Сушкин И.Н. Вычислительная техника и информационные технологии. Курс лекций

Подождите немного. Документ загружается.

Если поле mod=1, используется регистровая адресация операндов,

тогда в поле r/m помещается код регистра, в котором находится первый

операнд. Когда адресуется память, поле mod определяет вариант

использования смещения disp, находящегося в третьем и четвёртом байтах,

или показывает его отсутствие (табл. 2.7). Смещение disp, входящее в состав

команды, интерпретируется как знаковое целое, участвующее в вычислении

эффективного (или исполнительного) адреса ЕА. В свою очередь, из-за

сегментной организации памяти весь эффективный адрес ЕА является

смещением (offset) относительно базового адреса сегмента (рассматривается

как беззнаковое целое при вычислении физического адреса). Использование

одного и того же термина «смещение» и для disp, участвующего в

вычислении эффективного логического адреса ЕА, и для самого ЕА,

являющегося смещением при вычислении физического адреса, может внести

путаницу. Давайте в необходимых случаях будем называть «offset»

смещением в сегменте.

Таблица 2.7

r/m Mod

00 01 10

00 BX+SI BX+SI+disp 8 BX+SI+disp 16

01 BX+DI BX+DI+disp 8 BX+DI+disp 16

10 BP+SI BP+SI+disp 8 BP+SI+disp 16

11 BP+DI BP+DI+disp 8 BP+DI+disp 16

00 SI SI+disp 8 SI+disp 16

01 DI DI+disp 8 DI+disp 16

10 disp16 BP+disp8 BP+disp 16

11 BX BX+disp 8 BX+disp 16

2.4.2. Способы адресации

В МП I8086/88 разрядность адресов равна 20, однако процессор

манипулирует 16-разрядными логическими адресами, к которым относятся

начальные (базовые) адреса сегментов памяти и значения смещений в этих

сегментах. Физический адрес вычисляется следующим образом: содержимое

каждого сегментного регистра рассматривается как 16 старших разрядов

А19–А4 начального адреса соответствующего сегмента. Младшие разряды

А3–А0 этого адреса всегда полагаются равными разрядам во время операции

вычисления физического адреса. Эта операция выполняется сумматором

адреса, расположенным в МП, и состоит в сложении 20-разрядного

начального адреса сегмента с 16-разрядным смещением, которое дополняется

четырьмя старшими разрядами А19–А16, равными нулю. Наибольшая

ёмкость памяти, отводимой под один сегмент, определяется максимальным

значением 16-разрядного смещения и составляет 64 Кбайт.

Наличие разнообразных способов адресаций упрощает организацию

сложных структур данных и повышает гибкость их применения.

Регистровая адресация. Регистровые операнды указываются именами

регистров, определёнными в байте кода операции или в постбайте, в котором

выделены 3-битовые поля reg и r/m (при mod=11).Команды, содержащие

только регистровые операнды, являются наиболее короткими и выполняются

за наименьшее время, так как не требуют вычисления ЕА и выполняются

машинного цикла для обращения к памяти.

Например, команда DEC DI уменьшает содержимое регистра DI.

Непосредственная адресация. Непосредственные операнды – это

постоянные данные, определяемые как часть машинной команды (поле date).

Данные могут быть однобайтными или двухбайтными. Непосредственные

операнды могут быть выбраны быстро, так как их можно получить прямо из

очереди команд без обращения к памяти. Они могут быть заданы только как

операнды-источники. Если приёмником операнда служит аккумулятор,

машинная команда более компактна. Например, команда CMP AL,02

(машинный код 3С02 сравнивает содержимое регистра AL с

шестнадцатеричным числом 02 и устанавливает определённые флаги в

соответствии с результатом сравнения. Эта команда занимает только два

байта в памяти и может быть выполнена за четыре такта.

