数据寻址（2）

偏移寻址

1. 基址寻址
2. 变址寻址
3. 相对寻址

• 三种的区别：在于偏移的“起点”不一样
• 三种的相同点：访存次数——指令执行期间都是1次。

1. 第一个：运行到第 3 行，就让PC=7，跳跃到7。这里当然没有错误。但是，当我们无法从主存起始值为0的地方开始呢？

2. 第二个：我们起始位置是100，到了103我们又跳到7？当然不是，我们的本意是要到这个程序的第7行。所以，这个7应该视为从100起的偏移量，即第107行。所以，要改变对它的解读方式

3. 第三个：运行到第 103 行，此时PC=104 。故第 103 行的3的意思是“让PC在原有基础上+3”，这样PC=107

基址寻址

基址寻址:以程序的起始存放地址作为“起点”

• 将指令格式中的形式地址A 加上 CPU中基址寄存器BR（Base address Register）的内容，而形成操作数的有效地址
• 即EA=(BR)+A。

一个专门的基址寄存器【操作系统中的重定位寄存器】

在指令中指明,要将哪个通用寄存器作为基址寄存器使用

• 要用几个bit来指明寄存器？ 根据通用寄存器总数判断—— 比如一共有8个，那么就2^3=8，故 3bit。
• 由用户决定哪个寄存器作为基址寄存器时，但其内容仍由操作系统确定，程序员不可以修改BR的内容。
• 在程序执行过程中，基址寄存器的内容不变（作为基地址)，形式地址可变（作为偏移量)。

例：执行主存中的一段从100起始的代码

int a=2 ,b=3,c=1,y=0;
void main() {
	y=a*b+c;
}

• 这个程序，从100开始存放。例如变量a的形式地址为A = 5，但是实际存放地址为 EA = 105，必须使用基址寻址了。

• 右边表格的每个地址码都加上100，就得到目标结果。即程序运行前，CPU将BR的值修改为该程序的起始地址

• 所以，程序可以在主存中浮动。

优点:

• 便于程序“浮动”，可用于编制浮动程序（整个程序在内存里边的浮动)。
• 可扩大寻址范围（基址寄存器的位数大于形式地址A的位数)；由于A本来比较短，但是在R中内容比较大，就可以跟着范围变大。
• 用户不必考虑自己的程序存于主存的哪一空间区域，故方便实现多道程序并发运行，因为主存中可以有多个程序同时存在。

变址寻址

• 有效地址 EA 等于指令字中的形式地址A与变址寄存器 IX 的内容相加之和
• 即EA = (IX) + A
• 其中 IX 可为专用变址寄存器（BR)，也可用通用寄存器作为变址寄存器（统称IX）。
• 区别注:变址寄存器是面向用户的，在程序执行过程中，变址寄存器的内容可由用户改变 IX 作为偏移量），形式地址A不变（作为基地址)。程序员自己决定从哪里作为“起点”

例：对某数组求和

采用变址寻址前

for(int i=O; i<10; i++)	sum += a[i];

• 第 0 行：立即寻址（#），得到 0 并给到 ACC

• 第 1 ~ 10 行：依次完成10次数组和相加。

• 第 12 行：存储数据

• 共12条指令。导致编程麻烦。

• 如果需要100次数组和相加。岂不是还需要再加上90次？

采用变址寻址后

for(int i=O; i<10; i++)	sum += a[i];

• 第 0 行：立即寻址（#），得到 0 并赋值给 ACC
• 第 1 行：立即寻址（#），得到 0 并赋值给 IX
• 第 2 行：变址寻址，地址码是给出数组的初始地址，
• 第 3 行：立即寻址（#），得到 1 并给 IX 加上
• 第 4 行：立即寻址（#），得到 10 ，然后与 IX 内含的数比较大小
• 第 5 行：直接寻址，操作码是条件跳转，地址码是2。
  • 当上一行的比较结果若符合循环条件，则又跳转，使得 PC = 2
  • 当不符合循环条件，则 PC + 1
• 第 6 行：存储数据
• 就这样，通过每一次给变址寄存器 IX ➕ 1 ，使得轻松完成了数组的循环。

变址寻址的作用

数组处理过程中，可设定A为数组的首地址，不断改变变址寄存器IX的内容，便可很容易形成数组中任一数据的地址，特别适合编制循环程序。

基址寻址&变址寻址复合

实际中往往是多个复合使用的：

基址寻址：EA = （BR）+ A

变址寻址：EA = （I X）+ A

先基址寻址后变址寻址： EA = （IX） + （（BR）+ A ）

相对寻址

• 把程序计数器 PC 的内容加上指令格式中的形式地址 A 而形成操作数的有效地址

  • 其中A是相对于PC所指地址的位移量，可正可负，补码表示。

• EA=(PC)+A

• 即：以程序计数器器PC所指地址作为“起点”

• 注意：A不是相对于当前指令地址的位移量，而是相对于下一条指令的指令的偏移量。

例：挪动一段循环代码

比如说，随着代码越写越多，想要在自己写的程序中挪动这一段循环代码到其他位置，就要用到相对寻址。

for(int i=0;i<10;i++)	sum += a[i];

挪动前

• 此时可以正常运行。
• 但是如果我们往后挪动呢？

挪动后

• 观察第 M+3 行：操作码：条件跳转；地址码：2 此处挪动到了M+3后，条件再次跳转到2，必然发生错误。

• 执行到 M+3 时，PC = M + 4

• 所以我们修改第 M+3 行：操作码：条件跳转；地址码：-4（补码）。

• EA = ( PC )+ - 4 //就是说改成条件跳转回到 M

  修改后

• 此时不论你把这段程序放在哪里，都可以正常执行。

• 另注：ACC加法指令的地址码，是采用分段的方式解决。程序段存放程序，数据段存放数据我们给个段落，专门存放数组a[ ]

优点：

• 便于程序浮动(一段代码在程序内部的浮动）。
• 相对寻址广泛应用于转移指令。

与基址寻址的区别

BR中也说了程序的浮动，区别：

• 基址寻址：整段程序在内存中的浮动

• 相对寻址：一段代码在程序内部的浮动

硬件层面是如何比较 a>b

硬件视角:

• 通过"cmp指令”比较a和b(如cmp a,b） ，实质上是用 a-b
• 相减的结果信息会记录在程序状态字寄存器中(PSW)【标志寄存器】
• 根据PSW的某几个标志位进行条件判断，来决定是否转移
• 汇编语言中，条件跳转指令有很多种
  • 如 je 2 【jump when equal】 表示当比较结果为 a=b 时跳转到 2 ，就是令PC=2
  • 如 jg 2 【jump when greater】 表示当比较结果为 a>b 时跳转到 2，就是令PC=2
  • 无条件转移指令 jmp 2：不管PSW的各种标志位，就直接令PC=2

标签：变址,基址,PC,地址,寻址,寄存器,数据
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