直接上干货，废话不多说。
大纲：
1、机器指令的基本格式
2、地址码结构
3、扩展操作码
4、九种基本的数据寻址方式
5、存储器堆栈
详细内容：
机器指令基本格式
| 机器码字段 |
地址码字段 |
机器字长：值计算机能直接处理二进制数据的位数
指令字长：一条指令中包括二进制的位数
单字长指令：指令长度等于机器字长的指令
双字长指令：指令长度等于两个机器字长的指令
2.2 地址码结构
1）四地址指令
| OP |
A1 |
A2 |
A3 |
A4 |
指令含义：（A1）OP（A2）->A3
A4=下一条将要执行指令的地址
注意：（A1）代表从A1地址中取出操作数，（）代表取数值操作
2）三地址指令
| OP |
A1 |
A2 |
A3 |
指令含义：（A1）OP(A2)->A3
(pc)+1->pc
注意：程序计数器（PC）用于指出下一条指令在主存中的存放地址
3)二地址指令
| OP |
A1 |
A2 |
指令含义：（A1）+(A2)->A1
(pc)+1->pc
其中：A1为目的操作数地址，A2为源操作数地址
4)一地址指令
| OP |
A1 |
指令含义：（Acc）OP(A1)->Acc
(pc)+1->pc
其中：Acc为；累加寄存器（Accumulator Acc）
5)零地址指令
| OP |
实现这一构想的硬件结构是堆栈
小结：该知识点主要理解好指令的含义即可
例题1（14年选择题）
单地址指令中为了完成两个数的算术运算，除地址码指明的一个操作数外，另一个常需采用______
A.堆栈寻址方式 B.立即寻址方式
C.隐含寻址方式 D.间接寻址方式
分析：A选项是零地址指令的情况，堆栈成为提供操作数和保存运算结果的唯一场所。B，D选项不属于这5种指令的情况，因为Ai就代表了操作数地址，所以二地址、三地址、四地址指令都是直接寻址方式，正确答案是C,单地址指令的隐含操作数存放在专门的寄存器中，即Acc.
2.3 扩展操作码（重点）
优点：既能充分利用指令的各个字段，又能在不增加指令长度的情况下扩展操作码的位数，使它能表示更多的指令。
例题2（14年综合题）
设指令字长为16位，每个操作数的地址码为6位，指令有零地址，一地址、二地址3种格式
设指令系统的操作码长度和位置固定，若零地址指令有M中，一地址指令有N种，则二地址指令最多有几种？
若采用扩展操作码技术，二地址指令最多有几条？
采用扩展操作码技术，若二地址指令有P条，零地址指令有Q条，则一地址指令最多有几种？
解：（1）由题意知这是个定长操作码，指令字长16位,操作数地址码Ai为6位，因此可以画出零地址、一地址、二地址的指令格式
4位
| OP |
指令格式： 零地址
4位 6位
| OP |
A1 |
一地址
4位 6位 6位
| OP |
A1 |
A2 |
二地址
其中零地址指令M条，一地址指令N条。我们知，指令的操作码长度固定为4位，最多可表示出2^4=16条指令。也即16条=M+N+P(其中P为二地址指令条数)，因此P=16-M-N。
扩展操作码的指令格式：
16位
| OP |
指令格式： 零地址
10位 6位
| OP |
A1 |
一地址
4位 6位 6位
| OP |
A1 |
A2 |
二地址
（2）采用扩展操作码，则操作码的长度不固定。二地址指令的操作码为4位，本来最多可表示16条二地址指令。但是由于是扩展操作码，至少要留一个二地址指令作为扩展窗口，来形成一地址指令。因此二地址指令最多有：
16-1=15条
（3）同样也是采用扩展操作码。我们知，每条二地址指令用来扩展形成一地址指令，可以造出2^6条一地址指令。同理，每条一地址指令用来扩展形成零地址指令，可以造出2^6条零地址指令。
现在题目问一地址指令最多有几种，那么我们应该转成求最多有多少条二地址指令可供扩展，因为每多一条二地址指令，就能多出2^6条一地址指令。
题目已经告诉我们有二地址指令P条，这P条是不能作为扩展窗口的，那么剩下的（2^4-p）条指令都能作为一地址的扩展窗口，也即最多可以造出（2^4-p）*2^6条一地址指令。