Прямая адресация. Эффективный адрес ЕА берётся непосредственно из

16-битового поля смещения машинной команды (поле disp).Этот прямой

адрес определяет байт или слово памяти, расположенное внутри сегмента. По

умолчанию прямая адресация приводит в сегмент данных, однако для его

модификации возможно применение префиксных команд, в этом случае

данные можно помещать в любой из четырёх сегментов. При использовании

прямой адресации в поле mod содержится число 00, а в поле r/m – число 110

(табл.2.5).

Например, пусть регистр сегмента данных содержит 04В5H, а байт

1400Н текущего сегмента данных – символическое имя ALFA. Машинная

команда С606001402 (MOV ALFA, 02) предписывает запомнить по

перемещаемому адресу 1400 сегмента данных шестнадцатеричное число 02.

В этой пятибайтной команде С6 – это код команды, 06 – постбайт,

0014 – смещение (disp 16) 1400Н, интерпретируемое как эффективный адрес

ЕА, 02 – шестнадцатеричный операнд 02. Действительный физический

20-битовый адрес здесь соответствует 05F50Н (4В50Н + 1400Н).

Кроме обычной прямой адресации используют два специальных вида

адресации: относительную и абсолютную (или длинную) прямую адресацию.

При относительной адресации поле смещения представляется 8-

битовым числом со знаком. Эффективный адрес ЕА при этом определяется в

результате сложения содержимого поля смещения и регистра указателя

команд IP. Относительную адресацию используют для команд условных

переходов, таких, как JE (переход по равенству), JO (переход по

переполнению). При использовании относительной адресации постбайт не

требуется.

При абсолютной (длинной) прямой адресации часть команды

представляет собой 32-битовый указатель, определяющий физический адрес

в памяти МП. Младшее слово указателя рассматривается при этом как

перемещаемый адрес сегмента, базовым адресом которого является старшее

слово указателя, в этом случае постбайт также не требуется.

Косвенно-регистровая адресация. При этом способе в качестве

эффективного адреса ЕА выступает содержимое базового или индексного

регистров (BX, SI или DI). Изменяя содержимое базового или индексного

регистров, можно обратиться к различным участкам памяти. Можно

использовать дополнительные префиксные команды для переназначения

эффективного адреса в другие сегменты памяти.

При косвенной адресации существует одно исключение: для команд

IMP (переход) и CALL (вызов процедур) в качестве эффективного адреса

может выступать содержимое любого из 16-битовых регистров общего

назначения (AX, BX, CX, DX, SI, DI, BP, SP).

Например, в программе регистр DS содержит число 14С5Н, регистр SI

– число 28FFH, команда С60410 (MOV [SI], 10Н) запоминает

шестнадцатиричное число 10 в байте сегмента данных с физическим адресом

1754FH (14С50Н + 28FFH).

Базовая адресация. При такой адресации эффективный адрес ЕА

определяется как сумма содержимого одного из базовых регистров ВР или

ВХ и смещения disp 8 или 16. При использования регистра БР за

эффективный адрес принимается перемещаемый адрес теущего сегмента

стека, базовый адрес которого находится в регистре сегмента стека SS.

Индексная адресация. При такой адресации эффективный адрес ЕА

определяется как сумма содержимого одного из индексных регистров SI или

DI и смещения disp 8 или 16.

Базово-индексная адресация. В этом случае эффективным адресом

является сумма содержимого базового регистра (ВХ или ВР) и индексного

регистра (SI или DI). Базово-индексная адресация является очень гибким

средством доступа к самым различным участкам памяти благодаря

возможности оперативного изменения содержимого базового или индексного

регистров. При базово-индексной адресации поле mod = 00.

Базово-индексная адресация со смещением. При таком способе

эффективный адрес определяется сложением содержимого базового

регистра (ВХ или ВР), индексного регистра (SI или DI) и смещения,

являющегося частью команды. Адресуемая ячейка памяти может находиться

сегменте данных или стека в зависимости от того, какой из базовых

регистров используется: ВХ или ВР.

