§3.3.0 8086指令系統(tǒng)

　　本節(jié)概述

　　指令是計算機所能識別和執(zhí)行的指示和命令，指令在計算機上執(zhí)行時，控制器根據(jù)指令的要求，控制計算機的各部件協(xié)調(diào)工作。

　　目標程序不能被操作系統(tǒng)裝入和執(zhí)行，為了讓操作系統(tǒng)裝入和執(zhí)行，必須把目標程序連接為操作系統(tǒng)下的可執(zhí)行文件，連接過程一般使用連接程序Link.EXE來完成。

　　教學目標

　　熟練掌握8086指令系統(tǒng)中的各種數(shù)據(jù)操作指令，并能編寫自己的程序。

　　學習內(nèi)容

　　概述

　　數(shù)據(jù)傳送指令

　　算術(shù)運算指令

　　邏輯運算、移位、循環(huán)指令

　　控制轉(zhuǎn)移指令

　　串操作指令

　　中斷指令

　　處理控制指令

　　重點難點

　　1、指令的運用

　　2、程序的編寫

　　關鍵字

　　指令

　　參考資料

　　1、《微型計算機技術(shù)及應用》，戴梅萼等編著，第二版，清華大學出版社

　　2、《微型計算機原理》，季維法等編著，第一版，電子科技大學出版社

　　3、《微型計算機原理—常見題型解析及模擬題》，武自芳主編，西北工業(yè)大學出版社

　　4、《80X86/80X87匯編語言程序設計》，洪志全等編著，電子科技大學出版社

 

　　§3.3.1 概述

　　指令是計算機所能識別和執(zhí)行的指示和命令，指令在計算機上執(zhí)行時，控制器根據(jù)指令的要求，控制計算機的各部件協(xié)調(diào)工作。CPU能夠直接執(zhí)行的指令，也是用二進制編碼表示的，稱為機器指令，這種語言稱為機器語言。機器語言不便于編程，在編程時，一般用助記符來代表機器指令，

　　用助記符編寫的程序，稱為"匯編語言源程序"，匯編語言源程序(文件擴展名ASM)需要翻譯為機器指令表示的目標程序(文件擴展名OBJ)，這一翻譯過程稱為"匯編"，一般使用稱為"匯編程序"的程序來進行翻譯。典型的匯編程序如MicrosoftMASM 5.0。

　　目標程序不能被操作系統(tǒng)裝入和執(zhí)行，為了讓操作系統(tǒng)裝入和執(zhí)行，必須把目標程序連接為操作系統(tǒng)下的可執(zhí)行文件，如DOS及Windows下的可執(zhí)行文件擴展名為EXE或COM。連接過程一般使用連接程序Link.EXE來完成。

　　匯編語言指令與機器指令間有一一對應關系，可以充分發(fā)揮CPU的性能，如圖3-7。

　　另外，使用高級語言編寫的源程序，必須通過"編譯"、"連接"形成可執(zhí)行文件，如圖3-8。

　　能夠直接執(zhí)行的機器指令，用二進制編碼表示。在Intel 系列CISC(復雜指令集計算機)CPU中，機器指令的長度為1~6字節(jié)。

　　OP：操作碼字段，6位，規(guī)定該指令的操作性質(zhì)，如圖3-9。

　　D： 方向位。D=0， REG為源操作數(shù); D=1，REG為目的操作數(shù)。

　　W: 操作數(shù)大小. W=0, 操作數(shù)為字節(jié); W=1, 操作數(shù)為字。

　　REG: 寄存器編碼如下表：

　　MOD: 方式字段

　　MOD=11, 寄存器方式, 兩個操作數(shù)均在寄存器中,第一個寄存器由REG字段給出, 第二寄存器由R/M字段給出,R/M的編碼與REG同.

　　MOD=00、01、10：存儲器方式，有一個操作數(shù)在存儲器中，存儲器的有效地址由R/M字段給出：(D8=8位常數(shù)，D16=16位常數(shù))如下表所示。

　　§3.3.2 數(shù)據(jù)傳送指令

　　傳送指令執(zhí)行寄存器、存儲器、I/O接口電路、堆棧、地址的傳送。有效的傳送路徑及方向如圖3-10。

　　1、 通用型傳送指令

　　(1) MOV

　　一般格式： "MOV dst，src"

　　dst=目標(destination)，src=源(source)

