数字电子技术封面课件.ppt
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1、第4章 80 x86微处理器的指令系统,内容提要:本章以8086/8088为例,介绍微型计算机的指令系统,指令格式和基本的寻址方式及有效地址的计算。 指令系统包括数据传送指令、 算术运算指令、位操作指令、串操作指令、控制转移指令和处理器控制指令。,返回主目录,采用8086/8088CPU的指令系统,是因为8086/8088指令系统是所有80X86系列CPU指令系统的基础,80286、80386、80486乃至Pentium等新型CPU的指令系统仅是在这个基础上做了一些补充。用8086/8088指令系统编写的程序可以毫无改动地在80286、80386、80486、Pentium等CPU上运行。学
2、习要求:熟练掌握8086/8088微处理器的指令系统,6种基本寻址方式和各种常用指令。,本章目录 4.1 Intel x86的寻址方式 4.2 Intel x86指令系统 小结,第4章 80 x86微处理器的指令系统,4.1 Intel x86的寻址方式,指令的一般格式:,计算机中的指令由操作码字段和操作数字段组成。 操作码:指计算机所要执行的操作,是一种助记符。 操作数:指在指令执行操作的过程中所需要的操作数。 分目标操作数、源操作数。该字段除可以是操作数本身外,也可以是操作数地址或是地址的一部分,还可以是指向操作数地址的指针或其它有关操作数的信息。,指令举例: 寻址方式就是指令中用于说明操
3、作数所在地址的方法,或者说是寻找操作数有效地址的方法。寻址方式一般是针对源操作数而言的。在8086/8088系统中,一般将寻址方式分为两种不同的类型,一类是寻找操作数的地址,另一类是寻找要执行的下一条指令的地址,即程序的地址。 80868088的基本寻址方式有六种,下面我们来讨论这六种寻址方式。,ADD CL,BH ; CLCLBH,所提供的操作数直接包含在指令中,这种寻址方式就叫立即寻址,这个操作数叫立即数。所谓立即数是指具有固定数值的操作数,即常数。它紧跟在操作码的后面,与操作码一起放在代码段区域中。如图4-1所示。 例如:,4.1.1 立即寻址,MOV AX,2345H ; AX2345
4、H,图4-1 立即寻址,立即数若是8位的,可以是无符号数,取值范围是00H-0FFH,也可以是带符号数,取值范围是80H-7FH。立即数若是16位的,可以是无符号数,取值范围是0000H-0FFFFH,也可以是带符号数,取值范围是8000H-7FFFFH。若是16位的,则存储时低位在前,高位在后。在指令中,立即数操作数只能作源操作数,而不能作目的操作数。 立即寻址主要用来给寄存器或存储单元赋初值。,操作数地址的16位偏移量直接包含在指令中,所以这种寻址方式叫直接寻址。16位偏移量与操作码一起存放在代码段区域,操作数一般在数据段区域中,它的地址为数据段寄存器DS加上这16位地址偏移量。如图4-2
5、所示。 例如:,MOV AX,DS:3000H ;AX(DS:3000H),4.1.2 直接寻址,设DS = 1000H。直接寻址方式如右图所示。,(对DS来讲可以省略成 MOV AX,3000H,系统默认为数据段),这种寻址方式是以数据段的地址为基础,可在多达64KB的范围内寻找操作数。 这种寻址方式允许段超越,即还允许操作数在以代码段、堆栈段或附加段为基准的区域中。此时只要在指令中指明是段超越的,则16位地址偏移量可以与CS或SS或ES相加,作为操作数的地址。 MOV AX,2000H ;数据段 MOV BX,ES:3000H ;段超越,操作数在附加段 即绝对地址(ES) 163000H,
6、操作数包含在CPU的内部寄存器中,所以这种寻址方式叫寄存器寻址。它们可以是数据寄存器(8位或16位),也可以是地址指针寄存器、变址寄存器或段寄存器,如寄存器AX、BX、CX、DX、SI等。如图4-3所示。 例如:,4.1.3寄存器寻址,MOV BX,AX ;BXAX MOV AL,BH ;ALBH,图4-3寄存器寻址方式,操作数是在存储器中,但是,操作数地址的16位偏移量包含在以下四个寄存器SI、DI、BP、BX之一中,所以这种寻址方式叫寄存器间接寻址。可以分成两种情况: 1) 以SI、DI、BX间接寻址,则通常操作数在现行数据段区域中,即数据段寄存器(DS)16(或10H)加上SI、DI、B
