第三章 指令系统

#微型计算机原理与接口技术 #应试笔记与八股

注：本章节为原书第四章。

目录

3.1 指令格式及其寻址方式

3.1.1 指令构成

计算机指令的格式一般为：
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其可以根据操作数的个数分为零地址指令、一地址指令、二地址指令、三地址指令。近代计算机通常使用二地址指令，即两个操作数的指令(当然仍保留有其他操作数的指令，例如 nop 指令就是零地址指令)。对于二地址指令，其可能会隐含部分操作数。

3.1.2 操作数的类型

操作数可以根据存放的位置分为如下四种：

  1. 立即数：存放在指令代码中的操作数就叫做立即数。
  2. 寄存器操作数：存放在CPU寄存器中。
  3. 存储器操作数：存放在存储器中，这也是绝大多数操作数的存放位置。
  4. I/O端口操作数：存放在接口对应的寄存器中。

3.2 寻址方式

寻址方式可以根据操作数的获取方式分为如下四种：

  1. 立即寻址
  2. 寄存器寻址
  3. 存储器寻址
  4. I/O寻址

3.2.1 立即寻址

立即寻址的操作数直接存放于代码段中，和指令一同读写，并按照LSB规则存放。例如 MOV AX, 1234H ，则其在内存中的存放结构为：
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该操作数读取不需要占用额外的总线周期。

3.2.2 寄存器寻址

寄存器寻址中，操作数存放于寄存器中，例如 MOV AX, BX 。该操作也不需要额外的总线周期。

3.2.3 存储器寻址

存储器寻址中，操作数存放于内存等存储器中。在8086中是指存放到了内存的数据段、附加段或堆栈段中(反正不在代码段)。

先回忆一下基址寄存器和变址寄存器：
基址寄存器有 BX 、 BP 两个，变址寄存器有 SI 、 DI 两个。
第二章 微处理器与总线 > ^91p0lh

在8086 CPU中，存储器寻址可以分为五个小类：

  1. 直接寻址：指令中的地址是由代码直接给出的，则此时为直接寻址。
    1. 若不指定地址所述的内存段，则默认使用的段为数据段 DS ，例如：
      • MOV AX, [1000H]
    2. 若使用了内存段前缀，则以该段寄存器的值为基础进行偏移，例如：
      • MOV AX, ES:[2000H]
  2. 寄存器间接寻址：指令中的地址存放在了某一寄存器中，且这四个寄存器为 BX 、 BP 、 SI 、 DI 之中的一个(不可以为其他寄存器)，例如：
    • MOV AX, [BX/SI/DI]; 将BX中的值作为偏移量，并DS为基址获取操作数
    • MOV AX, [BP]; 将BP中的值作为偏移量，并从堆栈段为基址获取操作数
      注意：
    1. BX 、 SI 、 DI 以 DS 为基址； BP 以堆栈为基址。只能以这四个寄存器的值为偏移量，可能会出改错题。
    2. 该方法可以配合段前缀使用，且可以覆盖掉上一条的默认基址，例如：
      • MOV AX, [BP]; 将BP中的值作为偏移量，并从堆栈段为基址获取操作数
      • MOV AX, DS:[BP]; 将BP中的值作为偏移量，并以DS为基址获取操作数
  3. 相对寄存器寻址：在寄存器间接寻址方法的基础上，加上指定偏移量的功能。假设指定的偏移量常数为 COUNT ，则有：
    • MOV AX, COUNT[SI]; 以DS为基址，将SI中的值加上COUNT作为偏移量进行寻址
    • MOV AX, [SI + COUNT]; 与上方代码等价
      COUNT 可以是8位也可以是16位的偏移量。
  4. 基址变址寻址：由基址寄存器和变址寄存器同时做偏移量进行寻址的方式。例如：
    • MOV AX, [BX][DI]; 以DS为基址，将BX中的值加上DI中的值作为偏移量进行寻址
    • MOV AX, [BP + DI]; 以堆栈为基址，将BX中的值加上DI中的值作为偏移量进行寻址
      其默认的基址由所使用的基址寄存器来决定，使用 BX 时，默认以数据段为基址；使用 BP 时，默认以堆栈为基址。
      若使用两个基址或两个变址，则指令不合法。
  5. 相对基址变址寻址：在基址变址寻址的基础上增加一个相对偏移量 COUNT 。例如：
    • MOV AX, COUNT[BX][DI]; 以DS为基址，将BX中的值加上DI中的值再加偏移量作为偏移量进行寻址
    • MOV AX, [BP + DI + COUNT]; 以堆栈为基址，将BX中的值加上DI中的值再加偏移量作为偏移量进行寻址

3.2.4 I/O端口寻址

I/O端口的编址方式有两种：

  1. 统一编址
  2. 独立编制(8086/8088采用此方式)

而I/O端口的寻址方式也有两小类：

  1. 直接端口寻址
    在使用 IN 、 OUT 指令进行寻址时，直接使用(8位)立即数提供地址的方式就叫做直接端口寻址。该方法可以寻找256个地址。例如：
    • IN AX, 63H
    • OUT 64H, AX
  2. 间接端口寻址
    在使用 IN 、 OUT 指令进行寻址时，使用 DX 寄存器(16位)间接给出地址的方式就叫做间接端口寻址。该方法可以寻找64K个地址。例如：
    - IN AX, DX
    - OUT DX, AX
    注：
  3. 直接端口寻址只能使用8位地址，寻找256个地址。
  4. 间接端口寻址可以使用16为地址，寻找64K个地址。
  5. 不可错误的使用中括号(汇编语法问题)： IN AX, [DX] 。

