指令和數(shù)據(jù)的尋址方式.ppt

43 指令和數(shù)據(jù)的尋址方式,操作數(shù)或指令在存儲(chǔ)器中的地址：某個(gè)操作數(shù)或某條指令存放在某個(gè)存儲(chǔ)單元時(shí)其存儲(chǔ)單元的編號。 在存儲(chǔ)器中，操作數(shù)或指令寫入或讀出的方式，有三種：地址指定方式、相聯(lián)存儲(chǔ)方式和 堆棧存儲(chǔ)方式。 當(dāng)采用地址指定方式時(shí)，形成操作數(shù)或指令地址的方式，稱為尋址方式。尋址方式分為兩類，即指令尋址方式和數(shù)據(jù)尋址方式。 指令的尋址方式有兩種，一種是順序?qū)ぶ贩绞剑硪环N是跳躍尋址方式。 4.3.1 指令的尋址方式 1. 順序?qū)ぶ贩绞?指令地址在內(nèi)存中按順序安排，當(dāng)執(zhí)行一段程序時(shí)，通常是一條指令接一條指令的順序執(zhí)行。 為此，必須使用程序計(jì)數(shù)器（又稱指令指針寄存器）PC來計(jì)數(shù)指令的順序號，該順序號就是指令在內(nèi)存中的地址。 2. 跳躍尋址方式 當(dāng)程序轉(zhuǎn)移執(zhí)行的順序時(shí)，指令的尋址就采取跳躍尋址方式。所謂跳躍，是指下條指令的地址碼不是由程序計(jì)數(shù)器給出，而是由本條指令給出。程序跳躍后，按新的指令地址開始順序執(zhí)行。,4.3.2 操作數(shù)尋址方式,所謂操作數(shù)的尋址方式，就是形成操作數(shù)的有效地址的方法。 例如，一種單地址指令的結(jié)構(gòu)如下所示，其中用X，I，D各字段組成該指令的操作數(shù)地址。 操作碼OP 變址X 間址I 形式地址D 指令中操作數(shù)字段的地址碼是由形式地址和尋址方式特征位等組合形成，因此，一般來說，指令中所給出的地址碼，并不是操作數(shù)的有效地址。 因此，尋址過程就是把操作數(shù)的形式地址，變換為操作數(shù)的有效地址的過程。 1. 隱含尋址 在指令中不明顯的給出而是隱含著操作數(shù)的地址。例如，單地址的指令格式，沒有在地址字段中指明第二操作數(shù)地址，而是規(guī)定累加寄存器AC作為第二操作數(shù)地址，AC對單地址指令格式來說是隱含地址。 2. 立即尋址 指令的地址字段指出的不是操作數(shù)的地址，而是操作數(shù)本身。這種方式的特點(diǎn)是指令執(zhí)行時(shí)間很短，不需要訪問內(nèi)存取數(shù)。 例如：單地址的移位指令格式為 OP(移位) F D 這里D不是地址，而是一個(gè)操作數(shù)。F為標(biāo)志位，當(dāng)F1，操作數(shù)進(jìn)行右移；當(dāng)F0時(shí)，操作數(shù)進(jìn)行左移。,432 操作數(shù)尋址方式,直接尋址：是一種基本的尋址方法，其特點(diǎn)是：在指令格式的地址字段中直接指出操作數(shù)在內(nèi)存的地址D。 采用直接尋址方式時(shí)，指令字中的形式地址D就是操作數(shù)的有效地址E，既ED。因此通常把形式地址D又稱為直接地址。此時(shí)，由尋址模式給予指示。 如果用S表示操作數(shù)，那么直接尋址的邏輯表達(dá)式為 S（E）（D） 間接尋址：是相對于直接尋址而言的，在間接尋址的情況下，指令地址字段中的形式地址D不是操作數(shù)的真正地址，而是操作數(shù)地址的指示器，或者說D單元的內(nèi)容才是操作數(shù)的有效地址。 如果把直接尋址和間接尋址結(jié)合起來，指令有如下形式： 操作碼 I D 尋址特征位I0，表示直接尋址，這時(shí)有效地址ED；I1，表示間接尋址，這時(shí)有效地址E（D）。 間接尋址方式是早期計(jì)算機(jī)中經(jīng)常采用的方式，但由于兩次訪存，影響指令執(zhí)行速度，現(xiàn)在已不大使用。,432 操作數(shù)尋址方式,寄存器尋址方式和寄存器間接尋址方式：當(dāng)操作數(shù)不放在內(nèi)存中，而是放在CPU的通用寄存器中時(shí)，可采用寄存器尋址方式。