指令尋址與PC自增
一、指令尋址方式
定義：尋找下一條將要執行的指令地址的過程。
核心部件：程序計數器（PC），用于指示待執行指令的地址。
執行流程：
- CPU根據PC值從主存取指令。
- 取指后，PC自動自增，指向下一條指令。
- 跳轉指令會修改PC為目標地址，打破順序執行。
1. PC自增規則
PC自增取決于主存編址方式和指令字長：
- 按字節編址：
- 指令字長=1字節：PC = PC + 1
- 指令字長=4字節：PC = PC + 4
- 按字編址（假設字長=4字節）：
- 指令字長=4字節：PC = PC + 1（以字為單位）
- 關鍵點：PC自增在取指階段完成后執行，確保指向下一條指令。
2. 跳轉指令
- 特點：PC不按順序自增，而是修改為跳轉目標地址。
- 示例：當前PC=100，指令為“跳轉到當前地址+3”，PC改為103。
- 常用尋址：相對尋址，EA = (PC) + A（PC已自增，A為相對位移量）。
- 8位補碼A的尋址范圍：(PC) - 128 ~ (PC) + 127
- 執行流程：
- 取指：從PC地址讀取跳轉指令。
- PC自增：按指令字長自增。
- 計算目標地址（EA）：根據尋址方式（如相對尋址）。
- 修改PC：PC = EA，下一條指令從EA取指。
二、數據尋址方式
定義：尋找指令中操作數的真實地址（有效地址EA）。
指令格式：|操作碼OP|尋址特征|形式地址A|
核心：形式地址A不一定是EA，需通過尋址特征轉換。
1. 立即尋址
- 特點：A為操作數本身（立即數，補碼形式）。
- 優點：無需訪存，速度快。
- 缺點：A位數限制立即數范圍。
- 格式：|OP|立即尋址特征|立即數A|
2. 直接尋址
- 特點：A即EA（EA=A）。
- 優點：簡單，執行階段只需訪存一次。
- 缺點：A位數限制尋址范圍，修改地址需改A。
- 格式：|OP|直接尋址特征|A|
3. 隱含尋址
- 特點：操作數地址隱含在操作碼或寄存器（如ACC）中。
- 優點：縮短指令字長。
- 缺點：需額外硬件存儲隱含地址。
- 示例：一地址加法指令，ACC作為第二操作數。
4. 間接尋址
- 特點：A指向操作數地址的地址。
- 一次間接：A → 主存 → EA → 操作數
- 二次間接：A → 主存 → 中間地址 → EA → 操作數
- 優點：擴大尋址范圍（EA位數 > A位數）。
- 缺點：多次訪存，效率低。
5. 寄存器尋址
- 特點：A為寄存器編號，操作數在寄存器中（EA=Ri）。
- 優點：無需訪存，速度快。
- 缺點：寄存器資源有限且昂貴。
- 格式：|OP|寄存器尋址特征|Ri|
6. 寄存器間接尋址
- 特點：寄存器Ri存儲操作數的主存地址（EA=(Ri)）。
- 優點：比間接尋址少一次訪存。
- 執行：訪問Ri取地址，再訪存取操作數。
- 格式：|OP|寄存器間接尋址特征|Ri|
7. 基址尋址
- 特點：EA = A + (BR)，BR為基址寄存器。
- 關鍵：
- BR由OS管理，用戶不可修改。
- 支持多道程序設計和內存保護。
- 程序可浮動（通過修改BR）。
- 分類：
- 隱式：專用BR寄存器。
- 顯式：通用寄存器指定。
8. 變址尋址
- 特點：EA = A + (IX)，IX為變址寄存器。
- 與基址尋址區別：
- IX用戶可修改，A固定。
- BR由OS管理，A用戶可修改。
- 應用：數組處理，A為數組首地址，IX修改訪問不同元素。
9. 相對尋址
- 特點：EA = (PC) + A，PC為下一條指令地址（已自增）。
- 應用：轉移指令，A為相對位移量（補碼）。
- 尋址范圍（8位A）：(PC) - 128 ~ (PC) + 127
- 格式：|OP|相對尋址特征|A|
三、總結
- PC自增：按指令字長和編址方式（PC+1或PC+n）。
- 跳轉指令：修改PC為目標地址，常用相對尋址（EA=(PC)+A）。
- 尋址方式：
- 立即：操作數在指令中。
- 直接：A為操作數地址。
- 隱含：地址隱含在操作碼/寄存器。
- 間接：A為地址的地址。
- 寄存器：操作數在寄存器。
- 寄存器間接：寄存器存操作數地址。
- 基址：EA=A+(BR)，OS管理BR。
- 變址：EA=A+(IX)，用戶改IX。
- 相對：EA=(PC)+A，PC已自增。
示例分析
假設：
- 按字節編址，指令字長=4字節，當前PC=100。
- 跳轉指令（相對尋址），A=3。
- 取指：讀取PC=100的指令。
- PC自增：PC = 100 + 4 = 104。
- 計算EA：EA = 104 + 3 = 107。
- 修改PC：PC = 107，下一指令從107取。