　　傳送(move)的實質(zhì)是復制(copy)，即傳送后，src中的值不變，。

　　注意：① 上圖中未標明的路徑均是非法的。

　?、?不能給CS或IP賦值。

　?、?常數(shù)不能直接賦給段寄存器。

　　(2) 堆棧操作

　　堆棧(STACK)是一段連續(xù)的內(nèi)存，用于暫存數(shù)據(jù)，例如，可以把寄存器中的值暫存在堆棧中，需要時再取回到寄存器;在子程序和中斷處理程序中，通常需要把寄存器中的值暫存在堆棧中。在子程序調(diào)用和中斷發(fā)生時，返回的斷點地址也保存在堆棧中。 堆棧段的基地址保存在SS寄存器中，堆棧的大小等于SP的初值。堆棧操作過程中，SP指向數(shù)據(jù)所在單元(稱為"棧頂")。

　　堆棧操作有兩條指令，PUSH和POP。

　　PUSH：把寄存器或存儲器中的16位數(shù)值存入堆棧，。

　　把數(shù)據(jù)存入堆棧稱為"推入"或"入棧"。向堆棧中存入數(shù)據(jù) 時，SP的值減少，稱堆棧具有"下推式"的特點。

　　POP：把堆棧中SP處的16位數(shù)取至寄存器或內(nèi)存中。

　　把數(shù)據(jù)從堆棧中取出稱為"彈出"或"出棧"。

　　堆棧操作指令PUSH/POP只能進行16位數(shù)(字)操作，且遵從"先進后出"原則，操作過程如圖3-11所示。

　　使用堆棧還應注意"溢出"問題。

　　(3) 交換指令XCHG

　　把兩個操作數(shù)的值相交換(Exchange)。

　　(4) 翻譯指令XLAT

　　格式：XLAT 原始表

　　或：XLAT ;形式上無操作數(shù)

　　功能：查找一個字節(jié)表格中某一項的值。表格的名字(表示表格的起始地址)放在BX寄存器中，所查找項相對于表格起始地

　　址的偏移量放在AL中;該指令執(zhí)行后，AL等于所查找項的值。

　　注意，即使使用"XLAT tab"格式，也必須把tab的偏移量放在BX中。

　　2、 輸入輸出型傳送指令

　　CPU與外部設備之間必須通過"I/O接口電路"連接。8086的I/O接口電路，其主要作用是完成CPU與外部設備間的信息傳送。CPU把信息直接送給外部設備對應的I/O接口電路，由I/O接口電路負責把信息送給外部設備?；蛘撸獠吭O備把信息送入對應的I/O接口電路，CPU從I/O接口電路中讀取信息。

　　從編程的角度看，I/O接口電路由一些"端口"(PORT)構(gòu)成，CPU把信息直接送給外部設備對應的端口，由端口負責把信息送給外部設備?；蛘?，外部設備把信息送入對應的端口，CPU從端口中讀取信息。

　　8086CPU采用"端口尋址方式"，即端口地址與存儲器地址單獨編號，使用專用的輸入輸出指令，在端口與AL或AX寄存器之間傳送信息。端口地址范圍是0000~FFFFH，每個端口可以存放8位二進制數(shù)，稱為"8位端口"。

　　輸入輸出指令有兩個：IN(輸入)、OUT(輸出)。

　　IN指令：把端口的值輸入到AL或AX寄存器中。

　　OUT指令：AL或AX寄存器中的值輸出到端口。

　　IN/OUT指令有兩種用法：

　　用法一：端口地址以常數(shù)給出，適用于端口地址00~FFH。

　　用法二：端口地址放在DX寄存器中，適用于端口地址0000~FFFFH。

　　3、 地址傳送型指令

　　這類指令用于處理存儲器地址。如果一個存儲單元的值是另一個存儲單元的地址，該存儲單元被稱為"指針"(Pointer)。

　　存儲單元P的地址是1000H，存儲單元X的地址是2000H，P中的值等于X的地址2000H，稱為P指向X，或者說P是X的指針如圖3-12所示。指針P僅包含X的地址偏移量(2字節(jié))，是一個"近指針"(Near型指針)。

　　指針FP包含Y的段地址和偏移量(4字節(jié))，是一個"遠指針"(Far型指針)。其中偏移量放在前2字節(jié)，段地址放在后2字節(jié)如圖3-13所示。

　　(1)LEA指令(裝入有效地址，Load Effective Addres)

　　LEA把內(nèi)存數(shù)據(jù)的有效地址(地址偏移量，16位)送到一個16位通用寄存器。

　　(2) LDS指令(裝入有效地址和DS寄存器)

　　LDS 把內(nèi)存數(shù)據(jù)的段地址送DS，偏移量送另一個16位通用寄存器。

　　(3)LES指令(裝入有效地址和ES寄存器)

