§4.6.3數(shù)學(xué)協(xié)處理器的編程結(jié)構(gòu)
1、 浮點(diǎn)寄存器堆棧
8個(gè)浮點(diǎn)寄存器，每個(gè)寄存器80位，可裝入臨時(shí)實(shí)數(shù)。浮點(diǎn)寄存器不能與主CPU寄存器直接交換數(shù)據(jù)，只能與內(nèi)存交換數(shù)據(jù)。內(nèi)存數(shù)據(jù)中的16位整數(shù)、32位整數(shù)、64位整數(shù)、短實(shí)數(shù)(32位)、長(zhǎng)實(shí)數(shù)(64位)均可裝入浮點(diǎn)寄存器時(shí)，且裝入時(shí)自動(dòng)轉(zhuǎn)換為浮點(diǎn)寄存器的80位臨時(shí)實(shí)數(shù)格式。浮點(diǎn)寄存器的80位臨時(shí)實(shí)數(shù)存入內(nèi)存時(shí)，按指定的內(nèi)存單元類型轉(zhuǎn)換為16位整數(shù)、32位整數(shù)、64位整數(shù)、短實(shí)數(shù)(32位)或長(zhǎng)實(shí)數(shù)(64位)。
8個(gè)寄存器按堆棧方式使用，棧頂為ST或用ST(0)表示。如圖4-11所示：
2、 數(shù)學(xué)協(xié)處理器的狀態(tài)寄存器
IE：Invalid Operation ，非法操作
DE：Denormalized operand，非規(guī)格化操作數(shù)
ZE：Zero Divide，除以0 OE：Overflow，寄存器棧上溢
UE：Underflow，寄存器棧下溢
PE：Precision，精度丟失
SF：Stack Fault，寄存器棧失效(指棧上移和下移)
ES：Error Summary，任何異常，均置位
C3～C0：Condition codes，浮點(diǎn)狀態(tài)碼，由比較指令設(shè)置
ST：Stack Top，指示棧頂對(duì)應(yīng)的物理浮點(diǎn)寄存器
B：Busy，協(xié)處理器正在執(zhí)行運(yùn)算
3、 數(shù)學(xué)協(xié)處理器的控制寄存器
?、?BIT5～BIT0：異常屏蔽位。
置0時(shí)把相應(yīng)的異常傳送給CPU的異常處理程序，置1時(shí)把相應(yīng)的異常傳送給協(xié)處理器的異常處理程序。
?、?PC：Precision Control，精度控制。
指定有效數(shù)字的位數(shù)(符號(hào)位加尾數(shù))：
00 ：24位(短實(shí)數(shù))
01：保留
10：53位(長(zhǎng)實(shí)數(shù))
11：64位(臨時(shí)實(shí)數(shù))
?、?RC：Rounding Control，舍入控制
00：舍入到最接近的值(缺省)
01：舍入到負(fù)無窮
10：舍入到正無窮
11：截?cái)?/p>
?、?其他位，未用
4、 特征字寄存器和異常指針
(1) 特征字寄存器
每?jī)晌挥糜谥甘緦?duì)應(yīng)的物理浮點(diǎn)寄存器內(nèi)的數(shù)字特征：
00：有效的數(shù)字
01：數(shù)字為0
10：無窮數(shù)(Infinite)，微小數(shù)(Indefinite)，NaN(not a number)
11：該物理寄存器為空
(2) 異常指針
指令指針， Instruction Pointer(32位)：
操作數(shù)指針，Operand Pointer (32位)：
協(xié)處理器發(fā)生異常時(shí)，指出異常的指令和操作數(shù)位置。
§4.6.4CPU與數(shù)學(xué)協(xié)處理器的軟件協(xié)調(diào)
1、 數(shù)學(xué)協(xié)處理器指令的特點(diǎn)
?、?一般協(xié)處理器指令的編碼
協(xié)處理器指令的編碼和主處理器指令的編碼均被編入EXE文件，調(diào)入內(nèi)存后由CPU指令預(yù)取部件(IPU)取入指令隊(duì)列，CPU執(zhí)行部件(EU)從指令預(yù)取部件取得指令的機(jī)器碼，如該指令為CPU指令，則執(zhí)行之，如為協(xié)處理器指令，則交相應(yīng)的協(xié)處理器執(zhí)行。因此，協(xié)處理器指令又稱"交權(quán)指令ESC(Escape)"，其編碼為：
ESC XY，源操作數(shù)
機(jī)器碼：
XY：指定協(xié)處理器的操作類型，XY=0～63，
Mod: 操作數(shù)方式(寄存器堆棧/存儲(chǔ)器)。
R/M：存儲(chǔ)器操作數(shù)的尋址方式。
?、?數(shù)學(xué)協(xié)處理器指令的助記符
數(shù)學(xué)協(xié)處理器指令的助記符可用"ESC XY，源操作數(shù)"，在宏匯編程序(MASM)中，一般用帶前綴F的助記符， 并且，MASM在匯編時(shí)，給每條指令前加上FWAIT，