7、X中的16位偏移量,为操作数的地址,如图4-4所示。,4.1.4寄存器间接寻址,例如: MOV AX,SI ; 操作数地址是:(DS)16(SI),图4-4寄存器间接寻址方式,2) 以寄存器BP间接寻址,则操作数在堆栈段区域中。即堆栈段寄存器(SS)16与BP的内容相加作为操作数的地址。例如: MOV AX,BP ; 操作数地址是:(SS)16(BP) 若在指令中规定是段超越的,则BP的内容也可以与其它的段寄存器相加,形成操作数地址。例如: MOV AX,DS:BP ; 操作数地址是:(DS)16(BP),由指定的寄存器内容,加上指令中给出8位或16位的偏移量(当然要由一个段寄存器作为基地址)
8、作为操作数的偏移地址,称为变址寻址。(操作数在存储器中)可以作为变址寻址的四个寄存器是SI、DI、BX、BP。 1) 若用SI、DI和BX作为变址,则与数据段寄存器相加,形成操作数的地址默认在数据段。 2) 若用BP变址,则与堆栈段寄存器相加,形成操作数的地址默认在堆栈段。例如: MOV AX,DATABX ;指令的执行过程如图4-5所示 操作数地址是:(DS) 16(BX)DATA 假设(DS)= 4000H,(BX)= 2000H, DATA= 0020H 则物理地址= 4000H10H2000H0020H= 42020H,4.1.5变址寻址(又称为寄存器相对寻址),图4-5变址寻址方式,
9、但是,只要在指令中指定是段超越的,则可以用别的段寄存器作为基地址。 在汇编语言中,变址寻址指令的书写格式允许有几种不同的形式。以下几种写法实质上是完全等价的: MOV AH , DATABX MOV AH , BXDATA MOV AH , DATA+BX MOV AH , BX+DATA MOV AH , DATA+BX MOV AH , BX+DATA 另外,在有的教科书中,若指定的寄存器是BX,BP又称为基址寻址方式。,把BX(数据段)和BP(堆栈段)看成是基址寄存器,把SI、DI看着是变址寄存器,把一个基址寄存器(BX或BP)的内容加上一个变址寄存器(SI或DI)的内容,再加上指令中指
10、定的8位或16位偏移量(当然要以一个段寄存器作为地址基准)作为操作数的偏移地址,称为基址加变址寻址。,4.1.6 基址加变址寻址,操作数在存贮器中,其偏移地址由(基址寄存器)(变址寄存器)相对偏移量形成。 例如: MOV AX,BXSIDATA 或 MOV AX,BXSIDATA 操作数地址是:(DS)16(BX)(SI)DATA 假设(DS)= 4000H,(BX)= 2000H,(SI)= 2000H,DATA=0100H 则物理地址=4000H10H2000H2000H0100H = 44100H 指令的执行过程如图4-6所示,图4-6基址加变址寻址方式,与变址寻址方式类似,基址加变址寻
11、址指令同样也可以表示成多种形式,例如,以下几种写法实质上是完全等价的: MOV AX , DATABXSI MOV AX , BX+DATASI MOV AX , DATA+BX+SI MOV AX , BX DATASI MOV AX , DATASI+BX MOV AX , BXSI+DATA 使用基址加变址寻址时要注意,指令中不允许同时出现两个基址寄存器或两个变址寄存器,例如,以下指令是非法的: MOV AX , DATASIDI MOV AX , BX+DATABP,另外,在有的教科书中,若DATA为0,则称为基址变址寻址方式;若DATA不为0,则称为基址变址相对寻址方式。基址变址相对
12、寻址方式实为基址变址寻址方式的扩充。 若用BX作为基地址,则操作数在数据段区域。 若用BP作为基地址,则操作数在堆栈段区域。 但若在指令中规定是段超越的,则可用其它段寄存器作为基地址。表4-1是段寄存器使用的基本约定。,表4 - 1 段寄存器使用的基本约定,图4 7 不同字长的指令格式,4.1.7指令格式及指令执行时间,1、指令格式,不同字长的指令格式如图4-7所示,返回本章目录,控制计算机完成指定操作的命令称为指令。不同的计算机具有各自不同的指令,其所有指令的集合,就称为该计算机的指令系统。指令系统不仅定义了计算机所能执行的指令的集合,还定义了使用这些指令的规则。因此在使用汇编语言编写程序时