　　LES 把內(nèi)存數(shù)據(jù)的段地址送ES， 偏移量送另一個16位通用寄存器。

　　4、 標志傳送型指令

　　標志傳送指令用于讀出標志寄存器(FLAG 或稱PSW)的內(nèi)容，或設置標志寄存器新的值，如圖3-14所示。

　　(1)LAHF (Load AH with Flag) 將標志寄存器的值裝入AH(讀出標志寄存器的值)。

　　(2)SAHF (Save AH into Flag) 將AH的值裝入標志寄存器(設置新的標志)。

　　(3)PUSHF，POPF PUSHF：

　?、?SP減2

　　② 將FLAG的值存入堆棧中SP處，F(xiàn)LAG中的值保 持不變

　　POPF： ① 從堆棧中SP處取出一字送到FLAG

　　② SP加2

　　§3.3.3　算術(shù)運算指令

　　8086提供了加、減、乘、除四種基本算術(shù)運算，這些運算都可對字節(jié)或字進行運算，既可以對無符號數(shù)運算，也可對有符號數(shù)運算。無符號數(shù)和有符號數(shù)的加、減法運算使用相同的指令。乘、除運算中，無符號數(shù)和有符號數(shù)運算使用不同的指令。

　　1、 加法

　　(1) 加法的一般格式

　　ADD dst，src

　　功能：dst ←dst+src，源操作數(shù)與目的操作數(shù)相加，和放在目的操作數(shù)中。

　　(2) 帶進位的加法

　　ADC dst，src

　　功能：dst←dst+src+CF，源操作數(shù)與目的操作數(shù)相加，并考慮上一次加法的進位，和放在目的操作數(shù)中。

　　(3) 加1指令 　　INC dst 　　功能：dst ←dst+1

　　2、 減法

　　(1) 減法的一般格式 　　SUB dst，src 　功能：dst ←dst-src

　　(2) 帶進位的減法 　　　SBB dst，src

　　功能：dst←dst-src-CF，考慮上一次減法的借位。(上一次減法 的借位在CF中)

　　(3) 減1指令 　　　DEC dst 　　功能：dst←dst - 1

　　(4) 求補指令　　　NEG dst 　　功能：dst ←0-dst

　　(5) 比較指令

　　CMP dst，src

　　功能：比較dst和src的大小，比較的結(jié)果放在標志位中。

　　該指令采用"dst-src"的算法實現(xiàn)比較，但相減后的差不送給dst?！　l件轉(zhuǎn)移指令(如JG，大于時轉(zhuǎn)移;JNZ，當ZF=0時轉(zhuǎn)移

　　可以直接利用比較指令的比較結(jié)果。(條件轉(zhuǎn)移指令后述)

　　3、 乘法

　　無符號數(shù)的乘法(MULtiplication)用MUL指令， 有符號數(shù)的乘法用IMUL指令(有符號數(shù)又稱整數(shù)INTEGER)。 8086CPU可執(zhí)行兩個8位數(shù)相乘，或兩個16位數(shù)相乘,如圖3-15所示。

　　指令格式為：

　　MUL 操作數(shù)

　　IMUL 操作數(shù)

　　指令形式上只給出一個操作數(shù)(被乘數(shù))，但乘數(shù)和積是固定存放的。

　　如：無符號數(shù)的乘法

　　MUL BL ;AL × BL → AX

　　MUL CX ;AX × CX → DX AX (DX為高16位)

　　有符號數(shù)的乘

　　IMUL BYTE PTR [DI] ; AL乘內(nèi)存中的一字節(jié)值 ，

　　; 該內(nèi)存的地址由DI的值指出。積存放在AX中。

　　IMUL WORD PTR [DI] ;AX乘內(nèi)存中的一個字， ;該字的地;址由DI的值指出。積存放在DX和AX中。

　　注意：(1) 乘法指令的形式操作數(shù)不能為立即數(shù);

　　(2) MUL∕IMUL指令執(zhí)行后，設置CF和OF標志，但AF，PF，SF，ZF的值不確定，這四個標志無意義。

　　MUL指令：積的高一半為零，則CF=OF=0，否則，CF=OF=1。

　　IMUL指令：積的高一半是低一半的符號擴展，則CF=OF=0， 否則，CF=OF=1。

　　4、 除法

　　無符號數(shù)的除法(DIVision)用DIV指令，

　　有符號數(shù)的除法用IDIV指令 8086CPU可執(zhí)行16位/8位，或32位/16位，如圖3-16所示。

　　指令格式為：

　　DIV 操作數(shù)