2、 CPU與協(xié)處理器的協(xié)調(diào)
(1)CPU初始化數(shù)學(xué)協(xié)處理器指令
X86調(diào)用X87前，應(yīng)初始化X87。CPU執(zhí)行初始化數(shù)學(xué)協(xié)處理器的指令，以使數(shù)學(xué)協(xié)處理器準(zhǔn)備好工作。
FINIT ;X86初始化X87，并等待其初始化完成
FNINIT ;X86初始化X87，不等待其初始化完成就執(zhí)行下一條指令X87在被初始化后,使CPU的TEST信號(hào)為"1"。
(2) CPU執(zhí)行部件(EU)從指令預(yù)取部件取得指令的機(jī)器碼，如該指令為CPU指令，則執(zhí)行之，如為協(xié)處理器指令，則交相應(yīng)的協(xié)處理器執(zhí)行。在協(xié)處理器執(zhí)行其指令期間，使CPU的TEST信號(hào)為"1"。
(3) 在協(xié)處理器執(zhí)行其指令期間( 信號(hào)為"1")，CPU可執(zhí)行后面的指令。協(xié)處理器執(zhí)行完其操作后，使CPU的TEST信號(hào)為"0"。當(dāng)CPU需要使用協(xié)處理器的操作結(jié)果時(shí)，用FWAIT(WAIT)指令等待TEST信號(hào)為"0"。
§4.6.5數(shù)學(xué)協(xié)處理器的指令
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約定： real32：內(nèi)存中的32位短實(shí)數(shù) ； real64：內(nèi)存中的64位長(zhǎng)實(shí)數(shù) ； mem16：內(nèi)存中的16位整數(shù) mem32：內(nèi)存中的32位整數(shù) ； mem64：內(nèi)存中的64位整數(shù) ； memBCD：內(nèi)存中的BCD碼 st(j)：第j個(gè)浮點(diǎn)寄存器 ； st(0)：棧頂 |
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1 、數(shù)據(jù)裝入 （1）內(nèi)存中的浮點(diǎn)數(shù)裝入棧頂 FLD FLD real32 FLD real64 （2）浮點(diǎn)寄存器的值裝入棧頂 FLD FLD st(j) (3)內(nèi)存中的整數(shù)裝入棧頂 FILD FILD mem16 FILD mem32 FILD mem64 (4)內(nèi)存中的BCD碼裝入棧頂 FBLD FBLD memBCD |
2 、裝入常數(shù) FLDZ； 裝入0.0 FLD1； 裝入1.0 FLDPI； 裝入π FLDL2E；裝入log2(e) FLDL2T；裝入log2(10) FLDLG2；裝入log10(2) FLDLN2；裝入loge(10) |
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3、棧頂數(shù)據(jù)存入內(nèi)存（store，不改變棧頂） （1） 存為實(shí)數(shù) FST real32 FST real64 （2） 存為整數(shù) FIST mem16 FIST mem32 |
4 、數(shù)據(jù)彈出（同時(shí)改變棧頂） （1）彈出存為浮點(diǎn)數(shù) FSTP real32 FSTP real64 （2） 彈出存為整數(shù) FISTP mem16 FISTP mem32 FISTP mem64 （3） 彈出存為BCD FBSTP memBCD |
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5 、加法運(yùn)算 (1) 浮點(diǎn)加法 FADD real32 ；st+real32→st FADD real64 ；st+real64→st FADD st(j) ；st+st(j)→st (2) 整數(shù)加法 FIADD mem16 ；st+mem16→st FIADD mem32 ；st+mem32→st (3) FADD ；無操作數(shù)，st+st(1)→st FADD st，st(j) ；st+st(j)→st FADD st(j)，st ；st(j)+st→st |
6 、減法運(yùn)算 （1） 浮點(diǎn)減法 FSUB real32 ；st-real32→st FSUB real64 ；st-real64→st FSUB st(j) ；st-st(j)→st （2） 整數(shù)減法 FISUB mem16 ；st-mem16→st FISUB mem32 ；st-mem32→st （3） FSUB ；無操作數(shù)，st-st(1)→st FSUB st，st(j) ；st-st(j)→st FSUB st(j)，st ；st(j)-st→st （4） FCHS ；st符號(hào)取反（Change Sign） |
