计算机组成原理第四章 第4讲 指令和数据的寻址方式
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现在用微程序实现复杂指令与用简单指令组成的子程 序相比，没有多大的区别。因为现在控制存储器和主 存的速度差缩小。
CISC中，通过增强指令系统的功能，简化了软件，增 加了硬件的复杂程度。指令复杂了，指令的执行时间 必然加长，从而使整个系统的执行时间反而增加，因 而在计算机体系结构设计中，软硬件的功能分配必须 恰当
字符串处理指令 特权指令、复位、测试指令等
➢ 基本指令4系.5统典型指令
P132表4.11介绍
20%和80%规律：CISC中大约有20%的指令使 用频率高，占据了80%的处理机时间，而有 80%的不常用指令只占用处理机的20%时间。
➢ VLSI技术4发.5展典引型起的指问令题
VLSI工艺要求规整性，而大量复杂指令控制逻辑极其 不规整，给VLSI工艺造成了很大的困难。
➢ 要求： （1）分析三种指令格式与寻址方式特点。
（2）CPU完成哪一种操作所花时间最短?哪 一种操作所花时间最长?第二种指令的执行 时间有时会等于第三种指令的执行时间吗?
（3）下列情况下每个十六进制指令字分别代 表什么操作?其中如果有编码不正确，如何 改正才能成为合法指令?
①(F0F1)H (3CD2)H ② (2856)H
➢ 这样寻址有何优势：
间接寻址多次访存，寄存器间接寻址减少访存 次数
指令中的地址短 使用较为广泛
7、偏移寻址
➢ 直接寻址+寄存器间接寻址=偏移寻址 ➢ EA= (Ri) + A ➢ Ri可能是某个隐含寄存器
7、偏移寻址----相对寻址
由程序计数器PC提供基准地址 指令地址码=偏移量D EA＝(PC)＋D。
（3）根据传送信息的种类不同，系统总线分为______。
A. 地址线和数据线 B. 地址线、数据线和控制线
C. 数据线和控制线 D. 地址线、数据线和响应线
（4）在指令的地址字段中，直接给出操作数本身的寻址方 式，称为______。
A. 隐含寻址
B. 立即寻址
C. 寄存器寻址 D. 直接寻址
（5）一个组相联Cache由64块（行）组成，每组4块 （行），主存储器包含4K个块，每块128字，则主存地 址格式中标记字段的位数为_________位。
（a）串行执行4次浮点运算所需的时间是多少？ （b）流水执行4次浮点运算所需的时间是多少？ （c）若各段的执行时间分别为2ns，3ns，2ns，流水执行4次浮
点运算所需的时间是多少？
➢ 考试结束 ➢ 写上学号姓名 ➢ 交卷
偏移量 16位
偏移量突破了 段内限制，自
由度更高
11 堆栈寻址
➢ 隐含的堆栈指示器（可以是寄存器或者内 存空间）
➢ 进栈加1，退栈减1
寻址方式举例： Pentium
Pentium寻址方式
方式 立即 寄存器 偏移量 基址 基址带偏移量 比例变址带偏移量 基址带变址和偏移量 基址带比例变址和偏移量 相对
形成操作数有效地址的方法
eg：
操作码
变址
间址
形式地址
OP
X
I
A
如无变址、间址，形式地址（也叫偏移 量）就是有效地址
主要有：
相对寻址 基址寻址 变址寻址
段寻址
1、隐含寻址
➢ 指令中隐含着操作数的地址 ➢ Eg.如某些运算（单地址码的指令），隐含了累加
器AC作为源和目的寄存器 ➢ Eg.如8086汇编中的STC指令，设置标志寄存器
例题：
➢ 某16位机器所使用的指令格式和寻址方式如图所 示，该机有两个20位基址寄存器，四个16位变址 寄存器，十六个16位通用寄存器。指令汇编格式 中的S（源），D（目标）都是通用寄存器，M是 主存中的一个单元。三种指令的操作码分别是
➢ MOV（OP）=（A）H， MOV是传送指令， ➢ STO（OP）=（1B）H， STO为存数指令， ➢ LAD（OP）=（3C）H。 LAD为取数指令。
运算类指令
• 算术运算指令： 加、减、乘、除以及加1、减1、 比较
• 逻辑运算指令： • 移位指令
4.5 典型指令
程序控制类指令
• 程序控制类指令用于控制程序的执行方向，并使程 序具有测试、分析与判断的能力。
输入和输出指令（有的机器没有此类指令， 因为外设存储器被统一编址）、字符串处理指 令、特权指令、其他指令
