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指令寻址与PC自增
一、指令寻址方式
定义：寻找下一条将要执行的指令地址的过程。
核心部件：程序计数器（PC），用于指示待执行指令的地址。
执行流程：
- CPU根据PC值从主存取指令。
- 取指后，PC自动自增，指向下一条指令。
- 跳转指令会修改PC为目标地址，打破顺序执行。
1. PC自增规则
PC自增取决于主存编址方式和指令字长：
- 按字节编址：
- 指令字长=1字节：PC = PC + 1
- 指令字长=4字节：PC = PC + 4
- 按字编址（假设字长=4字节）：
- 指令字长=4字节：PC = PC + 1（以字为单位）
- 关键点：PC自增在取指阶段完成后执行，确保指向下一条指令。
2. 跳转指令
- 特点：PC不按顺序自增，而是修改为跳转目标地址。
- 示例：当前PC=100，指令为“跳转到当前地址+3”，PC改为103。
- 常用寻址：相对寻址，EA = (PC) + A（PC已自增，A为相对位移量）。
- 8位补码A的寻址范围：(PC) - 128 ~ (PC) + 127
- 执行流程：
- 取指：从PC地址读取跳转指令。
- PC自增：按指令字长自增。
- 计算目标地址（EA）：根据寻址方式（如相对寻址）。
- 修改PC：PC = EA，下一条指令从EA取指。
二、数据寻址方式
定义：寻找指令中操作数的真实地址（有效地址EA）。
指令格式：|操作码OP|寻址特征|形式地址A|
核心：形式地址A不一定是EA，需通过寻址特征转换。
1. 立即寻址
- 特点：A为操作数本身（立即数，补码形式）。
- 优点：无需访存，速度快。
- 缺点：A位数限制立即数范围。
- 格式：|OP|立即寻址特征|立即数A|
2. 直接寻址
- 特点：A即EA（EA=A）。
- 优点：简单，执行阶段只需访存一次。
- 缺点：A位数限制寻址范围，修改地址需改A。
- 格式：|OP|直接寻址特征|A|
3. 隐含寻址
- 特点：操作数地址隐含在操作码或寄存器（如ACC）中。
- 优点：缩短指令字长。
- 缺点：需额外硬件存储隐含地址。
- 示例：一地址加法指令，ACC作为第二操作数。
4. 间接寻址
- 特点：A指向操作数地址的地址。
- 一次间接：A → 主存 → EA → 操作数
- 二次间接：A → 主存 → 中间地址 → EA → 操作数
- 优点：扩大寻址范围（EA位数 > A位数）。
- 缺点：多次访存，效率低。
5. 寄存器寻址
- 特点：A为寄存器编号，操作数在寄存器中（EA=Ri）。
- 优点：无需访存，速度快。
- 缺点：寄存器资源有限且昂贵。
- 格式：|OP|寄存器寻址特征|Ri|
6. 寄存器间接寻址
- 特点：寄存器Ri存储操作数的主存地址（EA=(Ri)）。
- 优点：比间接寻址少一次访存。
- 执行：访问Ri取地址，再访存取操作数。
- 格式：|OP|寄存器间接寻址特征|Ri|
7. 基址寻址
- 特点：EA = A + (BR)，BR为基址寄存器。
- 关键：
- BR由OS管理，用户不可修改。
- 支持多道程序设计和内存保护。
- 程序可浮动（通过修改BR）。
- 分类：
- 隐式：专用BR寄存器。
- 显式：通用寄存器指定。
8. 变址寻址
- 特点：EA = A + (IX)，IX为变址寄存器。
- 与基址寻址区别：
- IX用户可修改，A固定。
- BR由OS管理，A用户可修改。
- 应用：数组处理，A为数组首地址，IX修改访问不同元素。
9. 相对寻址
- 特点：EA = (PC) + A，PC为下一条指令地址（已自增）。
- 应用：转移指令，A为相对位移量（补码）。
- 寻址范围（8位A）：(PC) - 128 ~ (PC) + 127
- 格式：|OP|相对寻址特征|A|
三、总结
- PC自增：按指令字长和编址方式（PC+1或PC+n）。
- 跳转指令：修改PC为目标地址，常用相对寻址（EA=(PC)+A）。
- 寻址方式：
- 立即：操作数在指令中。
- 直接：A为操作数地址。
- 隐含：地址隐含在操作码/寄存器。
- 间接：A为地址的地址。
- 寄存器：操作数在寄存器。
- 寄存器间接：寄存器存操作数地址。
- 基址：EA=A+(BR)，OS管理BR。
- 变址：EA=A+(IX)，用户改IX。
- 相对：EA=(PC)+A，PC已自增。
示例分析
假设：
- 按字节编址，指令字长=4字节，当前PC=100。
- 跳转指令（相对寻址），A=3。
- 取指：读取PC=100的指令。
- PC自增：PC = 100 + 4 = 104。
- 计算EA：EA = 104 + 3 = 107。
- 修改PC：PC = 107，下一指令从107取。