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微机原理

微机原理. 第三章 80 X86 指令系统. 概述（1）. 指令系统是一台计算机所能识别和执行的全部指令的集合。 指令一般包括两个部分： 操作码域 和 地址域 。 操作码域存放指令的操作码，即指明该指令应由计算机完成何种操作。 地址域确定操作数的值或地址、操作结果的地址，有的指令的地址域还指出下一条指令的地址。. 概述（2）. 1、机器指令：计算机能识别的代码，机器指令是由二进制数组成的。 例如 ADD CL，BH 机器指令为0000001011001111 B PUSH AX 机器指令为01010000

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  1. 微机原理 第三章 80X86指令系统

  2. 概述（1） • 指令系统是一台计算机所能识别和执行的全部指令的集合。 • 指令一般包括两个部分：操作码域和地址域。 • 操作码域存放指令的操作码，即指明该指令应由计算机完成何种操作。 • 地址域确定操作数的值或地址、操作结果的地址，有的指令的地址域还指出下一条指令的地址。

  3. 概述（2） 1、机器指令：计算机能识别的代码，机器指令是由二进制数组成的。 例如ADD CL，BH 机器指令为0000001011001111B PUSH AX 机器指令为01010000 2、汇编语言：汇编语言是一种符号语言，用助记符表示操作码，用符号或符号地址表示操作数或操作数地址，它与机器指令是一一对应的。 3、汇编程序：MASM.EXE将汇编语言源程序翻译成机器语言，即目标程序。

  4. 第一节 寻址方式 • 根据指令内容确定操作数地址的过程，称为寻址。 • 根据寻址方式计算所得到的地址叫做有效地址EA，也就是段内偏移地址。有效地址还需要与相应的段基地址组合才是20位的物理地址PA ，该工作由CPU完成。 • 寻址方式在两种方式下被涉及：操作数的寻址方式和指令的寻址方式。

  5. 一、程序存储器寻址 • CS和IP寄存器用来保存段地址和偏移量，指出处理器要执行的下一条指令地址。CALL和JMP指令能够以下列3种方式改变CS和IP的值。 • 1、相对寻址：提供一个8位或16位的立即数与IP寄存器的值相加，结果作为IP寄存器的新值。此时CS值不变，称为段内操作。 • 2、直接寻址：指令提供16位立即数做为CS或IP寄存器的新值。此时可能改变CS，所以称为段间操作。 • 3、间接寻址：指令提供一16位的存储器地址，由该存储器单元的值改变IP或CS的值。若只改变IP，则是段内操作；若改变IP和CS，则是段间操作。

  6. 二、数据存储器寻址 • 1、立即寻址 操作数直接放在指令中。不 需要访问存储器。 例3.1 MOV AL，34H MOV AX，1234H 需要注意在16位操作时，两个字节数据的高低位存储 位置。立即数只能是源操作数。

  7. 2、寄存器寻址 • 操作数就放在CPU的内部寄存器中，AX、BX、CX、DX、DI、SI、SP和BP，不需要访问存储器。 例3.2：INC CX MOV AX，BX 若执行前（AX）=30A6H， （BX）=69EDH，（CX）=40D9H 则执行后， （AX）=69EDH，BX内容 不变。（CX）=40DAH

  8. 3、存储器寻址 • 操作数放在存储器中，执行部件EU计算出存储器操作数的偏移量，即有效地址EA。这是一个无符号数，由总线接口部件BIU的地址加法器计算出物理地址，然后执行存取该操作数所需的总线周期。 • 有效地址有4种成分： （1）位移量 （2）基址 （3）变址 （4）比例因子（386以上机器有，8086为1） EA=基址+（变址×比例因子）+位移量

  9. 对8086，EA=基址+变址+位移量 (1)直接寻址 有效地址由指令直接给出，有效地址只包含位移量。 MOV AL，[1234H] 默认的段寄存器是DS，也可以在指令中使用段超越前缀来指定段寄存器。 例3.3：MOV AL，ES:[1234H] 有效地址EA=1234H，在指令中直接给 出。 物理地址PA=（ES）×10H+1234H