的C为1
2、立即寻址
➢ 立即寻址 立即数包含在指令中。
指令格式：
2、立即寻址
➢ 特点：
高速 操作数不能更改,缺灵活性
• eg.程序中对学生分成5组，不能修改
操作数大小受限（为什么？）
➢ 常用于：
赋初值 定义常量
3、直接寻址
➢ 指令中地址码字段给出的地址A就是操作数 的有效地址EA(Effective Address)，即EA ＝A，D=(A)
➢ wk.baidu.com令的寻址方式
顺序方式 PC 跳跃方式
4.4 指令和数据的寻址方式
➢ 操作数的寻址方式
操作数通常放在哪儿呢？
➢ 操作数的可能位置：
指令中； 寄存器； 主存储器中； I/O设备的端口中
4.4 指令和数据的寻址方式
➢ 根据操作数放在不同的地方，从而派生各
种不同的寻址方式，往往不同的计算机具 有不同的寻址方式。
操作数保5存、在寄寄存存器中器，寻即 址
• EA=Ri • D=(Ri)
5、寄存器寻址
特点： (1) 快。比内存访问快 (2)寄存器数量少：
地址码短 可用空间少
6、寄存器间接寻址
➢ 操作数放在主存储器中， ➢ 而操作数的地址放在某一通用寄存器中 ➢ EA=(Ri) D=((Ri))
6、寄存器间接寻址
指令和数据的寻址方式
4.4 指令和数据的寻址方式
➢ 思考问题：
如何获取本指令中指定的操作数？ 如何获得下一条指令的地址？
➢ 寻址 ➢ 寻址方式是指CPU根据指令中给出的地址
码字段寻找相应的操作对象的方式。
➢ 寻址包括两类：指令寻址与操作数寻址
标记黄色五星表示
4.4 指令和数据的寻址方此材式处配内套容的可CA观I动看画教
➢ ④ （1C2）H是单字长指令，代表MOV指 令，但编码错误，
0000 0001 1100 0010 可改正为 0010 1001 1100 0010 ➢ （29C2）H。
4.5 典型指令
➢ 指令分类与基本指令类型
数据传送类指令
• 一般传送指令： MOV AX，BX • 数据交换指令： XCHG • 堆栈操作指令： PUSH，POP
③(6FD6)H
④ (1C2)H
➢ 解答：
（1）第一种指令是单字长二地址指令，RR 型；第二种指令是双字长二地址指令，RS 型，其中S采用基址寻址或变址寻址，R由 源寄存器决定；第三种也是双字长二地址 指令，RS型，R由目标寄存器决定，S由20 位地址（直接寻址）决定。
➢ （2）处理机完成第一种指令所花的时间最 短，因为RR型指令，不需要访问存储器。 第二种指令所花的时间最长，因为RS型指 令，需要访问存储器。同时要进行寻址方 式的变换运算（基址或变址），这也需要 时间。第二指令的执行时间不会等于第三 种指令，因为第三种指令虽然也访问存储 器，但节省了求有效地址运算的时间开销。
➢ （3）根据以知条件： ➢ MOV（OP）=00 1010， ➢ STA（OP） =01 1011， ➢ LDA（OP） =11 1100，
将指令转为二进制序列比较： ①（F101F111）00H00（11311C0D020）1 0H011 1100 1101 0010
LAD 15号寄存器
13CD2
OP -- 通用寄存器
I
X
偏移量D
➢ 其中，I为间接寻址标志位，X为寻址模式字 段，D为偏移量字段。通过I，X，D的组合 可构成多种寻址方式。
➢ 看教材P129表4.10所示的寻址方式。
➢ I表示是否间接寻址
I=1表示间接寻址 I=0表示非间接寻址
➢ X寻址模式：
00直接寻址 01相对寻址 10变址寻址 11基址寻址
A．7 B. 4 C. 8 D. 6
2.填空（6’ ×5=30’） （1）已知 X = 0.1101，Y = - 0.0110，则[Y]补为_____ ，
[X+Y]补为___________，是否溢出_________。 （2）在Cache-主存层次中，常用的地址映射方法有
_____________，全相联映射和组相联映射三种。 （3）计算机系统中的存储器分为内存和外存，在CPU执行
9、偏移寻址----变址寻址
➢ 基准地址出现在指令中 ➢ 偏移量出现在寄存器Rx中 ➢ EA＝A＋(Rx)
9、偏移寻址----变址寻址
➢ 应用：
被广泛采用 遇到需要频繁修改操作数地址时，无须修改指