Неявная адресация. Операнд указывается первым байтом вместе с

кодом операции без выделения специальных битов.

2.4.3. Описание команд

2.4.3.1. Пересылка данных

Указанные команды осуществляют пересылку данных из одного места

в другое, запись и чтение информации из портов ввода-вывода,

преобразование информации, манипуляции с адресами, обращение к стеку.

Различают следующие типы пересылок: общего назначения, с участием

аккумулятора, пересылка адреса операнда, флагов и стековые пересылки.

Пересылки общего назначения задаются с помощью двух мнемокодов:

это команды MOV (переслать) и XCHG (обменять).

Команда MOV часто используется в программах и является основной

командой пересылки данных. Она реализует самые разнообразные варианты

пересылки. В качестве источника и приёмника данных может служить

регистр, память или сегментный регистр, а также источником могут являться

данные, непосредственно представленные в формате команды.

Выбор подходящего формата в определённой степени может

оптимизировать программу по времени её выполнения. Отметим некоторые

особенности выполнения этой команды:

- командой MOV нельзя осуществить пересылку из одной области

памяти в другую;

- нельзя загрузить в сегментный регистр значение непосредственно из

памяти, для этого приходится использовать регистр общего назначения;

- нельзя переслать содержимое одного сегментного регистра в другой

сегментный регистр, выполнить такую пересылку можно, используя в

качестве промежуточных всё те же регистры общего назначения.

Например: MOV AX, DS

MOV ES, AX

Эти же действия можно выполнить, используя стек и коман

ды

PUSH и РОР:

PUSH DS

POP ES

- нельзя использовать сегментный регистр CS в качестве приёмника

данных, это означало бы операцию перехода в программе.

В связи с командой MOV отметим один момент. В некоторых случаях в

используемой команде не просматривается явно размерность операнда,

например, команда MOV [BX],0. У транслятора появится вопрос: какую

машинную команду ему конструировать – для инициализации байта, слова

или двойного слова? В таких случаях необходимо уточнять тип

используемых операндов. Для этого существует специальный оператор

ассемблера ptr. Правильно записать вышеприведённую команду можно так:

MOV WORD PTR [BX], 0; если [BX] адресует слово в памяти

Можно рекомендовать использовать оператор ptr во всех

сомнительных относительно согласования размеров операндов случаях.

Команда XCHG применяется для двунаправленной пересылки данных.

Для этой операции можно применить последовательность из нескольких

команд MOV, но из-за того, что операция обмена используется довольно

часто, целесообразно использовать отдельную команду обмена XCHG.

Команда может быть двух форматов, в первом случае она вызывает обмен

байтами или словами между регистрами или регистром и памятью, второй

формат – более короткий: пересылка между одним из регистров и

аккумулятором.

Примечания: при обмене нельзя использовать сегментные регистры;

команду XCHG AX, AX можно применить как пустую операцию.

Примеры:

XCHG CX, [BP+02] ; обменять содержимое регистра СХ и

; и ячейки стека, адресуемой через ВР+02

XCHG AX,word ptr [SI] ; обменять содержимое регистра АХ и сло

ва

; в памяти по адресу в [SI]

Пересылки с участием аккумулятора состоят из трёх команд: IN (ввод),

OUT (вывод) и XLAT.

Вся работа системы с внешними устройствами выполняется с

использованием портов ввода-вывода. Команда IN служит для пересылки

байта или слова из порта ввода в аккумулятор (в AL или AH). Номер порта

ввода может быть задан как непосредственно, во втором байте команды, так

и косвенно, в регистре DX. Двухбайтные команды IN port и OUT port

позволяют адресоваться к 256 портам, однобайтные команды IN и OUT

адресуют 65536 портов. Косвенное задание порта хотя и требует

предварительной загрузки его адреса в DX, однако позволяет организовывать

программные циклы, в которых используется изменяющийся адрес портов.

