微处理器指令系统.ppt

1,第二章 微处理器指令系统,华北电力大学 计算机系 刘丽,2,2.6 控制转移类指令,8088CPU中，程序代码放在代码段，由CS:IP获得物理地址 程序顺序执行时，CPU自动增量IP值 当程序遇到分支、循环、子程序调用时，采用控制转移类指令修改CS和IP寄存器的值改变程序的执行顺序 控制转移类指令重点掌握： JMP/Jcc/LOOP/JCXZ CALL/RET INT n/IRET 常用系统功能调用,3,目标地址的寻址方式,用于改变CS和IP，使程序跳转到目标地址,相对寻址方式 指令代码中提供目的地址相对于当前IP的位移量，转移到的目的地址（转移后的IP值）就是当前IP值加上位移量 直接寻址方式 指令代码中提供目的逻辑地址，转移后的CS和IP值直接来自指令操作码后的目的地址操作数 间接寻址方式 指令代码中指示寄存器或存储单元，目的地址从寄存器或存储单元中间接获得,用标号表达,用标号表达,用寄存器或存储器操作数表达,4,目标地址的寻址范围：段内寻址,段内转移近转移（near jump） 在当前代码段64KB范围内转移（ 32KB范围） 不需要更改CS段地址，只要改变IP偏移地址 段内转移短转移（short jump ） 转移范围可以用一个字节表达，在段内128127范围的转移,5,目标地址的寻址范围：段间寻址,段间转移远转移（far jump） 从当前代码段跳转到另一个代码段，8088支持在1MB范围内跳转 需要更改CS段地址和IP偏移地址 目标地址必须用一个32位数表达，叫做32位远指针，它就是逻辑地址（CS:IP）,代码段,代码段,实际编程时，汇编程序根据目标地址的属性，自动处理成短转移、近转移或远转移 程序员可用操作符short、near ptr 或far ptr 强制成为需要的转移类型,6,2.6.1 无条件转移指令,只要执行无条件转移指令JMP，就使程序转到指定的目标地址，从目标地址处开始执行指令 操作数label是要转移到的目标地址（目的地址、转移地址） JMP指令分成4种类型： 段内转移、相对寻址 段内转移、间接寻址 段间转移、直接寻址 段间转移、间接寻址,JMP label ；程序转向label标号指定的地址,7,无条件转移指令JMP（jump）,JMP label ;段内转移、相对寻址 ;IPIP位移量 JMP r16/m16 ;段内转移、间接寻址 ;IPr16/m16 JMP far ptr label ;段间转移、直接寻址 ;IP偏移地址,CS段地址 JMP far ptr mem ;段间转移，间接寻址 ;IPmem,CSmem2,演示,演示,演示,演示,演示,8,2.6.2 条件转移指令,条件转移指令Jcc根据指定的条件确定程序是否发生转移。其通用格式为： Jcc label ；条件满足,发生转移 ；IPIP8位位移量； ；否则，顺序执行 label是一个标号、一个8位位移量，表示Jcc指令后的那条指令的偏移地址，到目标指令的偏移地址的地址位移 Jcc只支持短转移的相对寻址方式，因而只能实现段内-128127的跳转,9,Jcc指令的分类,Jcc指令不影响标志，但要利用标志（表2-3） 在Jcc之前，通常有CMP、TEST、加减运算、逻辑运算等指令 根据利用的标志位不同，分成三种情况： 判断单个标志位状态 比较无符号数高低 比较有符号数大小,Jcc指令实际虽然只有16条，但却有30个助记符 采用多个助记符，目的是为了方便记忆和使用,10,1. 判断单个标志位状态, JZ/JE和JNZ/JNE 利用零标志ZF，判断结果是否为零（或相等） JS和JNS 利用符号标志SF，判断结果是正是负 JO和JNO 利用溢出标志OF，判断结果是否产生溢出 JP/JPE和JNP/JPO 利用奇偶标志PF，判断结果中“1”的个数是偶是奇 JC/JB/JNAE和JNC/JNB/JAE 利用进位标志CF，判断结果是否进位或借位,11,例2.19将AX中存放的无符号数除以2，如果是奇数则加1后除以2,问题：如何判断AX中的数据是奇数还是偶数？ 解答：判断AX最低位是“0”（偶数），还是“1”（奇数）。可以用位操作类指令 用逻辑与指令将除最低位外的其他位变成0，保留最低位不变。