数据寻址方式

考情分析

寻址方式在选择题和大题里都有涉及。重点在于 EA 的计算公式和访存次数，尤其是间接寻址、基址/变址寻址的区别。

大纲定位

考纲第四章（三）：寻址方式。

要求到什么程度：不只是背八种方式的 EA 公式，还要能由具体地址算出有效地址和操作数、判断某方式属不属于偏移寻址、数清一次访问要访存几次。

寻址方式总览

寻址方式	有效地址 EA	取操作数访存次数	特点
立即寻址	操作数就是指令中的数本身	0	最快，操作数在指令中
直接寻址	EA = A	1	简单，A 是内存地址
间接寻址	EA = (A)	2（一次取地址，一次取数）	灵活，支持数组/指针
寄存器寻址	操作数在寄存器中	0（不访存）	最快访问，寄存器有限
寄存器间接寻址	EA = (R)	1	寄存器存地址，灵活
相对寻址	EA = (PC) + A	1	与位置无关，适合跳转
基址寻址	EA = (B) + A	1	B 由操作系统设置，程序重定位
变址寻址	EA = (X) + A	1	X 由程序员修改，适合循环/数组

记号约定（真题也用这一套，务必分清）：

• $A$：指令中的地址字段（形式地址）
• $(X)$：取内容。$X$ 是寄存器时表示寄存器内容；$X$ 是地址时表示该内存单元的内容
• 所以 $(A)$ 读作"以 $A$ 为地址的那个内存单元里存的值"，$((A))$ 就是再取一次

选择题常拿 $I$ / $(I)$ / $((I))$ 这一层层括号的差别设选项，看清有几层括号是第一位的。

EA 是地址，不是操作数。所有公式算出来的都是 EA，还差最后一步：

$$\text{操作数}=\text{Mem}[EA]$$

停在 EA 就交卷是这类题最常见的失分方式（立即寻址和寄存器寻址除外，它们不产生内存 EA）。

判据来自指令，不是数据

同一个寄存器里的一串二进制，什么时候当数、什么时候当地址？由指令自己说了算。指令格式里有专门的寻址方式字段（也叫寻址特征位）：

$$[\underset{\mathrm{操}\mathrm{作}\mathrm{码}}{\underbrace{\text{OP}}}\underset{\mathrm{寻}\mathrm{址}\mathrm{方}\mathrm{式}}{\underbrace{\text{M}}}\underset{\mathrm{形}\mathrm{式}\mathrm{地}\mathrm{址}}{\underbrace{\text{A}}}]$$

CPU 在译码阶段读 M 字段，据此决定接下来怎么解释 A。数据本身不携带"我是地址还是数值"的信息。

偏移寻址：三兄弟的统称

相对、基址、变址三种方式共享同一个形式：

$$EA=(\text{某个寄存器})+A$$

它们合称偏移寻址，区别只在那个寄存器是谁（PC / 基址寄存器 / 变址寄存器）以及谁变谁不变。

判断"哪个不属于偏移寻址"时，看有没有这个加法、有没有寄存器参与：间接寻址是 $EA=(A)$，纯粹的一次取内容，没有加法也没有寄存器，所以不属于。

三种典型方式的操作数落点

图 4.1 单级间接寻址

间接寻址：指令里的 @间接地址 指向的不是操作数，而是存放有效地址的那个单元；要再访存一次才拿到操作数。图里两级箭头正是访存 2 次的来源。

图 4.2 数组元素的变址寻址

变址寻址：形式地址 $A$ 固定为数组首址，变址器 $I$ 装下标（图中为 3），相加得到 a[3] 的地址。循环里只需递增 $I$，指令本身一个字节都不用改——这就是"变址适合数组遍历"的由来。