令，只要修改Rx中的变址值就可以 数组、字符串的成批数据处理
10、段寻址方式
➢ 分段：寄1存M器主存 = 64K * 16= 216 * 24 16位左移四位
算法 作数=A LA=R LA=(SR)+A LA=(SR)+(B) LA=(SR)+(B)+A LA=(SR)+(I)×S+A LA=(SR)+(B)+(I)+A LA=(SR)+(B)+(I)×S+A LA=(PC)+A
Power PC寻址方式
➢ P129表4.9所示
例题：p129 例4
➢6位一种二地址R4S位型指令的1结位构如2位下图所1示6位：
➢ P137
3、4、8、9
作业
课程学了一半了…
中期大酬宾~ 随堂小测验！
➢ 中期优惠大酬宾：
不要998 不是98 只要68！ 你没有看错， 真的只要你考68 ！ 核心知识的展示 关键考题的分析 真实考场的体验 答题不要钱 看书不计费 真的实时现场考试哦！！ 不要再犹豫了 马上拿起笔和纸作答吧~
3、直接寻址
➢ 特点：
简单快速，便于硬件实现 主存容量的增长引发问题：
• 指令长度不够用
4、间接寻址
➢ 寻址过程：如图 ➢ 操作数的有效地址的计算公式为：
EA＝(A) D=((A))
4、间接寻址
➢ 特点：
地址在主存储器中，可以被灵活的修改
• 形参实参，传值、传地址
操作灵活 两次访存增加时间耗费
7、偏移寻址----相对寻址
➢ 特点：
程序模块内可使用相对地址 无需表明真实的内存地址 增加灵活性
8、偏移寻址----基址寻址
➢ 约定基址寄存器Rb ➢ 指令地址码给出偏移量D ➢ EA＝(Rb)＋D
8、偏移寻址----基址寻址
➢ 特征：
基准地址出现在基址寄存器中 偏移量出现在指令中
1.单选题（6’ ×5=30’）
（1）完整的计算机系统应包括______。
A．运算器、存储器、控制器 B． 主机和实用程序
C．配套的硬件设备和软件系统 D． 外部设备和主机
（2）已知y = + 0.10001，则 [y]补为______。
A. 1.10001 B. 0.01111 C. 1.01111 D. 0.10001
程序时，必须将指令存放在_____________中。 3.计算（20’ ×2=40’） （1）用2K*4位RAM芯片组成4K*8的随机存储器，问；
（a）共需多少芯片？ （b）存储器的地址寄存器 （MAR）和数据寄存器（MDR）分别为多少位？ （2）（13分）某计算机将浮点运算过程分为阶码比较、对 阶、尾数加减3个段，若各段的执行时间均为2ns，则：
4.5 典型指令
➢ RISC特点
只定义简单、频繁使用的指令 指令长度固定 格式种类少 大部分指令可以单指令周期执行 只有LOAD/STORE可以访问存储器 简单的寻址方式
本章小结
✓ 指令系统的地位 ✓ 指令格式：功能、字长 ✓ 指令的寻址 ✓ 操作数的寻址 ✓ 指令的分类与实例
把主存13CD2的内存装载到15号寄存器
➢ ② （2856）H
➢ 0010 1000 0101 0110 代表MOV指令，编码正确，含义是把5号源
寄存器的内容传送至6目标寄存器。 ➢ ③（6FD6）H是单字长指令，一定是MOV
指令，但编码错误，
0110 1111 1101 0110 可改正为0010 1011 1101 0110 （2BD6）H。
CISC中，通过增强指令系统的功能，简化了软件，增 加了硬件的复杂程度。指令复杂了，指令的执行时间 必然加长，从而使整个系统的执行时间反而增加，因 而在计算机体系结构设计中，软硬件的功能分配必须 恰当
字符串处理指令 特权指令、复位、测试指令等
➢ 基本指令4系.5统典型指令
P132表4.11介绍
20%和80%规律：CISC中大约有20%的指令使 用频率高，占据了80%的处理机时间，而有 80%的不常用指令只占用处理机的20%时间。
➢ VLSI技术4发.5展典引型起的指问令题
VLSI工艺要求规整性，而大量复杂指令控制逻辑极其 不规整，给VLSI工艺造成了很大的困难。
➢ 要求： （1）分析三种指令格式与寻址方式特点。
（2）CPU完成哪一种操作所花时间最短?哪 一种操作所花时间最长?第二种指令的执行 时间有时会等于第三种指令的执行时间吗?