Команда XLAT производит замещение значения в регистре AL другим

байтом из таблицы в памяти, размером не более 256 байт. Слово «таблица»

весьма условно, практически это просто строка байт. Адрес байта в строке,

которым будет производиться замещение содержимого регистра AL ,

определяется суммой (ВХ+AL), т. е. содержимое AL выполняет роль индекса

в байтовом массиве. Разумеется, составляющие адресов предварительно

должны быть занесены в указанные регистры.

Пересылки адреса операнда. При написании программ производится

активная работа с адресами операндов, находящимися в памяти. Для

поддержки таких операций в процессорах I8086 есть специальная группа

команд, в которую входят следующие команды: LEA (загрузка эффективного

адреса в указанный регистр), LDS (загрузка указателя в DS), LES (загрузка

указателя в ЕS). В более современных процессорах имеются дополнительные

команды LFS и LGS (загрузка указателя в регистр дополнительного сегмента

данных FS и GS), а также команда LSS (загрузка указателя в регистр сегмента

стека SS). Команда LEA производит вычисление эффективного адреса ЕА и

передаёт его в 16-разрядный регистр, код которого указан в поле reg.

Команды LDS и LES применяются в основном при обращении к данным,

находящимся вне текущих сегментов DS и ES, так что возникает

необходимость изменить базовый адрес сегмента. Два 16-разрядных адреса –

базовый сегментный и смещение в сегменте, называемые указателем,

предварительно загружаются в память. Значение смещения содержится в

двух первых байтах указателя, а базовый адрес сегмента – в третьем и

четвёртом байтах. По команде LDS (или LES) происходит обращение к

указателю и осуществляется загрузка регистра DS (или ES) базовым адресом.

А смещение пересылается в регистр, указанный полем reg постбайта

команды. Аналогичные действия производят команды LFS, LDS и LSS.

Пример: допустим, в памяти находится некая константа WORDTEST,

равная 124Н, с перемещаемым адресом 6200Н. Выполняется следующая

последовательность команд:

MOV AX, WORDTEST

LEA SI, WORDTEST

После выполнения команд регистры AX и SI будут содержать числа

124Н и 6200Н соответственно.

Пересылки флагов. Эта группа включает четыре однобайтные команды:

LAHF (загрузить АН флагами), SAHF (запомнить АН в регистре F), PUSH F

(занести F в стек) и POP F (извлечь из стека).

2.4.3.2. Арифметические команды

Группа арифметических целочисленных команд работает с двумя

типами чисел:

- целыми двоичными числами. Числа могут иметь знаковый разряд или

не иметь такового, то есть быть числами со знаком или без знака;

- целыми десятичными числами.

Целые двоичные числа с фиксированной точкой – это числа,

закодированные в двоичной системе счисления. Размерность целого

двоичного числа может составлять 8,16 или 32 бита. Знак двоичного числа

определяется тем, как интерпретируется старший бит в представлении числа.

Среди арифметических команд есть всего две команды, которые

действительно учитывают этот старший разряд как знаковый, – это команды

целочисленного умножения и деления IMUL и IDIV. В остальных случаях

ответственность за действия со знаковыми числами и, соответственно, со

знаковым разрядом ложится на программиста. Числа с фиксированной

точкой в программе описываются с помощью директив определения данных

DB, DW и DD.

Десятичные числа – специальный вид представления информации, в

основу которого положен принцип кодирования каждой десятичной цифры

числа группой из четырёх бит, так называемый двоично-десятичный код

(BCD – Binari-Coded Decimal). Микропроцессор хранит BCD-числа в двух

форматах:

- упакованный формат – каждый бит содержит две десятичные цифры.

Десятичная цифра представляет собой двоичное значение в диапазоне от 0

до 9 размером 4 бита. Код старшей цифры числа занимает старшие 4 бита.

Следовательно, диапазон представления десятичного упакованного числа в

одном байте составляет от 00 до 99;

- неупакованнй формат – каждый бит содержит одну десятичную

цифру в четырёх младших битах. Старшие 4 бита имеют нулевое значение.

