一、指令和數據的尋址方式
操作數或指令在存儲器中的地址：某個操作數或某條指令存放在某個存儲單元時其存儲單元的編號
在存儲器中，操作數或指令字寫入或讀出的方式，有地址指定方式、相聯存儲方式和堆棧存取方式。
尋找方式：當采用地址指定方式時，形成操作數或指令地址的方式。
尋址方式分為兩類：指令尋址和數據尋址。
1）指令尋址：確定下一條預執行指令的指令地址
a、順序尋址：（PC）+1->PC 程序計數器自動加1
b、跳躍尋址：由轉移指令指出
2）數據尋址：確定本條指令的操作數地址
指令中所給出的地址碼，並不一定是操作數的有效地址。
尋址過程就是把操作數的形式地址，變換為操作數的有效地址。
例如：一種單地址指令的結構如下所示，其中用X I D各字段組成該指令的操作數地址。
二、尋址方式
1、隱含尋址（操作數在累加寄存器中）
在指令中不明顯的給出而是隱含着操作數的地址
例如：單地址的指令格式，沒有在地址字段指明第二操作數地址，而是規定累加寄存器AL或AX作為第二操作數地址，AL或AX對單地址指令格式來說是隱含地址
eg: MOV AL ,LSRC_BYTE
MUL RSRC_BYTE
| ADD | 尋址特征 | A |
操作數地址隱含在操作碼中，（尋址特征指明尋址類型）。
另一個操作數隱含在ACC中
先在內存中地址為A的地方找到一個操作數，另一個操作數隱含在寄存器ACC里，從ACC里取出另外一個操作數，然后和給出的A地址中的數相加暫存在ACC中。
2、立即尋址
形式地址A就是操作數本身
| OP | 立即尋址特性 # | A |
- 指令執行階段不訪存
- A的位數限制了立即數的范圍
3、直接尋址
EA=A
直接根據讀內存找到操作數，形式地址不需要經過任何處理。
- 執行階段訪問一次存儲器
- A的位數決定了該指令操作數的尋址范圍
MOV AX,[2222H]：將有效地址為2222H的內存單元的內容讀到累加器AX中
4、間接尋址
EA=(A)
有效地址由形式地址間接提供，形式地址是操作數的地址的地址
| OP | 間接尋址標識 | A |
根據A的內容到內存中尋找到的是操作的數地址，再根據這個地址去找操作數。
- 執行指令階段2次訪存
- 可擴大尋址范圍
5、寄存器尋址
EA=R1
形式地址是寄存器的編號，直接去寄存器中尋址操作數。
- 執行階段不訪存，只訪問寄存器，執行速度快
6、寄存器間接尋址
操作數里存放的是寄存器的編號，寄存器中存的不是操作數而是操作數的有效地址。所以操作數在存儲器里。
- 有效地址在寄存器中，操作數在存儲器中，執行階段訪存。
7、偏移尋址
一種強有力的尋址方式 EA=A+(R) 形式地址需要和另一個寄存器中的地址相加
形式地址A是顯示的
另一個地址字段隱含在某個專用的寄存器R中。
常用的三個偏移尋址方式是：相對尋址 基址尋址 變址尋址（根據寄存器的不同類型來區分的）
7.1 相對尋址
A是相對於當前指令的位移量（可正 可負 補碼）
EX=A+(PC) ----PC程序計數器 PC存儲當前正在執行指令的地址
- A的位數決定操作數的尋址范圍
7.2、基址尋址
EA=A+(BR) BR為基地址寄存器 （Base Register）
- 可擴大尋址范圍
7.3、變址尋址
EA=A+(IX) IX為變址寄存器（專用） 通用寄存器也可以作為變址寄存器
- 可擴大尋址范圍
- 在程序執行的過程中IX內容可變，形式地址A不變
- 便於處理數組問題
8、堆棧尋址
例：某16位機器所使用的指令格式和尋址方式如下所示，該機有兩個20位基址寄存器，4個16位變址寄存器，十六個16位通用寄存器，指令匯編格式中S（源），D（目標）都是通用寄存器。M是主存中的一個單元。三種指令的操作碼分別是MOV(OP)=(A)h ,STA(OP)=(1B) LDA(OP)=3C)h MOV是傳送指令，STA為寫數指令 LDA為讀數指令
要求：1、分析三種指令的指令格式和尋址方式特點