  10. 例3.5 MOV AX，[2000H] 若（DS）=3000H，则执行情况如图3.3。 直接寻址也可用符号地址。 例3.4：MOV AX，VALUE 这里，VALUE就是存放操作数单元的符号地址。 AX=3050H

  11. 该指令也可写为 MOV AX，[VALUE] (2)寄存器间接寻址和寄存器相对间接寻址 操作数的地址在对应的寄存器中称为寄存器间接寻址； 若还有位移量（disp）则称为寄存器相对间接寻址。 EA取自基址寄存器BX，BP或变址寄存器SI，DI 中的一个，操作数在有效地址对应的存储单元中。 即EA=（BX、BP、SI、DI之一）+disp 例3.7 MOV AX，[BX] 若（DS）=2000H，（BX）=1000H 则EA=（BX）=1000H 物理地址PA=20000H+1000H=21000H， 执行情况如图3.4。（AX）=（21000H）=50A0H

  12. 例3.5A：INC BYTE PTR[BX] 对应BX、SI、DI隐含的段寄存器是DS 对应BP隐含的段寄存器是SS EA=（BX） PA=（DS） ×10H+（BX） 若是寄存器相对间接寻址，则要加上位移量。 例3.6：INC BYTE PTR[BX+disp] EA=（BX）+disp PA=（DS）×10H+（BX）+disp

  13. 例3.9 MOV AX，COUNT[SI] 若COUNT=3000H，（DS）=3000H （SI）=2000H，则物理地址=35000H，指令执行如图3.5所示，指令执行后（AX）=1234H EA=3000H+2000H =5000H PA=30000H+5000H =35000H AX=1234H

  14. (3)基址寻址和基址相对寻址 操作数的地址在基址寄存器BX,BP中称为基址寻址；若还有位移量，则称为基址相对寻址 位移量可以是8位或16位。 例3.7A：MOV AX，[BX+disp] 使用BX，默认段寄存器是DS,而BP则默认的段寄存器为SS。 EA=（BX）或（BP）+disp PA=（DS）或（SS） ×10H+ disp

  15. 例3.8：MOV AX，COUNT[BX] 若（DS）=3000H，（BX）=2000H COUNT=3000H，（35000H）=1234H 则EA=2000H+3000H=5000H PA=30000H+5000H=35000H 执行该指令后， （AX）=1234H

  16. (4)变址寻址和变址相对寻址 操作数的地址在变址寄存器SI、DI中称为变址寻址；若还有位移量，则称为变址相对寻址。 EA=（SI）或（DI）+disp 例3.9A: MOV AH，[SI+disp] (5)基址变址寻址和基址变址相对寻址 EA=BX或BP中的基址地址＋SI、DI中的变址地址＋disp；实际上这种寻址为（3）、（4）两种寻址的组合。 例3.10A: MOV AX，[BP+DI] ；此时隐含的段寄存器为SS，若用BX，则隐含的段寄存器为DS EA=（BX或BP）+（SI或DI）+disp PA=（DS）×10H+（BX）+（SI或DI）+disp PA=（SS）×10H+（BP）+（SI或DI）+disp

  17. 例3.10 MOV AX，[BX][DI] 若（DS）=2100H，（BX）=0158H （DI）=10A5H 则EA=0158H+10A5H=11FDH PA=EA+21000H=221FDH 指令执行情况如图 3. 6所示。 指令执行后， （AX）=1234H

  18. 例3.11：MOV AX，[MASK+BX+SI] 若（DS）=3000H，（BX）=2000H （SI）=1000H，MASK=0250H （33250H）=34H，（33251H）=12H 则 EA= 2000H+1000H+0250H=3250H PA=30000H+ 2000H+1000H+ 0250H=33250H 指令执行如图3.7 所示。 执行该指令后 （AX）=1234H