（3）下列情况下每个十六进制指令字分别代 表什么操作?其中如果有编码不正确，如何 改正才能成为合法指令?
①(F0F1)H (3CD2)H ② (2856)H
➢ 这样寻址有何优势：
间接寻址多次访存，寄存器间接寻址减少访存 次数
指令中的地址短 使用较为广泛
7、偏移寻址
➢ 直接寻址+寄存器间接寻址=偏移寻址 ➢ EA= (Ri) + A ➢ Ri可能是某个隐含寄存器
7、偏移寻址----相对寻址
由程序计数器PC提供基准地址 指令地址码=偏移量D EA＝(PC)＋D。
（3）根据传送信息的种类不同，系统总线分为______。
A. 地址线和数据线 B. 地址线、数据线和控制线
C. 数据线和控制线 D. 地址线、数据线和响应线
（4）在指令的地址字段中，直接给出操作数本身的寻址方 式，称为______。
A. 隐含寻址
B. 立即寻址
C. 寄存器寻址 D. 直接寻址
（5）一个组相联Cache由64块（行）组成，每组4块 （行），主存储器包含4K个块，每块128字，则主存地 址格式中标记字段的位数为_________位。
（a）串行执行4次浮点运算所需的时间是多少？ （b）流水执行4次浮点运算所需的时间是多少？ （c）若各段的执行时间分别为2ns，3ns，2ns，流水执行4次浮
点运算所需的时间是多少？
➢ 考试结束 ➢ 写上学号姓名 ➢ 交卷
偏移量 16位
偏移量突破了 段内限制，自
由度更高
11 堆栈寻址
➢ 隐含的堆栈指示器（可以是寄存器或者内 存空间）
➢ 进栈加1，退栈减1
寻址方式举例： Pentium
Pentium寻址方式
方式 立即 寄存器 偏移量 基址 基址带偏移量 比例变址带偏移量 基址带变址和偏移量 基址带比例变址和偏移量 相对
形成操作数有效地址的方法
eg：
操作码
变址
间址
形式地址
OP
X
I
A
如无变址、间址，形式地址（也叫偏移 量）就是有效地址
主要有：
相对寻址 基址寻址 变址寻址
段寻址
1、隐含寻址
➢ 指令中隐含着操作数的地址 ➢ Eg.如某些运算（单地址码的指令），隐含了累加
器AC作为源和目的寄存器 ➢ Eg.如8086汇编中的STC指令，设置标志寄存器
例题：
➢ 某16位机器所使用的指令格式和寻址方式如图所 示，该机有两个20位基址寄存器，四个16位变址 寄存器，十六个16位通用寄存器。指令汇编格式 中的S（源），D（目标）都是通用寄存器，M是 主存中的一个单元。三种指令的操作码分别是
➢ MOV（OP）=（A）H， MOV是传送指令， ➢ STO（OP）=（1B）H， STO为存数指令， ➢ LAD（OP）=（3C）H。 LAD为取数指令。
运算类指令
• 算术运算指令： 加、减、乘、除以及加1、减1、 比较
• 逻辑运算指令： • 移位指令
4.5 典型指令
程序控制类指令
• 程序控制类指令用于控制程序的执行方向，并使程 序具有测试、分析与判断的能力。
输入和输出指令（有的机器没有此类指令， 因为外设存储器被统一编址）、字符串处理指 令、特权指令、其他指令
的C为1
2、立即寻址
➢ 立即寻址 立即数包含在指令中。
指令格式：
2、立即寻址
➢ 特点：
高速 操作数不能更改,缺灵活性
• eg.程序中对学生分成5组，不能修改
操作数大小受限（为什么？）
➢ 常用于：
赋初值 定义常量
3、直接寻址
➢ 指令中地址码字段给出的地址A就是操作数 的有效地址EA(Effective Address)，即EA ＝A，D=(A)
➢ wk.baidu.com令的寻址方式