13、,必须要对机器的指令系统非常了解。 对指令系统来说,8086和8088是完全相同的,因此,本章将这两种CPU统称为8086。,4.2 Intel 80 x86指令系统,在介绍各种指令之前,先介绍一下本节中要用到的一些符号。 OPRD指各种类型的操作数 DATA8位或16位操作数 PROC过程或子程序的符号地址 LABLE符号地址 n 输入/输出端口地址 mem存储器操作数 ( )表示寄存器的内容 表示存储单元的内容,8086/8088 CPU的指令系统共包含92种基本指令,按照功能可以分为以下六个功能组。 1) 数据传送指令 (Data Transter) 2) 算术运算指令 (Arithme
14、tic) 3) 逻辑运算指令 (Logic) 4) 串操作指令 (String Menipulation) 5) 程序控制指令 (Program Control) 6) 处理器控制指令 (Processor Control),传送类指令的最大特点是:绝大多数指令执行后不影响标志寄存器FLAGS(除标志寄存器传送指令外)。传送类指令按功能分为4小类:通用数据传送指令、目标地址传送指令、标志寄存器传送指令和输入输出指令。,4.2.1 数据传送指令,(1)一般传送指令 MOV 一般格式:MOV OPRD1,OPRD2 MOV 是操作码,OPRD1和OPRD2分别是目的操作数和源操作数。 功能:完成数
15、据传送,即将一个操作数从源地址传送到目标地址,而源地址中的操作数不变。传送的操作数可以是8位也可以是16位。,1通用数据传送指令,使用MOV 指令应注意几个问题: 1)一般CS和IP的内容不通过MOV指令进行修改,它们只能作为源操作数。 2)两个存储器操作数之间不允许直接进行信息传送,但可以用CPU内部寄存器为桥梁来完成这样的传送。如:MOV AX,SI; MOV BX,AX;借助AX完成传送 3)两个段寄存器之间不能直接传送信息。如:MOVAX,DS; MOVES,AX;借助AX完成传送 4)目的操作数,不能用立即寻址方式。 5)不允许用立即寻址方式为段寄存器赋初值。如:MOVAX,DATA
16、; MOVDS,AX ;借助AX完成传送,具体来说,传送指令可以实现以下各种传送:,寄存器之间的传送MOV BL,AL;字节传送MOV AX,BX;字传送MOV DS,BX;字传送MOV AX,CS;字传送,寄存器与存储器之间的传送MOV AL,BUFMOV AX,SIMOV SI,DATABPMOV DS,DATASI+BXMOV DI,CXMOV DATABP+DI,ES,立即数到寄存器的传送MOV CL, 0FFH ; 将立即数0FFH送CLMOV AX,0345H; 将立即数0345H送AX,即(AH)=03H, (AL)= 45H。,立即数到存储器的传送MOV 2000H,1122H
17、; 将立即数1122H送偏移地址为 2000H和2001H两个存储单元, 低8位送低地址单元,高8位送高 地址单元。 MOV SI,33H ; 将立即数33H送偏移地址为 (SI)的存储单元。,(2)堆栈指令 堆栈是人为定义的一块连续的存储空间,用来暂存数据,这些数据是按“先进后出,后进先出”的原则存取的。堆栈指针SP存放栈顶的有效地址。8086的堆栈是栈顶为低地址,栈底为高地址。 堆栈指令包括进栈(PUSH)和出栈(POP)指令两类,且仅能进行字运算。(操作数不能是立即数),1)进栈指令PUSH 一般格式:PUSH OPRD 源操作数可以是CPU内部的16位通用寄存器、段寄存器(CS除外)和
18、内存操作数(所有寻址方式)。进栈的操作对象必须是16位数。 功能:将数据压入堆栈 执行过程为:操作数高8位(SP)-1; 操作数低8位(SP)-2; (SP)-2 (SP); 例如:PUSH AX;设(AX)=2233H 执行过程为:(SP)-1(SP), (AH) SP,(SP)-1(SP),(AL)SP,PUSH AX指令执行前后堆栈区的情况如图4-8所示。,图4 - 8 PUSH AX 指令执行示意图,图4 - 9 POP BX 指令执行示意图,2)出栈指令POP 一般格式:POP OPRD 功能:将数据弹出堆栈 执行过程为:SP 操作数低8位; (SP)+1 操作数高8位; (SP)+
19、2 (SP); 例如:POP BX;(BX)=2211H,则POP BX指令执行前后堆栈区的情况如图4-9所示。 在程序中,PUSH和POP指令一般是成对出现,且执行顺序相反。 一般堆栈是在响应中断或子程序调用时保护断点地址和现场,还可以在需要时保存一些寄存器的内容。 例如:PUSH AX;保护寄存器的内容 PUSH DX;保护寄存器的内容 POP DX;恢复寄存器的内容 POP AX;恢复寄存器的内容,(3)交换指令XCHG 一般格式:XCHG OPRD1,OPRD2 功能:完成数据交换,把一个字节或一个字的源操作数与目的操作数相交换。 交换指令对操作数有如下要求: 源操作数和目的操作数可以