  19. 4、I/O端口寻址 8086采用输入/输出端口与存储器独立编址的方式。访问I/O端口需要专门指令IN和OUT。 (1)直接寻址 在指令直接给出I/O端口地址，此地址应在0－255（0-FFH）之间 IN AL，20H；从端口地址20H读入一个字节 (2)间接寻址，寄存器只能用DX 由DX给出I/O端口地址，此方式适用端口地址为0－65535（0-FFFFH）之间的任意值。 OUT DX，AL

  20. 以下三种是386以上机器有的寻址方式： 5、比例变址寻址方式 有效地址是变址寄存器内容乘以指令中指定的比例因 子，再加上位移量之和。 例3.12 MOV EAX，COUNT[ESI*4] 6、基址比例变址寻址方式 操作数有效地址是变址寄存器内容乘以指令中指定的比例因子，再加上基址寄存器的内容之和 例3.13 MOV EAX， [EBX][EDI*4] MOV ECX， [EAX][EDX*8] 7、相对基址比例变址寻址方式 有效地址是4种成分之和。 例3.14 MOV EAX ，TABLE[EBP][EDI*4]

  21. 三、寻址方式的书写格式 • 1、在方括号内部允许有一个或两个寄存器的名字，如果一对方括号内部有基址寄存器和变址寄存器，使用“＋”作为连接。 • 2、在方括号内部允许有位移量，使用＋或—号作为连接符号。 • 3、在方括号外部允许有位移量，可以在左边或右边。 MOV AX，[BX+SI+6] MOV AX，[BX+SI]6 MOV AX，6[BX+SI] MOV AX，[BX][SI]6 MOV AX，[BX+6][SI]

  22. 8086数据存储器寻址方式小结： 1、立即寻址，操作数直接放在指令中。 2、寄存器寻址（8个通用寄存器） 3、直接寻址，有效地址由指令直接给出， 即有效地址只包含位移量。 4、寄存器间接寻址和寄存器相对间接寻址 （4个寄存器，BX、BP、SI、DI，位移量） 5、基址寻址和基址相对寻址（BX、BP，位移量） 6、变址寻址和变址相对寻址（SI、DI，位移量） 7、基址变址寻址和基址变址相对寻址 （BX、BP，SI、DI，位移量） 其中1、2两种不用访问存储器。

  23. 四、与转移指令有关的寻址方式 （1）段内直接寻址 不改变CS，在IP上加一个位移量，则 EA=（IP）+disp 例如： JMP NEAR PTR PROGIA ；段内近转移 JMP SHORT QUEST ；段内短转移 JMP 25H ；段内短转移 JMP 1025H ；段内近转移 其中PROGIA 和QUEST是转向的符号地址，在机器指令中，用位移量来表示。 （2）段内间接寻址 转向的有效地址是一个寄存器或一个存储单元的

  24. 内容。这个寄存器或存储单元的内容可用除立 即数寻址以外的任何一种寻址方式得到。转向 的有效地址用来取代IP。这时CS值不变。 例3.15：JMP BX；段内间接转移（IP）=（BX） JMP WORD PTR[BX+TABLE] 若（BX）=1256H，（DS）=2000H TABLE=20A1H，（232F7H）=3280H 则执行JMP BX后，（IP）=EA=1256H 执行JMP WORD PTR[BX+TABLE]后， EA=（BX）+disp=1256H+20A1H=32F7H （IP）=（PA）=（20000H+32F7H） =（232F7H）=3280H

  25. 3、段间直接寻址 指令中提供了转向的段地址和偏移地址，所以用段地址取 代CS，用偏移地址取代IP。 例3.16：JMP 3500H：080BH；段间直接转移 （CS）=3500H，（IP）=080BH 例3.17：JMP FAR PTR NEXT_PROG 其中NEXT_PROG是转向的符号地址；FAR PTR为段间转移 的操作符。 执行该指令后， NEXT_PROG所在段的段地址送CS， NEXT_PROG在该段内的偏移量送IP。 例3.18：C1 SEGMENT … JMP FAR PTR NEXT_PROG … C1 ENDS