看似题目求到这就求完了，但是题目还告诉了我们零地址指令有Q条，说明同样需要用一地址指令用来扩展成零地址指令，那么不用来扩展的一地址指令条数记为R条才是我们最终要求的答案（因为用来扩展的一地址指令都成最后的零地址指令了）
这里满足一个等式：[（2^4-p）*2^6-R]*2^6=Q
由该等式求得R=(2^4-p)*2^6-ceil(Q/2^6),其中ceil代表向上取整
注：这道题非常有代表性，几乎涵盖的定长操作码和扩展操作码考题的知识点，务必要掌握并理解透彻，该题理解了，其他类似的题就很简单了。
练习题：
练习题1（05年真题问答题）：设指令长度为二进制16位，地址长度为4位，请设计一指令系统，使分别具有零地址、一地址和二地址的指令（要求指令条数最多）
提示：要使指令条数最多，那么要求不进行扩展的指令要尽可能的多，也即二地址指令留一条指令作为扩展窗口，同理一地址指令也只留一条指令作为扩展窗口。
练习题2（06年综合题）：假设某机器的指令的长度为16位，包括4位基本操作码字段和三个4位地址段，请设计具有15条三地址指令，15条二地址，15条一地址和16条零地址的指令格式。
提示：稍微分析一下题目条件，15条三地址指令，15条二地址，15条一地址，16条零地址，这不就是指令条数最多的情况吗，和05年的那题其实是一个意思，这两道题是同一道题，只不过换了一种说法。
2.4 基本的数据寻址方式（9种）【超级重点，必考考点】
| 寻址方式 |
有效地址 |
用途及特点 |
| 立即寻址 |
|
通常用于给寄存器赋初值 |
| 隐含寻址 |
|
缩短指令字长 |
| 直接寻址 |
EA=A |
|
| 间接寻址 |
EA=（A） |
扩大寻址范围，易于完成程序返回 |
| 寄存器寻址 |
EA=Ri |
减少指令字的长度，执行速度快 |
| 寄存器间接寻址 |
EA=(Ri) |
扩大寻址范围 |
| 基址寻址 |
EA=(Rb)+A |
适用于多道程序设计 |
| 变址寻址 |
EA=(Rx)+A |
处理数组问题和循环程序 |
| 相对寻址 |
EA=(PC)+A |
转移指令和程序浮动 |
| 先间址再变址 |
EA=(Rx)+(A) |
|
| 先变址再间址 |
EA=((Rx)+A) |
|
| 页面寻址 |
EA=PC//A |
|
说明： A为形式地址，EA为有效地址，操作数S=(EA)
注：1） 基址寻址与变址寻址的区别：基址寻址中，基址寄存器中的内容由操作系统确定，用户不可变，但偏移地址可变；
变址寻址中，变址寄存器是由用户设定的，其值可变，但指令字的形式地址A不可变
2）相对寻址是基于程序局部性原理
3）在各种寻址方式中，指令的地址码字段可能出现的情况:
a.寄存器编号 b.设备端口地址 c.存储器的单元地址 d.数据
寻址特点比较：
a.间接慢，直接快
b.内存慢，寄存器快，立即数更快
c.要运算的慢，不需要运算的快
d.间接的复杂，直接的简单
e.直接的死板，间接的灵活
f.内存地址长，寄存器地址短
几种数据寻址操作数存放位置比较：
1）立即寻址的操作数：存在于指令中，只要取出指令，也就取出了可以立即使用的操作数。
| OP |
立即数 |
从立即寻址的指令格式可以发现，指令中在操作码字段后面的部分不是通常意义上的操作数地址，而是操作数本身。
2)寄存器寻址：操作数存放在寄存器中。根据寄存器编号Ri找到对应的操作数S=(Ri)
3)其他七种寻址：操作数都存放在主存。以直接寻址为例，通过指令的地址码到主存的相应位置取操作数。
说明：对该知识点，应该能做到很熟悉每种寻址方式的有效地址计算方式EA,以及操作数S=(EA)。该知识点直接点和第六章的数据通路直接挂钩，也是一个必考点，历年大题经常把这两个知识联合考察，还是有一定难度，复习时应高度重视。
例题3（13年选择题）：若指令中地址码给出的是操作数的有效地址，这种寻址方式为（）
A.立即寻址 B.直接寻址 C.间接寻址 D.相对寻址
答案：B
例题4：计算器指令中要用到的操作数一般可来自（）部件
A.通用寄存器 B.内存存储单元 C.外设接口中的寄存器 D.以上情况均可
答案：D
