一.本文的主要内容介绍：

        ①计算机当中指令的组成（操作码OP，操作特征X，形式地址A）

        ②指令寻址方式（顺序寻址，跳跃寻址）

        ③指令的十大数据寻址方式：①直接寻址②间接寻址③寄存器寻址④寄存器间接寻址⑤隐含寻址

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二.指令的组成     

        指令一般由操作码OP，寻址特征X，形式地址码A组成。比较简单，用表格表示如下：

上面为单地址指令组成，多地址指令则如下表格所示：

操作码OP

寻址特征X1

形式地址码A1

寻址特征X2

形式地址码A2

......

寻址特征Xn

形式地址码An

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三.指令寻址的方式

        指令寻址指的是：找到下一条指令所在地址的过程。

        指令寻址主要有两种寻址方式，分别是：顺序寻址和跳跃寻址。

        顺序寻址：通过程序计数器PC自动+"1"来获得下一条指令的地址，即：PC+"1"->PC

        跳跃寻址：通过转移指令来获得下一条指令的地址，即：PC=X（X为转移指令当中的目标地址）。

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四.十大数据寻址方式及其分析：

所谓数据寻址，就是通过形式地址A找到有效地址EA的过程，有效地址则是操作数所在的地址，*(EA)=操作数。

        分别为以下十种：

        ①直接寻址

                形式地址A就是有效地址EA。（EA=A）

                操作数 = *(A)  

                优点：寻址期间只需访问一次主存。

                缺点：由于有效地址位数有限，所以寻址空间非常有限。

                访问内存频率：取指令1次+访问地址A所在的主存空间，总计2次。

        ②（一重）间接寻址

                形式地址A指向的地址为有效地址。（*(A)=EA）

                操作数=*(*(A))

                优点：有效地址位数更多，寻址空间大。

                缺点：需要访问多次主存。

                访问内存频率：取指令1次+访问地址A所在的主存空间得到EA1次+访问EA所在的主存空间1次，总计3次。

        ③寄存器寻址

                形式地址A指向的是寄存器编号Ri，寄存器编号本身就是有效地址Ri。（ A = EA = Ri ）

                操作数=*( Ri )

                优点：寻址速度快，操作数在寄存器里面，寻址期间无需访问主存。

                缺点：寄存器数目有限，硬件成本高。

                访问内存频率：取指令1次，总计1次。

        ④寄存器间接寻址

                形式地址A指向的是寄存器编号Ri，寄存器当中的内容*(Ri)是有效地址EA。

                操作数=*(*( Ri ) )

                优点：寻址速度比一般的间接寻址要快。

                缺点：需要多次访存，寄存器硬件数目有限。

                访问内存频率：取指令1次，访问寄存器当中的形式地址EA1次，总计2次。

        ⑤隐含寻址

                操作数所在位置隐含在操作码里面。

                操作数=*(X)，X为操作码OP当中指明的某个寄存器（ACC，MQ，X）。

                优点：寻址无需访问主存。

                缺点：需要对应的寄存器硬件，成本高。

                访问内存频率：取指令1次，总计1次。

        ⑥立即数寻址

                形式地址A本身就是操作数。

                操作数=A(A通常为补码)

                优点：寻址过程无需访问主存。

                缺点：形式地址A（补码）位数有限，所能表示的范围有限。

                访问内存频率：取指令1次，总计1次。

        ⑦基址寻址

                基址寄存器BR当中的内容+形式地址A，即为有效地址。EA = (BR)+A

                操作数 = *((BR)+A)

                BR：基址寄存器（Base Address Register），存储的是程序入口处的指令的地址，由操作系统（OS）来控制。

                优点：无论程序存储在内存当中何处，都可以正常执行，方便了程序的在内存当中的浮动。

                访问内存频率：取指令1次+访问主存一次，总计2次。

        ⑧变址寻址

                变址寄存器IX当中的内容+形式地址A，即为有效地址。EA = (IX)+A

                操作数=*((IX)+A)

                IX：变址寻址寄存器（Index Register），存储的是地址偏移量，为了方便讲解，我们假设有以下C++程序段：        

int sum=0;
int arr[100]={0};
for(int i=0;i<100;i++)
{
    sum+=arr[i];
}

此时的变量i就储存在变址寄存器当中，形式地址A为数组arr的首地址，通过对i进行++，就可以很方便地访问数组arr的元素了。很明显，IX的值由程序员来控制，这与BR由OS来控制不同，要注意区分。

        优点：可以方便地编写循环类的程序

        访问内存频率：取指令1次+访问主存一次，总计2次。

        ⑨相对寻址

        程序计数器PC当中的内容+形式地址A，即为有效地址EA。EA =（PC）+ A（此时的PC指向的是下一条指令的地址，而非当前指令的地址）

        操作数=*((PC)+A)

        优点：当需要执行转移指令的时候，可以使用相对寻址的方式快速实现

         访问内存频率：取指令1次+访问主存一次，总计2次。

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基址/变址/相对寻址都可以归类为偏移寻址，其寻址过程可以如下图所示:

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         ⑩堆栈寻址

        通过SP（Stack Point）指针来确定操作数的位置。

        当进行出栈时，有效地址EA = ( SP )

        当进行入栈时，有效地址EA= (SP)+"1"  /  EA = (SP) - "1" ，当栈顶元素在高地址时候为+ "1"，栈顶元素在低地址为 - "1" 。

堆栈分为两种：

        1）硬堆栈：使用一组寄存器来专门当做堆栈，再使用一个特殊寄存器来存放SP指针的内容

        2）软堆栈：在内存当中划分一块空间来当做堆栈，再使用一个通用寄存器来存放SP指针

        访问内存频率：当堆栈实现方式为硬堆栈时，只需在取指令时访存1次，总计1次；当堆栈实现方式为软堆栈时，取指令时访存一次，访问堆栈指针所指向地址时访问1次，总计2次。

        堆栈寻址可以认为是特殊的寄存器间接寻址，其寻址过程可以参考寄存器间接寻址图：

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五.不同数据寻址方式访问内存频率总结

数据寻址方式	访问内存频率分析	访问内存次数总计
直接寻址	取指令1次+访问主存1次	2次
间接寻址	取指令1次+访问主存2次	3次
寄存器寻址	取指令1次	1次
寄存器间接寻址	取指令1次，访问主存1次	2次
隐含寻址	取指令1次	1次
立即数寻址	取指令1次	1次
基址寻址	取指令1次，访问主存1次	2次
变址寻址	取指令1次，访问主存1次	2次
相对寻址	取指令1次，访问主存1次	2次
软堆栈寻址	取指令1次，访问主存1次	2次
硬堆栈寻址	取指令1次	1次

或

数据寻址方式	访问内存次数
寄存器寻址，隐含寻址，立即数寻址，硬堆栈寻址	1次
直接寻址，寄存器间接，基址寻址，变址寻址，相对寻址，软堆栈寻址	2次
间接寻址	3次

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