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7 、乘法 (1) 浮點(diǎn) FMUL real32 ；st×real32→st FMUL real64 ；st×real64→st FMUL st(j) ；st×st(j)→st (2) 整數(shù) FIMUL mem16 ；st×mem16→st FIMUL mem32 ；st×mem32→st (3) FMUL ；st×st(1)→st FMUL st，st(j) ；st×st(j)→st FMUL st(j)，st ；st(j) ×st→st |
8 、除法 (1) 浮點(diǎn) FDIV real32 ；st/real32→st FDIV real64 ；st/real64→st FDIV st(j) ；st/st(j)→st (2) 整數(shù) FIDIV mem16 ；st/mem16→st FIDIV mem32 ；st/mem32→st (3) FDIV ；st(1) /st→st FDIV st，st(j) ；st/st(j)→st FDIV st(j)，st ；st(j) /st→st |
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9 、比較 (1) 浮點(diǎn) FCOM real32 ；st與real32 FCOM real64 ；st與real64 (2) 整數(shù) FICOM mem16 ；st與mem16 FICOM mem32 ；st與mem32 (3) FTST ；st與0.0 比較結(jié)果反應(yīng)在狀態(tài)寄存器中
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10 、三角函數(shù) (1) 正弦 FSIN ；計(jì)算st（任意弧度）的正弦。計(jì)算后，st=1，st(1)為正弦值。 (2) 余弦 FCOS ；計(jì)算st（任意弧度）的余弦。計(jì)算后，st=1，st(1)為余弦值。 (3) 正弦和余弦 FSINCOS；計(jì)算st（任意弧度）的正弦和余弦。計(jì)算后，st為余弦值，st(1)為正弦值。 (4) 正切 FPTAN ；計(jì)算st（任意弧度）的正切。計(jì)算后，st=1，st(1)為正切值。 (5) 反正切 FPATAN ；計(jì)算st(1)/st的反正切。計(jì)算后，棧頂被彈出，反正切值放入新的棧頂。 |
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11、其它運(yùn)算函數(shù) FSQRT；計(jì)算st的平方根，結(jié)果在st F2XM1；計(jì)算2st-1，結(jié)果在st FYL2X；計(jì)算st(1) ×log2st，彈出棧頂，結(jié)果在st FYL2XP1 ；計(jì)算st(1) ×log2(st+1)， 彈出棧頂，結(jié)果在st FABS；計(jì)算st的絕對(duì)值，結(jié)果在st FPREM；計(jì)算st/st(1)的余數(shù)，結(jié)果在st |
12、程序流程控制
FSTSW mem16；協(xié)處理器狀態(tài)標(biāo)志存入內(nèi)存。 FSTSW AX ；協(xié)處理器狀態(tài)標(biāo)志CPU AX寄存器。 |
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§4.6.６ 實(shí)數(shù)運(yùn)算程序例題
DATA SEGMENT
x DD 2.0
y DD ? f DW ? ；協(xié)處理器標(biāo)志
DATA ENDS
STACK SEGMENT STACK
DW 100H DUP (0)
STACK ENDS
CODE SEGMENT
ASSUME CS：code, DS：data, SS：stack
Main PROC FAR
Start：MOV AX, data
MOV DS, AX
FINIT ；初始化X87
FLD x ；xàst
FTST ；比較st與0.0
FSTSW f ；X87標(biāo)志寄存器的值存入內(nèi)存變量f
FWAIT ；等待存入操作完成
MOV AX, f
AND AX, 0100H ；C0<-->bit8
JNE less ；ZF=0，即C0=1, st(=x) < 0.0
FMUL x ；執(zhí)行后st=x的平方
FLD1 ；1->st, st(1)=x的平方
FADD ；st+st(1)->st
JMP exit
Less：FMUL x
FLD1
FSUB ；st(1)-st->st
Exit：FST y ; st的值->內(nèi)存變量y
FWAIT
MOV AX, 4C00H
INT 21H
Main ENDP
CODE ENDS
END start