顺序方式 PC 跳跃方式
4.4 指令和数据的寻址方式
➢ 操作数的寻址方式
操作数通常放在哪儿呢？
➢ 操作数的可能位置：
指令中； 寄存器； 主存储器中； I/O设备的端口中
4.4 指令和数据的寻址方式
➢ 根据操作数放在不同的地方，从而派生各
种不同的寻址方式，往往不同的计算机具 有不同的寻址方式。
操作数保5存、在寄寄存存器中器，寻即 址
• EA=Ri • D=(Ri)
5、寄存器寻址
特点： (1) 快。比内存访问快 (2)寄存器数量少：
地址码短 可用空间少
6、寄存器间接寻址
➢ 操作数放在主存储器中， ➢ 而操作数的地址放在某一通用寄存器中 ➢ EA=(Ri) D=((Ri))
6、寄存器间接寻址
指令和数据的寻址方式
4.4 指令和数据的寻址方式
➢ 思考问题：
如何获取本指令中指定的操作数？ 如何获得下一条指令的地址？
➢ 寻址 ➢ 寻址方式是指CPU根据指令中给出的地址
码字段寻找相应的操作对象的方式。
➢ 寻址包括两类：指令寻址与操作数寻址
标记黄色五星表示
4.4 指令和数据的寻址方此材式处配内套容的可CA观I动看画教
➢ ④ （1C2）H是单字长指令，代表MOV指 令，但编码错误，
0000 0001 1100 0010 可改正为 0010 1001 1100 0010 ➢ （29C2）H。
4.5 典型指令
➢ 指令分类与基本指令类型
数据传送类指令
• 一般传送指令： MOV AX，BX • 数据交换指令： XCHG • 堆栈操作指令： PUSH，POP
③(6FD6)H
④ (1C2)H
➢ 解答：
（1）第一种指令是单字长二地址指令，RR 型；第二种指令是双字长二地址指令，RS 型，其中S采用基址寻址或变址寻址，R由 源寄存器决定；第三种也是双字长二地址 指令，RS型，R由目标寄存器决定，S由20 位地址（直接寻址）决定。
➢ （2）处理机完成第一种指令所花的时间最 短，因为RR型指令，不需要访问存储器。 第二种指令所花的时间最长，因为RS型指 令，需要访问存储器。同时要进行寻址方 式的变换运算（基址或变址），这也需要 时间。第二指令的执行时间不会等于第三 种指令，因为第三种指令虽然也访问存储 器，但节省了求有效地址运算的时间开销。
➢ （3）根据以知条件： ➢ MOV（OP）=00 1010， ➢ STA（OP） =01 1011， ➢ LDA（OP） =11 1100，
将指令转为二进制序列比较： ①（F101F111）00H00（11311C0D020）1 0H011 1100 1101 0010
LAD 15号寄存器
13CD2
OP -- 通用寄存器
I
X
偏移量D
➢ 其中，I为间接寻址标志位，X为寻址模式字 段，D为偏移量字段。通过I，X，D的组合 可构成多种寻址方式。
➢ 看教材P129表4.10所示的寻址方式。
➢ I表示是否间接寻址
I=1表示间接寻址 I=0表示非间接寻址
➢ X寻址模式：
00直接寻址 01相对寻址 10变址寻址 11基址寻址
A．7 B. 4 C. 8 D. 6
2.填空（6’ ×5=30’） （1）已知 X = 0.1101，Y = - 0.0110，则[Y]补为_____ ，
[X+Y]补为___________，是否溢出_________。 （2）在Cache-主存层次中，常用的地址映射方法有
_____________，全相联映射和组相联映射三种。 （3）计算机系统中的存储器分为内存和外存，在CPU执行
9、偏移寻址----变址寻址