判断这个数据是0，AX就是偶数；否则，为奇数 将最低位用移位指令移至进位标志，判断进位标志是0，AX就是偶数；否则，为奇数 将最低位用移位指令移至最高位（符号位），判断符号标志是0，AX就是偶数；否则，为奇数,12,解答1 用JZ指令实现,test ax,01h ；测试AX的最低位D0（不用AND指令，以免改变AX） jz even ；标志ZF1，即D00：AX内是偶数，程序转移 add ax,1 ；标志ZF0，即D01：AX内的奇数，加1 even: shr ax,1 ；AXAX2,用右移一位的方法实现除以2 本例中用RCR指令比SHR指令更好(AX=FFFFH) Incadd？,13,解答2 用JNC指令实现,mov bx,ax shr bx,1 ；将AX的最低位D0移进CF jnc even ；标志CF0，即D00：AX是偶数，程序转移 add ax,1 ；标志CF1，即D01：AX内的奇数，加1 even: shr ax,1 ；AXAX2,还可用SAR、ROR和RCR指令,14,解答3 用JNS指令实现,mov bx,ax ror bx,1 ；将AX的最低位D0移进最高位（符号位SF） jns even ；标志SF0，即D00：AX内是偶数，程序转移 add ax,1 ；标志SF1，即D01：AX内的奇数，加1 even: shr ax,1 ；AXAX2,错误！循环指令不影响SF等标志,15,例2.20 判断是否为字母Y,；寄存器AL中是字母Y（含大小写），则令AH0，否则令AH1 cmp al, y ；比较AL与小写字母y je next ；相等，转移 cmp al, Y ；不相等， ；继续比较AL与大写字母Y je next ；相等，转移 mov ah,-1 ；不相等，令AH1 jmp done ；无条件转移指令 next: mov ah,0 ；相等的处理：令AH0 done: ,16,例2.21 偶校验,；对DL寄存器中8位数据进行偶校验 ；校验位存入CF标志 test dl,0ffh ；使CF0，同时设置PF标志 jpe done ；DL中“1”的个数为偶数 ；正好CF0，转向done stc ；DL中“1”的个数为奇数，设置CF1 done: ；完成,17,2. 比较无符号数高低,无符号数的大小用高（Above）、低（Below）表示，需要利用CF确定高低、利用ZF标志确定相等（Equal） 两数的高低分成4种关系，对应4条指令 JB（JNAE）：目的操作数低于（不高于等于）源操作数 JNB（JAE）：目的操作数不低于（高于等于）源操作数 JBE（JNA）：目的操作数低于等于（不高于）源操作数 JNBE（JA）：目的操作数不低于等于（高于）源操作数,18,3. 比较有符号数大小,判断有符号数的大（Greater）、小（Less），需要组合OF、SF标志、并利用ZF标志确定相等与否 两数的大小分成4种关系，分别对应4条指令 JL（JNGE）：目的操作数小于（不大于等于）源操作数 JNL（JGE）：目的操作数不小于（大于等于）源操作数 JLE（JNG）：目的操作数小于等于（不大于）源操作数 JNLE（JG）：目的操作数不小于等于（大于）源操作数,19,例2.22 求AX和BX的较大值，并将较大值放在WMAX内存单元,cmp ax,bx ；比较AX和BX jae next ；若AXBX，转移 xchg ax,bx ；若AXBX，交换 next: mov wmax,ax,如果AX和BX存放的是有符号数， 则条件转移指令应采用JGE指令,20,例2.22 求较大值（另解）,cmp ax,bx ；比较AX和BX jae next mov wmax, bx ；若AXBX，wmaxBX jmp done next: mov wmax,ax ；若AXBX，wmaxAX done: ,21,例2.22 求较大值（另解对比）,cmp ax,bx ；比较AX和BX jbe next mov wmax, ax ；若AXBX，wmaxAX jmp done next: mov wmax,bx ；若AXBX，wmaxBX done: ,22,2.6.3 循环指令,一段代码序列多次重复执行就是循环 8088设计有针对CX计数器的计数循环指令 循环指令中的操作数label只能采用相对短转移寻址方式，转移范围较小（-128127） 