图 4.3 基址寻址过程

各寻址方式详解

立即寻址

指令中直接包含操作数，而不是操作数的地址。

指令: ADD R0, #5    ; 将立即数 5 加到 R0

操作数 = 指令中的立即数字段，无需访存取操作数。但立即数的位宽受指令字长限制。

直接寻址

指令中的地址字段 $A$ 就是操作数所在的主存地址。

$$EA=A$$

访存 1 次即可取到操作数。地址空间受 $A$ 的位数限制。

间接寻址

指令中的 $A$ 不是操作数地址，而是存放操作数地址的内存单元地址。

$$EA=(A)$$

需要访存 2 次：第 1 次从地址 $A$ 取出真正的操作数地址，第 2 次才取操作数。

多重间接寻址：$(A)$ 中存的还是间接地址，继续间接，每多一层多访存 1 次。

寄存器寻址

操作数在某个寄存器中，指令指定寄存器编号。

$$\text{操作数}=\text{Ri}$$

不访存，速度最快。但寄存器数量有限（一般 8～32 个）。

寄存器间接寻址

寄存器中存的是操作数的内存地址。

$$EA=(R_i)$$

访存 1 次取操作数——与直接寻址次数相同，但地址来自寄存器而非指令字段，因而地址位数不受指令长度限制，可寻址范围更大。

相对寻址

以程序计数器 PC 的当前值为基准，加上偏移量 $A$。

$$EA=(PC)+A$$

注意：取该指令后 PC 已自动指向下一条指令，所以基准是下一条指令的地址，不是本条的首地址。

$$P{C}_{\mathrm{下}\mathrm{条}}=\text{本条首地址}+\frac{\text{指令长度}}{\text{编址单位}}$$

"加几"分三档，别只记住第一档：

情形	PC 增量	例
定长指令 + 按字编址	1	单字长指令，一条占一个字
定长指令 + 按字节编址	指令字节数	2 字节定长指令加 2、32 位定长指令加 4
变长指令（x86）	本条指令的字节数	5 字节的 call 加 5

编者注（易错）：中间那一档最常被漏。"定长"不等于"加 1"——按字节编址时 2 字节的定长指令要加 2。真题的经典错项就是把这一档按第一档算，结果差一个单位。

另外，偏移量位宽小于地址位宽时，要按补码符号扩展到地址位宽再相加（如 8 位偏移 E3H → 16 位 FFE3H），否则负偏移会变成一个大正数。

特点：指令中存储的是相对偏移而非绝对地址，程序可以加载到任意内存位置而不改变相对跳转（位置无关代码）。条件跳转指令广泛使用。

基址寻址

以基址寄存器 B（Base Register）的内容为基准，加上指令中给出的偏移量 $A$。

$B$ 由操作系统在程序装入时写入、运行期不再改动；变的是 $A$——程序里每条指令按自己要访问的位置各写各的偏移。这正是程序重定位的原理：整个程序搬到内存别处，只需改 $B$ 一个寄存器，所有指令里的 $A$ 都不用动。

$$EA=(B)+A$$

• 基址寄存器由操作系统设置，用于程序重定位（多道程序）
• 偏移量 $A$ 较小，基址寄存器覆盖程序起始地址
• 程序中的 $A$ 是相对程序起始的偏移，基址 $B$ 是实际起始地址

变址寻址

以变址寄存器 X（Index Register）的内容为基准，加上固定偏移量 $A$。

$$EA=(X)+A$$

• 变址寄存器由程序员控制，可以在循环中自动增减
• $A$ 是数组/表格的起始地址（固定），$X$ 是下标（变化的）
• 适合遍历数组、查表等顺序访问

基址与变址的区别

特性	基址寻址	变址寻址
谁不变	基址寄存器 B——程序装入时定死，整个程序运行期不变	形式地址 A——固定为数组首址
谁在变	形式地址 A——每条指令各写各的偏移	变址寄存器 X——随循环递增
用途	程序重定位	数组遍历、循环
修改者	操作系统（装入时设定 B）	程序员/编译器（循环里改 X）

编者注（易错）：两者的公式都是"寄存器 $+$ 形式地址"，唯一区别就在谁是常量、谁是变量，而且正好相反。一句话记：基址是"基准固定、偏移在变"，变址是"基准固定在指令里、下标在变"。选择题的做法就是把这两栏对调。

堆栈寻址

操作数隐含在栈顶，通过栈指针 SP 访问。

• PUSH X：SP-1 → SP，然后将 X 写入 M[SP]（先移指针再压栈，或反之取决于架构）
• POP X：将 M[SP] 读出送 X，然后 SP+1 → SP

堆栈操作的操作数地址由 SP 隐含给出，无需在指令中显式指定。零地址指令（如 ADD）就是基于堆栈寻址：从栈顶弹出两个操作数运算后结果压回栈顶。

交互可视化

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访存次数汇总

寻址方式	取指令访存	取操作数访存	总计
立即	1	0	1
寄存器	1	0	1
直接	1	1	2
寄存器间接	1	1	2
相对	1	1	2
基址	1	1	2
变址	1	1	2
间接	1	2	3

考点清单

• 立即寻址：操作数在指令中，访存 0 次取操作数
• 间接寻址：访存 2 次（取地址 + 取数据），比直接多 1 次
• 基址寻址：OS 设置基址，用于重定位；变址寻址：程序员设置，用于遍历
• 相对寻址：EA = PC + 偏移，PC 已指向下一条指令
• 寄存器间接 EA = (Ri)，只访存 1 次（地址已在寄存器中）

教材出处

• 袁春风《计算机组成与系统结构（第 3 版）》§4.1 指令格式与寻址方式：图 4.1（p94）、图 4.2（p95）、图 4.3（p96）

真题练习

相关真题（14题）

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