➢ 基准地址出现在指令中 ➢ 偏移量出现在寄存器Rx中 ➢ EA＝A＋(Rx)
9、偏移寻址----变址寻址
➢ 应用：
被广泛采用 遇到需要频繁修改操作数地址时，无须修改指
令，只要修改Rx中的变址值就可以 数组、字符串的成批数据处理
10、段寻址方式
➢ 分段：寄1存M器主存 = 64K * 16= 216 * 24 16位左移四位
算法 作数=A LA=R LA=(SR)+A LA=(SR)+(B) LA=(SR)+(B)+A LA=(SR)+(I)×S+A LA=(SR)+(B)+(I)+A LA=(SR)+(B)+(I)×S+A LA=(PC)+A
Power PC寻址方式
➢ P129表4.9所示
例题：p129 例4
➢6位一种二地址R4S位型指令的1结位构如2位下图所1示6位：
➢ P137
3、4、8、9
作业
课程学了一半了…
中期大酬宾~ 随堂小测验！
➢ 中期优惠大酬宾：
不要998 不是98 只要68！ 你没有看错， 真的只要你考68 ！ 核心知识的展示 关键考题的分析 真实考场的体验 答题不要钱 看书不计费 真的实时现场考试哦！！ 不要再犹豫了 马上拿起笔和纸作答吧~
3、直接寻址
➢ 特点：
简单快速，便于硬件实现 主存容量的增长引发问题：
• 指令长度不够用
4、间接寻址
➢ 寻址过程：如图 ➢ 操作数的有效地址的计算公式为：
EA＝(A) D=((A))
4、间接寻址
➢ 特点：
地址在主存储器中，可以被灵活的修改
• 形参实参，传值、传地址
操作灵活 两次访存增加时间耗费
7、偏移寻址----相对寻址
➢ 特点：
程序模块内可使用相对地址 无需表明真实的内存地址 增加灵活性
8、偏移寻址----基址寻址
➢ 约定基址寄存器Rb ➢ 指令地址码给出偏移量D ➢ EA＝(Rb)＋D
8、偏移寻址----基址寻址
➢ 特征：
基准地址出现在基址寄存器中 偏移量出现在指令中
1.单选题（6’ ×5=30’）
（1）完整的计算机系统应包括______。
A．运算器、存储器、控制器 B． 主机和实用程序
C．配套的硬件设备和软件系统 D． 外部设备和主机
（2）已知y = + 0.10001，则 [y]补为______。
A. 1.10001 B. 0.01111 C. 1.01111 D. 0.10001
程序时，必须将指令存放在_____________中。 3.计算（20’ ×2=40’） （1）用2K*4位RAM芯片组成4K*8的随机存储器，问；
（a）共需多少芯片？ （b）存储器的地址寄存器 （MAR）和数据寄存器（MDR）分别为多少位？ （2）（13分）某计算机将浮点运算过程分为阶码比较、对 阶、尾数加减3个段，若各段的执行时间均为2ns，则：
4.5 典型指令
➢ RISC特点
只定义简单、频繁使用的指令 指令长度固定 格式种类少 大部分指令可以单指令周期执行 只有LOAD/STORE可以访问存储器 简单的寻址方式
本章小结
✓ 指令系统的地位 ✓ 指令格式：功能、字长 ✓ 指令的寻址 ✓ 操作数的寻址 ✓ 指令的分类与实例
把主存13CD2的内存装载到15号寄存器
➢ ② （2856）H
➢ 0010 1000 0101 0110 代表MOV指令，编码正确，含义是把5号源
寄存器的内容传送至6目标寄存器。 ➢ ③（6FD6）H是单字长指令，一定是MOV
指令，但编码错误，
0110 1111 1101 0110 可改正为0010 1011 1101 0110 （2BD6）H。