循环指令不影响标志,23,2.6.3 循环指令,LOOP label ；循环指令；首先CXCX1；然后判断，若CX0，转移 ；相当于两条指令dec cx ；jnz label LOOPE label ；相等循环：CXCX-1；若CX0且ZF=1，转移 ；同LOOPZ label LOOPNE label ；不等循环：CXCX-1；若CX0且ZF=0，转移 ；同LOOPNZ label JCXZ label ；为0循环指令：如果CX0，则转移 ；JCXZ常用作循环程序的开始，使得在循环次数为0时跳过循环体,24,例2.23 数据块传送（字节）,；将数据段Sbuf指示的1KB数据传送到附加段的Dbuf缓冲区 mov cx,400h ；设置循环次数：1K1024400H mov si,offset sbuf ；设置循环初值：SI指向数据段源缓冲区开始 mov di,offset dbuf ；DI指向附加段目的缓冲区开始（附加段） again: mov al,si ；循环体：实现数据传送 mov es:di,al ；每次传送一个字节 inc si ；SI和DI指向下一个单元 inc di loop again ；循环条件判定：循环次数减1，不为0转移（循环）,25,例2.23 数据块传送（字）,mov cx,200h ；设置循环次数：1K2200H mov si,offset sbuf ；设置循环初值：SI指向数据段源缓冲区开始 mov di,offset dbuf ；DI指向附加段目的缓冲区开始（附加段） again: mov ax,si ；循环体：实现数据传送 mov es:di,ax ；每次传送一个字 add si,2 ；指向下一个（字）单元 add di,2 loop again ；循环条件判定：循环次数减1，不为0转移（循环）,26,2.6.4 子程序指令,子程序是完成特定功能的一段程序 当主程序（调用程序）需要执行这个功能时，采用CALL调用指令转移到该子程序的起始处执行 当运行完子程序功能后，采用RET返回指令回到主程序继续执行,演示,转移指令有去无回 子程序调用需要返回， 其中利用堆栈保存返回地址,27,1. 子程序调用指令CALL,根据子程序的调用范围和寻址方式，CALL指令分成4种类型（类似JMP） 相对寻址的段内调用CALL指令，需要将IP压入堆栈，然后转移 CALL label ；段内调用、直接寻址 ；IP入栈：SPSP-2，SS:SPIP ；实现转移：IPIP+16位偏移量 间接寻址的段内调用CALL指令，需要将IP压入堆栈，然后转移 CALL r16/m16 ；段内调用、间接寻址 ；IP入栈：SPSP-2，SS:SPIP ；实现转移：IPr16/m16,28,1. 子程序调用指令CALL,直接寻址的段间调用CALL指令，需要将CS和IP压入堆栈，然后转移 CALL far ptr label ；段间调用、直接寻址 ；CS入栈：SPSP-2，SS:SPCS ；IP入栈：SPSP-2，SS:SPIP ；实现转移：IPlabel偏移量，CSlabel段地址 间接寻址的段间调用CALL指令，需要将CS和IP压入堆栈，然后转移 CALL far ptr mem ；段间调用、间接寻址 ；CS入栈：SPSP-2，SS:SPCS ；IP入栈：SPSP-2，SS:SPIP ；实现转移：IPmem，CSmem+2 实际编程中，汇编程序自动确定是段内还是段间，也可以采用near prt 或far ptr强制成为近调用或远调用,29,2. 子程序返回指令RET,根据返回范围和有无参数，分成4种类型 RET ；无参数段内返回 ；弹出IP：IPSS:SP， SPSP2 RET i16；有参数段内返回 ；弹出IP：IPSS:SP， SPSP2 ；调整指针：SPSP+i16，可以方便地废除若干执 ；行CALL指令以前的入栈操作 RET ；无参数段间返回 ；弹出IP：IPSS:SP， SPSP2 ；弹出CSSS:SP，SPSP2 RET i16 ；有参数段间返回 ；弹出IP：IPSS:SP， SPSP2 ；弹出CSSS:SP，SPSP2 ；调整指针：SPSP+i16，可以方便地废除若干执 ；行CALL指令以前的入栈操作,30,例2.24 