　　IDIV 操作數(shù)

　　指令形式上只給出一個操作數(shù)(除數(shù))，但被除數(shù)、商和余數(shù)是固定存放的。

　　注意：

　　(1) DIV∕IDIV指令執(zhí)行后，所有狀態(tài)標志(CF，OF，AF，PF，SF，ZF)的值不確定，都無意義。

　　(2) DIV∕IDIV指令執(zhí)行后，如果商超出了范圍(除數(shù)很小，極限為0)，即除法溢出(或稱商溢出)，不使溢出標志置1。此時，CPU產(chǎn)生"0號中斷"(除數(shù)為零中斷)。

　　(3) 有符號數(shù)除法，可能產(chǎn)生兩種正確結(jié)果：如

　　(-30)/(+8)= -4 余 +2 (余數(shù)的符號與被除數(shù)不同)

　　(-30)/(+8)= -3 余 -6 (余數(shù)的符號與被除數(shù)相同)

　　IDIV指令取第二種結(jié)果。

　　數(shù)的擴展

　　(1)概念

　　數(shù)的擴展是指增加數(shù)的位數(shù)。如，把8位數(shù)擴展為16位數(shù)，或把16位數(shù)擴展為32位數(shù)，擴展后的數(shù)在數(shù)值上與原數(shù)相等。

　　(2)必要性

　　在乘法前，如果參與運算的乘數(shù)和被乘數(shù)不滿足"8位×8位"或不滿足"16位×16位"，則需將其中一個數(shù)擴展。如：參與乘法的兩個數(shù)為"8位×16位"，應將其中的"8位"數(shù)擴展為"16位"數(shù)，變成"16位×16位"運算。

　　在除法前，如果參與運算的除數(shù)和被除數(shù)不滿足"16位/8位"或不滿足"32位/16位"，則需將被除數(shù)擴展。

　　如果 原除法為"8位/8位"，應將被除數(shù)擴展為16位，變成"16位/8位"運算。

　　如果 原除法為"16位/16位"，應將被除數(shù)擴展為32位，變成"32位/16位"運算。

　　(3)擴展方法

　　無符號數(shù)的擴展：

　　8位→16位，只需把高8位清零。如把AH清零，使AL(8位)擴展為AX(16位)。

　　16位→32位，只需把高16位清零。如把DX清零，使AX(16位)擴展為DXAX(32位)。

　　有符號數(shù)的擴展：

　　使用擴展指令。

　　CBW指令(Convert Byte to Word)：把AL(Byte，8位)擴展為AX(Word，16位)。

　　CWD指令(Convert Word to Double Word)：把AX(Word，16位)擴展為DXAX(Double Word，32位)。

　　有符號數(shù)的擴展采用"符號擴展"方法，如： 0111 1111B (符號位為0)→0000 0000 0111 1111B (擴展部分全為0) 1000 1111B (符號位為1)→1111 1111 1000 1111B (擴展部分全為1)

　　5、 十進制數(shù)的運算

　　(1)BCD碼的概念

　　在計算機中，十進制數(shù)用二進制編碼表示，稱為BCD碼(Binary Coded Decimal)，又稱"二--十進制碼"。十進制有0~9 十個數(shù)碼，可用四位二進制碼來表示，如：　　

有兩種BCD碼：組合BCD碼和非組合BCD碼.

　　組合的BCD碼：用一字節(jié)(8位)表示兩位BCD碼。因此，一字節(jié)能表示的組合BCD碼范圍是0~99。組合的BCD碼又稱"壓縮的BCD碼"(packed BCD format)或"組合十進制數(shù)"。

　　如：一字節(jié)0101 0110B (56H)表示組合BCD碼56。

　　非組合的BCD碼：用一字節(jié)(8位)的低4位表示一位BCD碼，高4位為0。因此，一字節(jié)能表示的非組合BCD碼范圍是0~9。非組合的BCD碼又稱"非壓縮的BCD碼"(unpacked BCD format)或"分離十進制數(shù)"、"非壓縮十進制數(shù)"。

　　如：一字節(jié)0000 0111B (07H)表示非組合BCD碼7。 非組合的BCD碼 類似于 數(shù)字0~9的ASCII碼。非組合的BCD碼高4位為0000B，ASCII碼的高4位為0011B。