此時(shí)指令中給出的 操作數(shù)地址不是內(nèi)存的地址單元號，而是通用寄存器的編號。 寄存器尋址方式和寄存器間接尋址方式的區(qū)別在于：指令中的寄存器內(nèi)容不是操作數(shù)，而是操作數(shù)的地址，該地址指明的操作數(shù)在內(nèi)存中。 相對尋址：是把程序計(jì)數(shù)器PC的內(nèi)容加上指令格式中的形式地址D而形成操作數(shù)的有效地址。 程序計(jì)數(shù)器的內(nèi)容就是當(dāng)前指令的地址?！跋鄬Α睂ぶ?，就是相對于當(dāng)前的指令地址而言。 采用相對尋址方式的好處是程序員無須用指令的絕對地址編程，所編程序可以放在內(nèi)存任何地方。 此時(shí)形式地址D通常稱為偏移量，其值可正可負(fù)，相對于當(dāng)前指令地址進(jìn)行浮動(dòng)。 基址尋址方式：將CPU中基址寄存器的內(nèi)容加上指令格式中的形式地址而形成操作數(shù)的有效地址。 它的優(yōu)點(diǎn)是可以擴(kuò)大尋址能力。同形式地址相比，基址寄存器的位數(shù)可以設(shè)置得很長，從而可以在較大的存儲(chǔ)空間中尋址。,432 操作數(shù)尋址方式,變址尋址方式：把CPU中某個(gè)變值寄存器的內(nèi)容與偏移量D相加來形成操作數(shù)的有效地址。 使用變址尋址方式的目的不在于擴(kuò)大尋址空間，而在于實(shí)現(xiàn)程序塊的規(guī)律性變化。 塊尋址方式：塊尋址方式經(jīng)常用在輸入輸出指令中，以實(shí)現(xiàn)外存儲(chǔ)器或外圍設(shè)備同內(nèi)存之間的數(shù)據(jù)塊傳送。塊尋址方式在內(nèi)存中還可用于數(shù)據(jù)塊搬家。 塊尋址時(shí)，通常在指令中指出數(shù)據(jù)塊的起始地址（首地址）和數(shù)據(jù)塊的長度（字?jǐn)?shù)或字節(jié)數(shù)）。 如果數(shù)據(jù)塊是變長的，可用三種方法指出它的長度： (1)指令中劃出字段指出長度； (2)指令格式中指出數(shù)據(jù)塊的首地址與末地址； (3)由塊結(jié)束字符指出數(shù)據(jù)塊長度。 操作碼 首地址 標(biāo)志位 末地址 段尋址方式：微型機(jī)中采用了段尋址方式，例如它們可以給定一個(gè)20位的地址，從而有1M存儲(chǔ)空間的直接尋址能力。為此將整個(gè)1M空間存儲(chǔ)器以64K為單位劃分成若干段。在尋址一個(gè)內(nèi)存具體單元時(shí)，由一個(gè)基地址再加上某些寄存器提供的16位偏移量來形成實(shí)際的20位物理地址。這個(gè)基地址就是CPU中的段寄存器。,433 尋址方式舉例,PDP/11系列機(jī)尋址方式 PDP/11系列機(jī)指令字長為16位，雖然指令系統(tǒng)中有單操作數(shù)指令和雙操作數(shù)指令，但操作數(shù)字段即地址部分均由6位二進(jìn)制構(gòu)成。例如雙操作數(shù)指令為： 15 12 11 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 操作碼 尋址方式 寄存器號 尋址方式 寄存器號 | 參閱表4.4PDP/11系列機(jī)的尋址方式，其主要特征是采用寄存器尋址 Pentium的尋址方式。 Pentium的外部地址總線寬度是36位，但它也支持32位的物理地址空間。其有效地址的尋址方式共有九種，參見表4.5 Pentium的尋址方式,例3 一種二地址RS型指令的結(jié)構(gòu)如下所示： 6位 4位 1位 2位 16位 OP -通用寄存器 I X 偏移量D 其中I為間接尋址標(biāo)志位，X為尋址模式字段，D位偏移量字段。通過I，X，D的組合，可構(gòu)成下表所示的尋址方式。 請寫出六種尋址方式的名稱。 