2、CPU完成哪一種操作鎖化時間最短？哪一種操作所花時間最長，第二種指令的執行時間有時會等於第三種指令的執行時間嗎？
3、下列情況下每個十六進制指令分別代表什么？如果有編碼不正確，如何改進才能成為合法指令？
- （F0F1）H(3CD2)H ---32位
- (2856)H --16位
- (6FD6)H --16位
- (IC2)H --16位
答：1、MOV:單字長，二地址指令屬於RR指令
STA:雙字長，二地址指令，RS指令 S為基址寄存器或變址寄存器
LDA:雙字長，二地址指令，RS指令 S為20位地址。
2、MOV單字長取出只需要一次訪存，第一個不訪問存儲器要快。第二種還需要計算有效地址並對存儲器進行訪問。第二種指令所花費的時間不等於第三種，第三種無需進行有效地址的計算。
3、根據條件。MOV(OP)=(A)h=001010
STA(OP)=(1B)h =011011
LDA(OP)=(3C)h=111100
(F1F1)h(3CD2)h=(1111 0000 1111 0001 0011 1100 1101 0010)b
正確，表明吧主存(13cd2)h地址單元的內存取至15號寄存器
（2856）H=（0010 1000 0101 0110）b 單字長指令表明吧寄存器6的內容傳送到寄存器5號
（6FD6）H=0110 1111 1101 0110b操作碼不對 應修改為（28D6）h
（1C2）H=00000001 1100 0010b操作碼不對 應修改為（28C2）h
三、CISC何如RISC
復雜性指令系統計算機和精簡型指令系統計算機
1、精簡指令系統：選取使用頻率最高的一些簡單指令，指令條數少， 長度固定，指令少。
例：在SPARC中，有一些指令沒有選入指令系統，但很容易使用指令集中的另外一條指令來替代實現
下表左半部列出了6條指令的功能，請在表的右半部填入替代指令及實現方法
答：因為SPARC約定R0的內容恆為0，而且立即數可以作為一個操作數來處理，所以某些指令可以替代實現。
| 指令 | 功能 | 替換指令 | 實現方法 |
| MOVE | 寄存器間傳送數據 | ADD | Rs+R0->Rd |
| INC | 寄存器內容加1 | ADD | 立即數imm13=1,作為操作數 |
| DEC | 寄存器內容減1 | SUB | 立即數imm13=-1 作為操作數 |
| NEG | 取負數 | SUB | R0-Rs->Rd |
| NOT | 取反碼 | XOR | 立即數imm13=-1 作為操作數 |
| CLR | 清除寄存器 | ADD | R0+R0=Rd |
例、一條指令存儲在存儲器中的地址為300的地方，其操作數地址字段為301，地址字段的值為400，處理器中寄存器R1中包含數據200，在以下指令尋址方式下，求操作數的有效地址。
1）直接尋址
2）立即數尋址
3）相對尋址
4）寄存器（R1）間接尋址
5）以R1為變址寄存器的變址尋址
300中是操作碼 301是地址碼說明占兩個地址
答、1)400
2) 400是數本身 其地址是301
3）PC+400
4）寄存器間接尋址，寄存器里存的就是有效地址200
5）以R1為變址寄存器的變址尋址：操作數的有效地址為=200+400
格式表明有8個通用寄存器（產后度為16位），X指定尋址方式，主存實際容量為156K字。
1）假設不用通用寄存器也能直接訪問主存中的每一個單元，並假設操作碼域OP=6為，請問地址碼域應
分配多少位？指令字長度應有多少位？
2）假設X=11時，指定的某個通用寄存器用做基址寄存器，請提出一個硬件設計規則，使得被指定的通用寄存器能訪問1M主存空間中的每一個單元
答：1）主存容量為256K 地址域碼為18位，指令的長度為6+2+3+18=32位
2）1M需要20位地址
此時指定的通用寄存器用做基址寄存器，長度為16位，不能覆蓋1M字空間，可采用基址寄存器左移4位，低位補0，形參20位的基地址，然后與質量字形式地址相加得到有效地址，可以訪問1M字空間的任意一個單元。