例题5(选自高分笔记)：某机器字长16位，主存按字节编址，转移指令采用相对寻址，由两个字节组成，第一字节为操作码字段，第二字节为相对位移量字段。假定取指令时，每取一个字节PC自动加1.若某转移指令所在主存地址为2000H,相对位移量字段的内容为06H,则该转移指令成功转移后的目标地址是（）
A.2006H B.2007H C.2008H D.2009H
分析：题目说的是相对寻址，因此先写出计算相对寻址的有效地址的式子：
EA=(PC)+A，而A是已知的，只需确定取值后PC的值。
我们知相对寻址由程序计数器（PC）提供基准地址，本题的（PC）=2000H
由题知，转移指令由两个字节组成，每取一个字节PC自动加1，由于每条指令由两个字节组成，因此取指令后PC值为2002H.[(PC)+2->PC]
故EA=(PC)+A=2002H+06H=2008H
注：看清题目是字编址还是字节编址。
说明：由该题我想再补充一点关于相对寻址的特点（课本P60）：
对于指令地址而言，操作数地址可能在指令地址之前或之后，因此，指令中给出的位移量可负、可正，通常用补码表示。如果位移量为n位，则相对寻址的寻址范围为：（PC）-2(n-1)~(PC)+2(n-1)-1
这是个小知识点，在课本60页，去年综合题的一个小问考到了，注意这给的是补码的情况。
练习题（14年填空题）：设相对寻址的转移指令占两个字节，第一字节是操作码，第二字节是用补码表示的相对位移量，若转移指令地址为200aH,要求转移到2002H,则该转移指令第二字节内容为_____
注：这里先不给出答案，自己看清题目再稍加思考，不难得出结果。
例题6（13年真题综合题）：
设有一台计算机，其指令长度为16位，指令格式如下：
该指令的功能是（R） ← （R）OP（M/D）
其中OP为操作码，占5位；第一操作数R为寄存器直接寻址，第二操作数由M和D共同决定寻址方式（M为寻址方式，D为形式地址）且规定如下：
M＝000，为立即寻址，D为立即数；
M＝001，为相对寻址，D为位移量；
M＝010，为基址寻址，D为位移量；
M＝011，为寄存器间接寻址，D为寄存器号；
假定要执行的指令为加法指令（ADD），存放在002000单元中，D的值为02，该指令执行前存储器内容如图1所示；通用寄存器组、变址寄存器和基址寄存器内容如图2所示。问：当M分别为以下几种情况时，该指令执行后，结果是什么？（要求写出计算过程）（8分）
（1）当M＝000 时，结果是什么？放在哪个寄存器中？
（2）当M＝001时，结果是什么？放在哪个寄存器中？
（3）当M＝010时，结果是什么？放在哪个寄存器中？
（4）当M＝011时，结果是什么？放在哪个寄存器中？
图 1 存储器内容
图 2 寄存器内容
分析：本题考查的知识点是数据寻址，要求考生能十分熟悉每种数据寻址的特点，并能根据不同的数据寻址做出相应的运算。
先来罗列一下已知的条件：
1) 
该指令的功能是（R） ← （R）OP（M/D）
其中OP为操作码，占5位；第一操作数R为寄存器直接寻址，第二操作数由M和D共同决定寻址方式（M为寻址方式，D为形式地址）
2)假定要执行的指令为加法指令（ADD），存放在002000单元中，D的值为02
根据2），我们知道OP是ADD操作，指令功能进一步写成：
（R） ← （R）ADD（M/D）
加法指令ADD有两个操作数，第一个操作数R为寄存器直接寻址，也就是说只要找到了所在的寄存器号Ri,那么第一操作数的值即为S1=(Ri);
指令的8-10位是寄存器，查看编号是001，即为R1
找到R1对应的值，即S1=(R1)=002004
第二个操作数是由（M/D）共同确定，这个就要回到问题里面去分析，总之就是再找到第二个操作数的值S2. 然后再（S1）+(S2)->(R1),也即把最终的结果存回到R1寄存器中。
因此，本题的关键点就是求第二操作数S2.带着这个问题方向回到题目中寻找答案。
（1）M=000,由题意知为立即寻址，D为立即数，且D=2.因此S2=D=2
结果S=S1+S2=002004+02=002006，结果存放在R1
(2) M=001，由题意知为相对寻址，D为位移量。
相对寻址的EA=(PC)+D,其中D=02
由内存地址图知，加法指令ADD在内存的初始地址是（PC）=002000.