Следовательно, диапазон представления неупакованного числа в одном байте

составляет от 0 до 9.

Для описания двоично-десятичных чисел в программе используются

только две директивы описания данных – DB и DT.

Ниже приведён пример описания неупакованных и упакованных

двоично-десятичных чисел в программе.

date segment ; cегмент данных

Nom-1 DB 1, 3 ,2, 3 ,4 ,6 ; неупакованное BCD-число 643231

Nom-2 DT 975645 ; упакованное BCD-число 975645

End date ; конец сегмента данных

Сложение двоичных чисел без знака.

В системе команд микропроцессора имеются три команды двоичного

сложения:

- ADD операнд 1,операнд 2 – команда сложения двух операндов,

результат помещается на место 1 операнда;

- ADC операнд 1, операнд 2 – команда сложения с учётом флага

переноса CF;

- INC операнд – операция увеличения значения операнда на 1;

Команда ADC является средством микропроцессора для сложения

длинных двоичных чисел.

Сложение двоичных чисел со знаком.

При выполнении сложения микропроцессор не различает числа со

знаком и без знака, сами команды сложения чисел со знаком те же, что и для

чисел без знака. Старший бит в числах со знаком является знаковым: если он

равен нулю, значит это число положительное, если единице –

отрицательное. Очевидно, что ответственность за правильность действий с

получившимися числами ложится на программиста. У микропроцессора есть

средства фиксирования возникновения различных ситуаций, возникающих

при вычислениях, к ним относятся установка флага переноса CF,

свидетельствующего о выходе за пределы разрядности операндов, и флага

переполнения OF. Если рассмотреть различные варианты сложения чисел,

можно выяснить, что переполнение (т. е. установка флага OF в 1) происходит

при переносе:

- из 14-го разряда (для положительных чисел со знаком);

- из 15-го разряда (для отрицательных чисел).

Переполнения не происходит (т. е. флаг OF сбрасывается в 0), если

есть перенос из обоих разрядов или перенос отсутствует в обоих разрядах, в

этом случае результат вычислений правильный.

Команды вычитания.

Операции вычитания включают пять мнемокодов: SUB (беззнаковое

вычитание), SBB (вычесть со знаком), DEC (уменьшить на единицу) NEG

(изменить знак) и CMP (сравнить).

Вычитание двоичных чисел без знака.

По команде SUB вычитается операнд источника из операнда

приёмника. Операнды могут находиться в регистрах и памяти, вычитаемым

может также служить константа, заданная непосредственно в команде.

Команда SBB используется при вычитании многобайтных чисел и

учитывает флаг CF, который теперь выполняет роль индикатора заёма 1 из

старшего разряда при вычитании чисел.

После выполнения команды вычитания чисел без знака нужно

анализировать состояние флага CF. Если он установлен в 1, то это говорит о

том, что произошёл заём из старшего разряда и результат получился

отрицательным, т. е. в дополнительном коде.

Команда DEC вызывает уменьшение на единицу (декрементирование)

содержимого регистра или памяти и имеет два формата, как и команда INC.

Команда NEG изменяет знак операнда, причём используется

представление операнда в дополнительном коде. Например, если есть

операнд

– 2 (11111110), то команда NEG изменит его на +2 (00000010).

Команда CMP служит для сравнения двух операндов путём вычитания

значения операнда приёмника из операнда источника, при этом полученная

разница никуда не заносится, а результатом операции сравнения являются

значения флагов, которые устанавливаются в зависимости от соотношения

сравниваемых операндов.

Вычитание двоичных чисел со знаком.

При вычитании чисел со знаком, как и при сложении, необходимо

анализировать значение флага переполнения OF. Если он установился в 1,

значит результат вышел за диапазон представления знаковых чисел (т. е.

изменился старший бит) для операнда данного размера, и программист

должен предусмотреть действия по корректировке результата.