　　如： 數(shù)字7

　　非組合的BCD碼=00000111B

　　ASCII=00110111B

　　數(shù)字7 BCD碼運算的優(yōu)點：當數(shù)據(jù)含有小數(shù)時，用BCD碼運算不會引入截斷誤差，而用二進制運算會引入截斷誤差。如12.34的二進制表達： 1100.0101 0111 0000 101…，用有限位數(shù)表達，必然引入截斷誤差。

　　由于BCD碼運算不會引入截斷誤差，常用于會計軟件。另外，在工業(yè)控制中，BCD碼常用于表示撥號開關位置代表的數(shù)值。

　　(2) BCD碼的運算

　　BCD碼的運算方式：ADD，SUB，MUL，DIV等指令是用于運算二進制數(shù)的，不能直接用于運算BCD碼。要對BCD碼進行運算，可采用兩種方式：

　　①設置一套專用于BCD碼的指令

　?、诶枚M制運算指令和十進制調(diào)整指令

　　8086CPU采用第二種方式，即利用二進制指令和十進制調(diào)整指令。

　　十進制調(diào)整指令:

　　DAA：Decimal Adjust for Addition，加法的十進制調(diào)整指令。

　　DAS：Decimal Adjust for Subtraction，減法的十進制調(diào)整指令。

　　AAA：ASCII Adjust for Addition，加法的ASCII調(diào)整指令。

　　AAS：ASCII Adjust for Subtraction，減法的ASCII調(diào)整指令。

　　AAM：ASCII Adjust for Multiply，乘法的ASCII調(diào)整指令。

　　AAD：ASCII Adjust for Division，除法的ASCII調(diào)整指令。

　　這里，使用術(shù)語"十進制"(Decimal)表示 組合的BCD碼，

　　使用術(shù)語"ASCII"表示 非組合的BCD碼。

　　使用二進制運算指令對BCD碼進行運算，必須同時使用十進制調(diào)整指令進行調(diào)整，因為：

　?、?4位二進制表示的范圍是0~9,A,B,C,D,E,F， BCD碼只允許0~9。

　?、?4位二進制運算逢十六進一，而BCD碼逢十進一。

　　(3)BCD碼的加法

　　對BCD碼做加法運算，每次只能運算一字節(jié)(2位組合BCD碼或1位非組合BCD碼)，首先，使用二進制運算指令ADD/ADC，并將結(jié)果存于AL中，然后，對AL的值進行調(diào)整(DAA或AAA)。

　　DAA指令把AL中的值調(diào)整為組合BCD碼，并存于AL中。

　　AAA指令把AL中的值調(diào)整為非組合BCD碼，并存于AX中(AH高位)。

　　結(jié)論：用二進制指令運算BCD碼時，必須同時使用調(diào)整指令，組合BCD碼加法和非組合BCD碼加法的調(diào)整方法是 "加6調(diào)整"。即：當4位二進制碼超過9時，或有輔助進位(AF=1)時，調(diào)整指令DAA/AAA指令把二進制運算指令ADD/ADC的結(jié)果加6。

　　(4)BCD碼的減法

　　對BCD碼做減法運算，每次只能運算一字節(jié)(2位組合BCD碼或1位非組合BCD碼)，首先，使用二進制運算指令SUB/SBB，并將結(jié)果存于AL中，然后，對AL的值進行調(diào)整(DAS或AAS)。

　　DAS指令把AL中的值調(diào)整為組合BCD碼，并存于AL中。

　　AAS指令把AL中的值調(diào)整為非組合BCD碼，并存于AX中(AH高位)。

　　結(jié)論：用二進制指令運算BCD碼時，必須同時使用調(diào)整指令，組合BCD碼減法和非組合BCD碼減法的調(diào)整方法是："減6調(diào)整"。即：當4位二進制碼超過9時，或有輔助進位(AF=1)時，調(diào)整指令DAS/AAS指令把二進制運算指令SUB/SBB的結(jié)果減6。

　　(5)BCD碼的乘法和除法

　　(一)乘法

　　只能對非組合的BCD碼做乘法運算，且每次只能運算一字節(jié)(1位非組合BCD碼)，首先，使用二進制運算指令MUL按二進制運算，然后，使用AAM指令把結(jié)果調(diào)整為非組合BCD碼。

　　(二)除法

　　只能進行2位非組合的BCD碼(被除數(shù)，放在AX中)除以1位非組合的BCD碼運算。首先，使用調(diào)整指令AAD把被除數(shù)調(diào)整為二進制。然后，使用二進制運算指令DIV按二進制相除，在AL中獲得商的二進制形式，在AH中獲得余數(shù)的二進制形式。最后,用AAM指令把商調(diào)整為非組合BCD碼，存于AX中。