  26. C2 SEGMENT … NEXT_PROG ： … … C2 ENDS 执行JMP FAR PTR NEXT_PROG 后，C2段的段地址送CS，在C2段内 NEXT_PROG的偏移量送IP。 4、段间间接寻址 用存储器中两个相继字的内容来取代IP和CS，达到段间转移 的目的。低地址中内容送IP，高地址中内容送CS。 例3.18：JMP DWORD PTR [INTERS+BX] 其中[INTERS+BX]说明寻址方式为基址相对寻址方式； DWORD PTR 是双字操作符。

  27. 例3.19：JMP DWORD PTR[BX+DI+ALPHA] 这是基址变址相对寻址。 EA=（BX）+（DI）+ALPHA PA=（DS）×10H+EA （IP）=（PA） ；低地址内容送IP （CS）=（PA+2）；高地址内容送CS 转移的物理地址是： PA=（CS） ×10H+（IP） 段间间接转移，目标地址存放在PA开始的4个连续 单元中，其中低地址两个单元放IP内容，高地址两个 单元放CS内容。 与转移地址有关的寻址方式如图3.9所示。

  28. 第二节 指令编码格式 一、概述 机器指令：计算机能识别和执行的指令的 二进制代码。如：1011000001100010 汇编指令：用助记符表示机器指令的操作 码和操作数，例如上面指令的汇编指令是 MOV AL，62H

  29. 二、指令编码 1、编码格式 8086的机器指令长度为1－6字节。

  30. 2、指令前缀 • 前缀是一条指令，当它执行时，并不导致处理器产生一个立即的动作，而只是指示处理器改变其后面指令的执行。 • 前缀一字节长，一条指令可有多个前缀。 1）重复前缀：REPcond（重复条件）与串指令结合使用，说明重复执行次数。 2）锁定前缀：LOCK在多处理器时使用。

  31. 3、段超越前缀 所有访问内存的指令都有一个隐含的段寄存器 来计算物理地址，段超越前缀可以改变默认的段 寄存器。 例3.20：MOV AX，ES：[13AAH]；将ES段的 13AAH和13ABH两个单元的内容装入到AX。 4、操作码 操作码用来指示该指令的操作，一般一字节。如 PUSH AX 01010 000 此外，还有5个标志位：D,W,S,V,Z，见表3-3

  32. 5、寻址方式编码 • 寻址方式字节中存放关于操作数类型和操作数寻址的信息。如前图分为3个域。 1）mod域：即方式域，决定如何解释r/m域和位移量域。见表3-4 2）reg域：寄存器域，指定一个寄存器操作数，也可作为额外的操作码位。见表3-5 3）r/m域：当mod=11时，本域指示一个寄存器操作数，当mod≠11时，本域指出存储器操作数的有效地址计算方法。见表3-6

  33. 6、位移量 指令编码中的位移量部分给出一个8位或16位的数用来进行有效地址计算。 16位位移量是低字节在前，高字节在后。 7、立即数 指令编码中的立即数部分给出一个8位或16位的立即数。 注意：16位数是低字节在前，高字节在后。

  34. 三、指令编码举例 例1：MOV [BX+DI-6]，CL 机器码： 10001000， 01001001，11111010 =88H，49H，FAH 例2：ADD AX，BX 机器码：00 00 00 1 1 1100 00 11 操作码 D W 寻址 AX BX =03H，C3H

  35. 第三节 指令执行时间 一、概述 一条指令的完整执行包括取指令，计算操作数地址，取操作数，执行指令，存放操作结果等步骤，各步所需时间的总和就是指令执行时间。 二、有效地址计算 存取操作数前，需计算出有效地址EA，它需要的时钟周期根据寻址方式不同而不同。 参见表3-7。

  36. 三、指令执行时间计算 假定指令已预取在指令队列中，因而取指令时间不考虑。 指令执行时间＝计算有效地址时间＋基本执行时间＋访问内存时间

  37. 第四节 8086汇编指令系统 8086汇编指令系统包括100多条指令，分为6大类： 数据传送指令 14 算术运算指令 20 逻辑运算和移位指令 13 串操作指令 13 转移指令 28 处理器控制指令 12