20、是寄存器或存储器,但不能同时为存储器。可以在寄存器之间、寄存器与存储器之间进行交换,但段寄存器和立即数不能作为一个操作数,不能在累加器之间进行交换。两个操作数字长必须相同。 例如: XCHG AL,CL;(AL)(CL),字节交换 XCHG AX,BX;(AX)(BX),字交换 XCHG AX,SI;(AX)SI,字交换,(4)查表指令 一般格式:XLAT TABLE;TABLE是要查找的表首地址。 或 XLAT;(AL)(DX)16(BX)+(AL) 功能:完成一个字节的查表转换。 说明:该指令只查找字节表,表的首地址的偏移地址送BX,要查找的字节相对于表首地址的位移量送寄存器AL(AL内容
21、即为要查找字节在表中的序号,因此表的长度为256),指令执行后的结果存放在AL中。 本指令可用在数制转换、函数表查表、代码转换等场合。,例如:MOV BX,OFFSET TABLE ;取表首地址 MOV AL,5 ;偏移量 XLAT ;查表 ,ALBX+AL 所用表如图4-10所示。,图4-10 0-9的ASIIC表,输入输出(I/O)指令是专门针对输入输出端口进行读写的指令,共有两条IN和OUT。输入指令用于从I/O端口读数据到AX或AL中,输出指令用于把AX或AL的内容写到I/O端口中。 (1)输入指令IN 一般格式: IN AL,port ;输入一个字节,port为8位端口地址。 IN
22、AX,port ;输入一个字,port为8位端口地址。 IN AL,DX ;输入一个字节,DX的内容为16位端口地址。 IN AX,DX ;输入一个字,DX的内容为16位端口地址。,2输入输出(I/O)指令,功能:从I/O端口输入数据至AL或AX。 输入指令允许把一个字节或一个字由一个输入端口传送到AL或AX中。若端口地址不超过255时,为直接寻址方式;若端口地址超过255时,则必须用DX保存端口地址,为间接寻址方式,这样用DX作端口寻址最多可寻找64K个端口。 例如: MOV DX ,0A40H ;将16位端口地址送DX IN AL,DX ;从地址0A40H的端口输入一个字节到AL,(2)输
23、出指令OUT 一般格式: OUT port,AL ;输出一个字节,port为8位端口地址。 OUT port,AX ;输出一个字,port为8位端口地址。 OUT DX,AL ;输出一个字节,DX的内容为16位端口地址。OUT DX,AX ;输出一个字,DX的内容为16位端口地址。 功能:将AL或AX的内容输出至I/O端口。该指令将AL或AX中的内容传送到一个输出端口。端口寻址方式与IN指令相同。 例如: MOV DX ,0A40H ;将16位端口地址送DX OUT DX ,AX ;把AX的内容从地址0A40H的端口输出,8086/8088提供了三条把地址指针写入寄存器或寄存器对的指令。 (1
24、)取偏移地址指令LEA 一般格式: LEA OPRD1,OPRD2 功能:把源操作数OPRD2的地址偏移量传送至目的操作数OPRD1。,3地址传送指令,源操作数必须是一个存储器操作数,目的操作数必须是一个16位的寄存器。这条指令通常用来建立串操作指令所需的地址指针。 例: LEA BX,BUFFER ;把BUFFER的偏移地址送BX MOV BX,BUFFER ;把存储器BUFFER的内容送BX 下面两条指令完全等价: LEA BX,BUFFER MOV BX,OFFSET BUFFER; 其中OFFSET BUFFER表示存储器BUFFER的偏移地址。,(2)地址指针装入指令指令LDS 一般
25、格式:LDS OPRD1,OPRD2 功能:完成一个32位地址的传送。地址指针包括段基址部分和偏移地址部分。指令将段基址送入DS,偏移地址部分送入一个16位的指针寄存器或变址寄存器。 源操作数是一个存储器操作数,目的操作数是一个指针寄存器或变址寄存器。 例如:LDS SI,100H ;将把偏移地址100H到103H所指向的4个存储单元的前两个单元的内容送SI,后两个单元的内容送DS。 设(DS)= 0B000H,(0B0100H)=10H,(0B0101H)=20H,(0B0102H)=30H,(0B0103H)=40H,则执行上述指令后(SI)= 2010H,(DS)= 4030H。,(3)
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