操作数的真实地址，这种地址称为形式地址，即A。形式地址结合寻址方式，可以计算出操作数在存储器中的真实地址，这种地址称为有效地址，即EA，(A)表示地址为A的数值，A既可以是寄存器编号，又可以是内存地址。
还有三地址指令、四地址指令等：
常见的寻址方式分为以下几种：
寻址方式 有效地址 访存次数 备注
隐含寻址 程序指定 0 ——
立即寻址 A即是操作数 0 ——
直接寻址 EA=A 1 ——
一次间接寻址 EA=（A） 2 ——
寄存器寻址 EA=Ri 0 ——
寄存器间接一次寻址 EA=（Ri） 1 ——
相对寻址 EA=（PC）+ A 1 属于偏移寻址，用于指令转移
基址寻址 EA=（BR）+ A 1 属于偏移寻址，用于多道程序
变址寻址 EA=（IX）+ A 1 属于偏移寻址，用于循环程序
堆栈寻址 入栈/出栈时EA的确定方式不同 硬堆栈不访存，软堆栈访存1次 ——
（一）隐含寻址
这种类型的指令，不是明显地给出操作数的地址，而是在指令中隐含着操作数的地址。例如单地址指令格式，就不给出第二操作数的地址，而是规定累加器ACC作为第二操作数的地址，指令中只是明显指出第一操作数。隐含寻址的优点是有利于缩短指令字长，缺点是需要增加存储操作数的硬件和存储隐含地址的硬件。
（二）立即（数）寻址
这种类型的指令的地址码字段指出的不是操作数的地址，而是操作数本身，又叫立即数。数据采用补码的形式存放。立即寻址的优点是指令在执行阶段不访问主存，指令执行的时间最短，缺点是A的位数限制了立即数的范围。（在定长指令码格式下，所有指令的长度都是一样的，这时候取每条指令的时间都一样，执行指令时立即数寻址最快，但是如果在变长指令码下，受到形式地址位数的限制，如果操作数比较大，那立即寻址方式在取指令的时间上要用时更多一点）
（三）直接寻址
这种类型的指令的地址码字段的形式地址就是操作数的真实地址，取数操作直接取地址里面的内容，它的有点是简单，只需要访问一次主存，不需要专门计算操作数的地址，缺点是A的位数决定了该指令操作数的寻址范围，操作数的地址不易修改，相对于立即寻址，直接寻址缩短了指令的长度。
注意：
（1）寻址范围为正数，因为主存地址没有负的；
（四）间接寻址
这种类型的指令是相对于直接寻址而来的，在直接寻址中，形式地址就是真实地址，在间接寻址中，形式地址是操作数地址的地址，即EA=（A），间接寻址可以是一次间接，也可以是多次间接。它的优点是可以扩大寻址范围，因为EA的位数大于A的位数，便于编制程序，可以方便地实现子程序的返回，缺点是在执行使需要多次访问内存，访问速度慢。这种寻址方式并不常用。一般扩大寻址范围都采用寄存器间接寻址。毕竟访问寄存器更快一点。
（五）寄存器寻址
这种类型的指令是直接给出操作数所在的寄存器的编号，EA=Ri，操作数就在Ri内存放。寄存器寻址的优点是指令在执行阶段不访问主存，只访问寄存器，因此执行速度快，因为寄存器数量少，所以寄存器编号所占的位数也少，指令字长也比较短。缺点是寄存价格昂贵，计算机中寄存器的个数也是有限的。
（六）寄存器间接寻址
这种类型的指令是相对于寄存器寻址的，指令中还是直接给出寄存器的编号，但是寄存器中存放的不是操作数而是操作数所在的地址，EA=(Ri)。它的优点是扩大了寻址范围，比间接寻址速度更快，但是指令执行阶段还是要访问主存的。
（七）相对寻址
这种类型的指令是将程序计数器PC中的内容与指令中的形式地址A相加，从而得出操作数的有效地址EA=(PC)+A，A是相对于当前指令地址的位移量，用补码表示，可正可负。
相对寻址的优点是，操作数的地址是不固定的，它随着PC值的变化而变化，并且与指令地址之间总是相差一个固定值，因此便于程序的浮动（随着操作系统功能的日渐强大，程序在主存中的位置不是固定不变的）。相对寻址用于控制程序的执行顺序、转移等。
相对寻址经常在选择题和大题的小问中考察，形式地址A（相对于当前指令地址的位移量）常用OFFSET（相对于当前指令的指令位移量）表示，注意转移后的地址=(PC)+指令长度+OFFSET*指令长度。
（八）基址寻址
这种类型的指令是将CPU中基址寄存器BR的内容加上指令格式中的形式地址，形成操作数的真实地址，EA=（BR）+A。其中，基址寄存器既可以采用专用寄存器，也可以采用通用寄存器。
基址寄存器是面向操作系统的，它的内容由操作系统或管理程序确定，主要用于解决程序逻辑空间与存储器物理空间的无关性。程序运行过程中，基址寄存器中的内容是不变的，形式地址是可变的。如果采用通用寄存器作为基址寄存器，可以由用户决定哪个寄存器作为基址寄存器，但是内容还是由操作系统决定。
基址寻址的优点是可以扩大寻址范围（基址寄存器的位数大于A的位数），用户不用考虑自己的程序存放在主存的哪个区域，有利于多道程序设计，可用于编址浮动程序，常用于为程序和数据分配存储空间。
（九）变址寻址
这种类型的指令是将指令中的形式地址与变址寄存器IX内容相加，得到真实地址，EA=（IX）+A，也可以用通用寄存器作为变址寄存器。
与基址寻址相反，变址寻址是面向用户的，在程序执行的过程中，变址寄存器中的内容是可以由用户改变的，用作偏移量，而形式地址A则不变，作为基地址。
变址寻址的优点是可以扩大寻址范围（变址寄存器的位数大于A的位数），主要用在数组处理过程中，可以设定A为数组首地址，然后不断改变IX中的值即可形成数组中任意一个数据的地址，适合编制循环程序。IX的位数足以表示整个存储空间。
另外，在这里说一下基址寻址和变址寻址的区别：
基址寻址实现的是程序段之间的转移，比如设置基址为0，我在100那个有个程序，利用基址寻址到100（一顿执行，此处省略~）。我在200又有个程序，再利用基址寻址到200。是不是每次一条指令就可以完成？所以对于基址寻址功能的描述中有一句：实现程序的动态再定位。
变址寻址适合循环，那是怎么实现的呢？常使用的for循环都知道，每次加1。是一个固定的值。从100开始，下次101，下次102… …用基址寻址实现可不可以呢？当然可以！按照基址寻址中基址不变的原则，更改后面的偏移量就可以。那相当于100次偏移，要100个不同的指令（后面的偏移量不同）。那变址如何实现的呢？变址寻址把100存在式子里的C中，通过改变变址寄存器中的数值，一次加1。指令中放的可都是寄存器的编号，虽然寄存器数值变了，编号还是固定的。
（十）堆栈寻址
堆栈是存储器中的一块按照后进先出原则管理的存储区，改存储区中被读/写单元的地址是由一个特定的寄存器给出的，该寄存器称为堆栈指针SP。堆栈可分为硬堆栈和软堆栈，硬堆栈是指寄存器堆栈，由于制作成本高，不适合做大容量，一般采用软堆栈，即从主存中划分出一段区域来作为堆栈。
在采用堆栈结构的计算机系统中，大部分指令表面上都表现为无操作数指令的形式，因为操作数地址都隐含了SP。通常在读或写堆栈中的一个单元的前后都伴有自动完成对SP内容的增减。