例：假設寄存器中R中的數值為1000，地址為1000的寄存器中存儲的數據為2000，地址2000的存儲器中存儲的數據為3000，問在以下尋址方式中訪問的指令操作數的值是什么？
1）寄存器尋址R
寄存器尋址，寄存器中的值就是操作數所以值為1000
2）寄存器間接尋址（R）
R中存的是地址，所以數據是2000
3）直接尋址1000
形式地址是1000，操作數是2000
4）存儲器的間接尋址（1000）
地址1000中存放的2000是形式地址 2000中存放的才是數據，所以操作數是3000
5）立即數尋址 #2000
立即尋址里面存放的就是操作數本身，所以操作數是2000
例、某計算機字長為16位，主存地址空間大小為128k，按字編址，采用單字長指令格式，指令各字段定義如下
轉移指令采用相對尋址，相對偏移是用補碼表示，尋址方式定義如下
| Ms/Md | 尋址方式 | 助記符 | 含義 |
| 000B | 寄存器直接 | Rn | 操作數=（Rn） |
| 001B | 寄存器間接 | (Rn) | 操作數等於（（Rn）） |
| 010B | 寄存器間接。自增 | (Rn)+ | 操作數=（（Rn）） (Rn)+1->Rn |
| 011B | 相對 | D(Rn) | 轉移目標地址=（PC）+（Rn） |
(X)表示有存儲地址X或寄存器X的內容
1）該指令系統最多可有多少指令？該計算機最多有多少個通用寄存器？存儲地址的寄存器（MAR）和存儲數據的寄存器（MDR）至少各徐多少位？
答：操作碼有4位所以指令最多有1的四次方16條指令，
指令操作數占6位，其中3位指示尋址方式，寄存器編號為3位，所以該計算機最多可有2的三次方也就是8個通用寄存器
計算機字長16位，所以存儲器寄存器（MDR）至少為16位。
主存空間為128KB，按字（16位）編址，則尋址范圍為0~64K 存儲器地址寄存器（MAR）需16位（2的16次方=64K）
2）轉移指令的目標地址范圍是多少？
答：16位計算機通用寄存器也是16位，則指令中尋址范圍至少可達0~2的16次方-1
另一方面，主存地址空間為2的16次方（64K）則尋址范圍也應該大於等於64K，故轉移指令的目標范圍為0~2的16次方-1
3）若操作碼0010B表示加法操作（助記符為add）,寄存器R4和R5的編號分別為100B和101B，R4的內容為1234H，R5的內容為5678H，地址1234H的內容為5678H，5678H中的內容為1234H，則匯編語言為add(R4),(R5)+
對應的機器碼是什么（十六進制）？該指令操作執行后，哪些寄存器和存儲單元的內容會改變？改變后的內容是什么？
答：R4是間接尋址 R5是間接尋址+自增
操作碼 源尋址方式 源寄存器 目標尋址方式 目標寄存器
0010 001 100 010 101
該指令的功能是將R4內容所指存儲器單元的內容（源）與R5內容所指存儲器單元（目標）的內容相加后，寫到R5內容所指的存儲器單元，即
R4的內容：1234H，R4內容所指存儲器單元內容：5678H
R5的內容：5678H，R5內容所指存儲器單元內容：1234H
目標寄存器R5自加：5678H+1=5679H
所以執行后，目標寄存器R5目標寄存器內容所指的存儲器單元將改變，新R5=5679H
R5所指存儲單元（地址5678H的內容）=68ACH
例：某機器字長16位，主存按字節編址，轉移指令草原相對尋址，由兩個字節組成，第一字節為操作碼字段，第二字節為相對位移量字段，假定取指令時，每取一個字節PC自動+1，若某轉移指令所在主存地址為2000H，相對位移量字段的內容為06H，則該轉移指令成功轉以后的目標地址是
A:2006H B2007H C:2008H D:2009H
答：1個字節8位，機器字長16位 轉移指令占2個字節， 讀操作碼是PC+1=2001 讀偏移地址又+1變為2002H ，用2002和偏移量06相加，得2008H 選D