  38. 一、数据传送指令 共14条，分为4组

  39. 1 、通用传送指令(1) MOV 目的，源 • ① 源和目的操作数不能都是存储器操作数 • ② 目的操作数不能是立即数，也不能是CS寄存器 • ③ 不允许两个段寄存器之间传送数据 • ④ 立即数不能直接送段寄存器 • ⑤ 不影响标志位 功能： （源） （目的） 例1：MOV AX，10ACH；10ACH （AX）

  40. MOV WORD PTR[BX+2000H]，12ABH BX=1200H，CS=1800H，IP=0500H，DS=3000H

  41. 以下两条指令只有386以上机器有： MOVSX 目的，源 带符号扩展传送指令。 例2 MOVSX EAX，CL 例3 MOVSX EDX，[EDI] MOVZX 目的，源 带零扩展传送指令 例4 MOVZX DX， AL 例5 MOVZX EAX，DATA

  42. (2) PUSH 源 ；压栈 (SP)-2 (SP)，(源) ((SP+1)，(SP)) (3) POP 目的 ；出栈 ((SP+1)，(SP)) (目的)，(SP+2) (SP) ① 以上2条指令只能对字操作 ② 不能POP CS 下面举例：

  43. 例6 PUSH BX CS=1000H，IP=0030H，SS=2000H， SP=0040H，BX=2340H

  44. 以下4条指令只有386以上机器有： (4) PUSHA/PUSHAD PUSHA ；16位通用寄存器依次进栈 执行操作：（SP）-16 （SP） PUSHAD ；32位通用寄存器依次进栈 执行后（ESP）-32 （ESP） (5) POPA/POPAD POPA ；16位通用寄存器依次出栈 执行后（SP）+16 （SP） POPAD ；32位通用寄存器依次出栈 执行后（ESP）+32 （ESP）

  45. (6) XCHG 目的，源 该指令将源和目的的值互换 • ① 两个操作数必须有一个在寄存器中，可以是字节或字 • ②可以在寄存器之间或寄存器和存储器之间交换数据 • ③ 不允许使用段寄存器 例7：XCHG BX，[BP+SI] 若（BX）=6F30H，（BP）=0200H，（SI）=0046H （SS）=2F00H，（2F246H）=4154H 源操作数的物理地址=2F000H+0200H+0046H=2F246H 执行该指令后： （BX）=4154H，（2F246H）=6F30H

  46. 2、累加器专用传送指令(1) XLAT ；换码指令 把一种编码表示转换为另一种编码表示。XLAT指令在使用前 需将编码表的首地址装入BX，将表的一个索引值装入AL，索引 值为0-255。 例8：设（DS）=A000H A000：0010 30H （BX）=0010H 31H 表的起始地址为A0010H，表中放 数字0-9的ASCII码 MOV BX，0010H MOV AL，06H XLAT A000：0016 36H 执行该程序后，（AL）=36H

  47. (2) IN 累加器，端口地址 (3) OUT 端口地址，累加器 • 以上指令的累加器可为AL或AX • 当端口地址在0－255之间时可用立 即寻址方式，否则需将端口地址先放入 DX中，然后使用间接寻址方式。 例9： IN AL，20H MOV DX，0AB4H；注意字母不能是开头 OUT DX，AL

  48. 3、地址传送指令(1) LEA 目的，源 • 用来把源操作数的偏移地址传送给目的操作数。LEA指令中目的操作数必须是16位的通用寄存器。 例10：LEA BX，[BX+DI+6] 指令执行前若（BX）=1000H，（DI）=0200H 则指令执行后，（BX）=1206H (2) LDS 目的，源 • 将源操作数指定的存储器中4个连续字节传送给目的操作数和DS。传送时低2字节装入目的操作数，高2字节装入DS。 (3) LES 目的，源 • 与LDS相似，只是高字节装入ES。

  49. 例11:LDS SI，[DI+100AH] 若CS=1000H,IP=0640H,DS=2000H,DI=2400H 执行完后： DS=2230H SI =0180H

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