而该指令是16位（说明是两个字节，PC需要增加两步），那么当把指令取出，要执行（PC）+2->PC操作，
故EA=002002+02=002004,则S2=（EA）=001150
故结果S=S1+S2=002004+001150=03154,结果存放在R1
当CPU从存储器中取出一个字节时,会自动执行(PC)+1→PC。程序计数器PC在取出指令后PC=PC+1
(3)M=010，为基址寻址，D为位移量
基址寻址的EA=(Rb)+D,其中D=02
由题目中的基址寄存器图知（Rb）=002004,由此得EA=002006
故S2=(EA)=001250,所以S=S1+S2=002004+001250=003254,存放在R1中。
(4)M=011, 为寄存器间接寻址，D为寄存器号；因为D=02，所以另一个寄存器是R2
寄存器间接寻址的EA=(Ri),故EA=(R2)=004004，则S2=(EA)=002016
所以S=S1+S2=002004+002016=00401A,存放在R1中。
练习题：某机的机器字长为16位，主存按字编址，指令格式如下：
15 10 9 8 7 0
| 操作码 |
X |
D |
其中，D为位移量，X为寻址特征位。
X=00:直接寻址
X=01:用变址寄存器X1进行变址
X=10：用变址寄存器X2进行变址
X=11:相对寻址
设（PC）=1234H, (X1)=0037H (X2)=1122H (H代表十六进制)
请确定下列指令的有效地址
（1）4420H (2)2244H (3)1322H (4)3521H (5)6723H
详解：
（1）4420=0100 01 00 0010 0000H
00表示直接寻址Addr=(A)=20H
（2）2244H=0010 00 10 0100 0100H
D=0100 0100H=44H
10表示变址寄存器X2，Addr=（X2）+D=1122H +44H
（3）1322H=0001 0 0 11 0010 0010 H
D=0010 0010 H=22H
11表示相对寻址, Addr=（PC）+D=1234H+22H
（4）3521H=0011 01 01 0010 0001H
（5）)6723H=0110 01 11 0010 0011H
D=0010 0011H=23H
Addr=（X2）+D=1122H +44H
| 1.X=00，D=20H，EA=20H |
说明：这题比较死板，远不如真题的灵活，毕竟没有那么多图，这题只要对各种数据寻址比较熟悉，应该是比较简单的，先不提供答案，由自己完成。
2.5 存储器堆栈
（1）自底向上生成（向低地址方向生成）堆栈
进栈：
（SP）+1->SP ;修改栈指针
（A）->(SP) ;将A中的内容压入栈顶单元
出栈：
（（SP））->A ;将栈顶单元内容弹出送入A中
（SP）+1->SP ;修改栈指针
（2）自顶向下生成（向高地址方向生成）堆栈
这种堆栈与自底向上堆栈正好相反，它的栈底地址小于栈顶地址。进栈时，先令（SP）+1->SP,然后再压入数据；出栈时，先将数据弹出，然后（SP）-1->SP
例题7（14年选择题）：在向下生成的堆栈中，如果入栈指令PUSHX的操作定义为：(SP)+1->SP,M(X)->M(SP),则出栈指令POPX应定义为___
A.(SP)-1->SP, M(SP)->M(X) A.(SP)+1->SP, M(SP)->M(X)
C.M(SP)->M(X), (SP)-1->SP D..M(SP)->M(X), (SP)+1->SP
答案：C