尋址方式 I X 有效地址E算法 說明 (1) 0 00 E=D (2) 0 01 E=(PC)+D PC為程序計(jì)數(shù)器 (3) 0 10 E=(R2)+D R2為變址寄存器 (4) 1 11 E=(R3) (5) 1 00 E=(D) (6) 0 11 E=(R1)+D R1為基址寄存器 解： 直接尋址 相對尋址 變址尋址 寄存器間接尋址 間接尋址 基址尋址,例4 某16位機(jī)器所使用的指令格式和尋址方式如下所示，該機(jī)有兩個(gè)20位基址寄存器，四個(gè)16位變址寄存器，十六個(gè)16位通用寄存器，指令匯編格式中的S（源），D（目標(biāo)）都是通用寄存器，M是主存中的一個(gè)單元。三種指令的操作碼分別是MOV（OP）（A）H ，STA（OP）（1B）H ，LDA（OP）（3C）H。MOV是傳送指令，STA為寫數(shù)指令，LDA為讀數(shù)指令。,要求： 分析三種指令的指令格式與尋址方式特點(diǎn)。 CPU完成哪一種操作所花時(shí)間最短？哪一種操作所花時(shí)間最長？第二種指令的執(zhí)行時(shí)間有時(shí)會(huì)等于第三種指令的執(zhí)行時(shí)間嗎？ 下列情況下每個(gè)十六進(jìn)制指令字分別代表什么操作？其中如果有編碼不正確，如何改正才能成為合法指令？ (F0F1)H (3CD2)H (2856)H （6FD6)H （1C2)H 解：第一種指令是單字長二地址指令，RR型；第二種指令是雙字長二地址指令，RS型，其中S采用基址尋址或變址尋址，R由源寄存器決定；第三種也是雙字長二地址指令，RS型，其中R由目標(biāo)寄存器決定，S由20位地址（直接尋址）決定。 處理機(jī)完成第一種指令所花時(shí)間最短，因?yàn)槭荝R型指令，不需要訪問存儲(chǔ)器。第二種指令所花時(shí)間最長，因?yàn)槭荝S型指令，需要訪問存儲(chǔ)器，同時(shí)要進(jìn)行尋址方式的變換運(yùn)算（基址或變址），,這也需要時(shí)間。第二種指令的執(zhí)行時(shí)間不會(huì)等于第三種指令，因?yàn)榈谌N指令雖然也訪問存儲(chǔ)器，但節(jié)省了求有效地址運(yùn)算的時(shí)間開銷。 根據(jù)已知條件：MOV（OP）001010，STA（OP）011011，LDA（OP）111100,將指令的十六進(jìn)制格式轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制代碼且比較后可知：（F0F1）H （3CD2）H 指令代表LDA指令，編碼正確，其含義是把主存（13CD2）H 地址單元的內(nèi)容取至15號寄存器。 （2856)H 指令代表MOV指令，編碼正確，含義是把6號源寄存器的內(nèi)容傳送至5號目標(biāo)寄存器。 （6FD6）H 是單字長指令，一定是MOV指令，但編碼錯(cuò)誤，可改正為（28D6）H （1C2）H 是單字長指令，代表MOV指令，但編碼錯(cuò)誤，可改正為（28C2）H 。,44 堆棧尋址方式,堆棧是一組能存儲(chǔ)和取出數(shù)據(jù)的暫時(shí)存儲(chǔ)單元。 堆棧和其他形式的存儲(chǔ)器之間的差別就在于，它們對數(shù)據(jù)的存取方法或?qū)ぶ贩椒ㄓ兴煌?441 串聯(lián)堆棧 串行堆棧是由CPU當(dāng)中的一組專門的寄存器構(gòu)成。串行堆棧的最大優(yōu)點(diǎn)是速度快。 442 存儲(chǔ)器堆棧 串行堆棧存的容量有限，為了突破這種限制，使用了存儲(chǔ)器堆棧，其優(yōu)點(diǎn)在于： l 堆棧能夠具有程序員要求的任意長度； l 只要程序員喜歡，愿意建立多少堆棧，就能建立多少堆棧； l 可以用對存儲(chǔ)器尋址的任何一條指令來對堆棧中的數(shù)據(jù)進(jìn)行尋址。 存儲(chǔ)器堆棧使用CPU中的一個(gè)特殊寄存器作為堆棧指示器。 串聯(lián)堆棧和存儲(chǔ)器堆棧的操作方式不同，在串聯(lián)堆棧中，移動(dòng)的是數(shù)據(jù)，而在存儲(chǔ)器堆棧中，移動(dòng)的是棧頂。這主要和兩種堆棧的速度有關(guān)。 堆棧兩種操作：進(jìn)棧 、出棧,45 典型指令,451 指令的分類 一個(gè)較完善的指令系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)包括數(shù)據(jù)傳送類