随堂练习：

  1. 下列寻址方式不正确的是( )
    A. [BX][SI]
    B. [BP + DI + 25]
    C. [BX + BP]
    D. [BX + DI]
    答案： C，需要注意各项的寻址方式：
    A项：从数据段寄存器变址寻址
    B项：从栈地址寄存器相对基址变址寻址，注意25是16进制数
    D项：从数据段寄存器基址变址寻址

3.3 8086/8088指令系统

8086/8088的指令系统按照其功能可以分为六类：

  1. 数据传送指令
  2. 算术运算指令
  3. 逻辑运算指令
  4. 串操作指令
  5. 程序控制指令
  6. CPU控制指令

指令学习时应注意：
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在哈尔滨工程大学的考试中，着重考察以下四种：

  1. 数据传送指令
    • MOV
    • PUSH
    • POP
    • XCHG
    • XLAT
    • LEA
    • IN
    • OUT
  2. 算数运算指令
    • ``
  3. 逻辑、移位运算指令
  4. 控制转移指令

3.3.1 数据传送指令

8086/8088 CPU的数据传送指令有：
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3.3.1.1 通用传送指令

3.3.1.1.1 MOV指令
  1. 传送指令 MOV ，其指令格式为：MOV DST, SRC ，将 SRC 所指数据传送到 DST 。
  2. SRC 和 DST 可以是地址、变量、立即数等。

五个不允许的原则(通常出改错题)：

  1. 两操作数所指数据位数必须一致，不可将16位传送到8位(或反之)，例如 MOV AH, BX 或 MOV [1200H], 10H (该指令见注1)。
  2. 两操作数不允许同时为存储器操作数，例如 MOV [BX], [SI] 或 MOV [BX], [2000H]
  3. 两操作数不允许同时为段寄存器，例如 MOV DS, ES
  4. 在源操作数为立即数时，目的操作数不允许为段寄存器，例如 MOV DS, 1000H ，可以改为两句：
    MOV AX, 1000H
    MOV DS, AX
  5. IP 和 CS 不作为目的操作数，例如 MOV CS, AX 或 MOV IP, AX

注：

  1. 可以将 MOV [1200H], 10H 改为：
    1. MOV BYTE PTR [1200H], 10H ，此时 [1200H]=10H 。
    2. MOV WORD PTR [1200H], 10H ，此时 [1200H]=10H ， [1201H]=00H 。
3.3.1.1.2 栈操作指令
  1. 8086/8088 CPU拥有一个栈指针寄存器 SP ，在任何时候均指向栈顶。
  2. 8086/8088 CPU的堆栈从高地址向低地址增长，并且栈内内存存储规则仍为LSB。

入栈指令 PUSH ：

  1. 格式为 PUSH SRC ，将 SRC 所指字(word)存入栈中。
  2. 每次入栈，会使栈指针寄存器 SP 。

出栈指令 POP ：

  1. 格式为 POP DST ，将栈顶字存入 DST 中。
  2. 每次出栈，会使栈指针寄存器 SP 。

基本原则：

  1. POP 操作的源操作数不能是立即数。
3.3.1.1.3 交换指令
  1. 交换指令的格式为 XCHG OPR1, OPR2 ，其会交换 OPR1 和 OPR2 所指数据。
  2. 交换指令的两个操作数中至少要有一个是寄存器操作数，不可以两个都是存储器操作数。
3.3.1.1.4 换码指令

换码指令又称字节翻译指令，是通过查表来完成代码转换的任务，可以用于做数码管的查表等。

  1. 其格式为 XLAT 或 XLAT TABLE 。
  2. 功能为从 BX 寄存器或 TABLE 所指顶的表格中查找 AL 寄存器中的 index 对应的值。

例如：

  1. 假设表格始地址为 1300H ，并连续存放若干数据
    Pasted image 20240406200715.png
  2. 指定 AL = 0EH ，指定参数 TABLE 或设置 BX = 1300H
  3. 执行 XLAT 或 XLAT TABLE 后，该指令会取地址为 [1300H + 0EH] 的字节并放入 AL 寄存器中，随后 AL = 06H ：
    Pasted image 20240406200931.png

3.3.1.2 目标地址传送指令

3.3.1.2.1 装入有效地址指令

该指令可以理解为对程序中定义的"变量"(即符号地址)取地址并存放到目标寄存器中。

  1. 指令格式为 LEA REG, EA ，指令名中的 EA 表示有效地址。
  2. 源操作数 EA 一定是一个存储器操作数。
  3. 假设符号地址 TABLE 指向的地址为 2800H ，则指令 LEA AX, TABLE 运行完毕后，AX = 2800H

3.3.1.3 标志位传送指令

哈工程未讲。

3.3.1.4 I/O数据传送指令

输入指令：

  1. 输入指令格式为 IN AL/AX, PORT