Команды умножения.

В арифметических командах есть две команды умножения: MUL –

умножить и IMUL – умножение со знаком. По команде MUL умножается без

знака содержимое аккумулятора (AL или AX) на операнд источника, а

результат двойной длины возвращается в аккумулятор и регистр,

используемый для его расширения (в AL и АН в случае 8-разрядных

операндов или в АХ и DX в случае 16-разрядных операндов). По результату

устанавливаются только два флага: CF и OF, которые покажут 1, если

старшая половина результата отлична от нуля.

Команды деления.

Для деления двоичных чисел без знака имеется команда DIV делитель,

который может находиться в памяти или в регистре и иметь размер 8, 16, или

32 бита (начиная с процессора I286). Местонахождение делимого так же, как

в команде умножения, зависит от размера операндов (табл. 2.8)

Таблица 2.8

Делимое Делитель Частное Остаток

16 бит в рег.АХ Байт в регистре или

ячейке памяти 16

бит

Байт в регистре AL Байт в регистре AH

32 бита

DX - старшая часть,

младшая часть

16 бит в регистре

или ячейке памяти

Слово 16 бит в

регистре AX

Слово 16 бит в

регистре DX

64 бита EDX-

старшая часть, EAX-

младшая часть

Двойное слово 32

бита в регистре или

ячейке памяти

Двойное слово 32

бита в регистре EAX

Двойное слово 32

бита в регистре EDX

При выполнении операции деления флаги принимают произвольные

значения, но возможно возникновение прерывания с номером 0. Эта разно

видность прерывания 0 (исключения) возникает внутри микропроцессора из-

за некоторых ситуаций:

- делитель равен нулю;

- частное не входит в отведённую под него разрядную сетку.

Для деления чисел со знаком предназначена команда IDIV.

Особенностью команды деления IDIV является то, что частное и остаток

всегда имеют одинаковые знаки. Прерывание типа 0 возникает в следующих

случаях:

- делитель равен нулю;

- при делении на делитель величиной в байт со знаком частное

находится вне диапазона от – 128 до +127;

- при делении на делитель величиной в слово со знаком частное

находится вне диапазона от – 32768 до = 32768;

- при делении на делитель величиной в двойное слово со знаком

частное находится вне диапазона от –2 147 483 648 до + 2 147 483 647.

Арифметические операции над неупакованными двоично-десятичными

числами.

Отдельных команд сложения, вычитания, умножения и деления

двоично-десятичных чисел не существует, потому что размерность таких

чисел может быть сколь угодно большой. Складывать и вычитать можно

двоично-десятичные числа как в упакованном формате, так и в

неупакованном, а делить и умножать можно только неупакованные ВСD-

числа.

Для коррекции операции сложения двух однозначных неупакованных

BCD-чисел существует специальная команда ААА, которая ставится после

операции сложения и корректирует результат сложения. Команда работает с

регистром AL и анализирует значение его младшей тетрады. Если оно

меньше 9, то флаг CF сбрасывается в 0, и осуществляется переход к

следующей команде. Если это значение больше 9, то выполняется

следующее:

- к содержимому младшей тетрады AL прибавляется 6, чтобы

получившееся число было бы десятичным;

- флаг CF устанавливается в 1, фиксируя перенос в старший разряд для

того, чтобы его можно было учесть в последующих действиях.

Рассмотрим пример.

06 = 0000 0110

08 = 0000 1000

14 = 0000 1110

Очевидно, что мы получили уже не BCD-число. Правильный результат

в неупакованном BCD-формате должен быть таким: 0000 0001 0000 0100.

В результате действия команды ААА в аккумуляторе AL окажется число

0000 0100 и флаг CF установится в единицу.

Не лишним будет напомнить, что при записи в память числа в BCD-

коде записываются в памяти, начиная с младшего байта.

При вычитании неупакованных ВСD-чисел используется команда AAS,

которая также ставится после команд вычитания SUB и SBB.