编写一个子程序，将DL低4位中的一位16进制数转换成ASCII码,；子程序：将DL低4位的一位16进制数转换成ASCII码 htoasc proc and dl,0fh ；只取DL的低4位 or dl,30h ；DL高4位变成3 cmp dl,39h ；是09，还是0Ah0Fh ? jbe htoend ；是09，转移 add dl,7 ；是0Ah0Fh，加上7 htoend: ret ；子程序返回 htoasc endp,转换原理,；主程序：调用子程序 mov dl,28h call htoasc,31,2.6.5 中断指令和系统功能调用,中断（Interrupt）是又一种改变程序执行顺序的方法 8088CPU支持256个中断，每个中断用一个编号（中断向量号）区别 中断指令有3条： INT i8 IRET INTO 本节主要掌握类似子程序调用指令的中断调用指令INT i8，进而掌握系统功能调用,32,1. 中断指令,8088中断指令的地址寻址方法不同于其他控制转移类指令 中断服务程序本身可以放在内存内任何位置，但起始地址则按照向量号顺序存放在最低000H3FFH的1KB物理存储器中，形成一个中断向量表 指令中只要指明是第几个中断就可以转入该中断服务程序,33,INT i8,INT i8 ；中断调用指令：产生i8号中断 ；主程序使用，i8表示中断向量号 执行操作： 入栈保存FLAGS：SP SP2，ss:sp FLAGS 入栈保存返回地址：SP SP2，ss:sp CS SP SP2，ss:sp IP 转中断处理程序：IP n 4 CS n42,34,IRET,IRET ；中断返回指令：实现中断返回 ；中断服务程序使用 ；指令执行的过程基本上是INT指令的逆过程 执行操作： 从栈顶弹出内容送入IP，IP ss:sp，SP SP2 再从新栈顶弹出内容送入CS，返回地址出栈：csss:sp，SP SP2 从新栈顶弹出内容送入标志寄存器：FLAGS ss:SP，SP SP2,35,INTO,INTO ；溢出中断指令 ；若溢出标志OF=1，产生4号中断，否则顺序执行 ；中断类型为4 执行操作： 若OF=1（有溢出），才引起中断，则： 入栈保存FLAGS：SP SP2，SP:SP FLAGS 入栈保存返回地址：SP SP2，SP:SP CS SP SP2，SP:SP IP 转中断处理程序：IP 44= 10H， CS 442= 12H,36,2. 系统功能调用方法,IBM PC系列机中的ROM-BIOS和DOS操作系统提供了丰富的中断服务程序让程序员使用 汇编程序提供给汇编语言程序员的功能非常有限 程序员需要利用ROM-BIOS和操作系统提供的资源 系统功能调用是程序设计的一个重要方面,37,系统功能调用步骤,ROM-BIOS和DOS系统功能调用步骤的方法一样，通常按照如下4个步骤进行： 在AH寄存器中设置系统功能调用号 在指定寄存器中设置入口参数 用中断调用指令（ INT i8）执行功能调用 根据出口参数分析功能调用执行情况,38,3. DOS输入输出功能调用,DOS利用21H号中断提供给用户近百个系统功能，主要包括设备管理、目录管理和文件管理三个方面,39,02H号DOS功能调用,将在显示器当前光标位置显示DL给定的字符，且光标移动到下一个位置 当输出响铃字符（ASCII码为07H），退格字符（08H），回车字符（0DH）和换行字符（0AH），该功能调用可以自动识别并进行相应处理 该调用会破坏AX内容,；显示一个问号“ ？” mov ah,02h ；设置功能调用号 mov dl,? ；设置入口参数 int 21h ；功能调用,40,例2.25 回车换行的子程序,crlf proc push ax ；保护寄存器 push dx mov ah,2 mov dl,0dh ；回车功能的ASCII码是0DH int 21h mov ah,2 mov dl,0ah ；换行功能的ASCII码是0AH int 21h pop dx ；恢复寄存器 pop ax ret crlf endp,41,09H号DOS功能调用,输出一个字符串 功能调用号：AH09H 入口参数： DS:DX欲显示字符串在内存中的首地址（逻辑地址形式：DS段地址，DX偏移地址） 内存中的字符串以ASCII码形式保存，最后必须添加一个“$”结尾（并不显示） 功能调用：INT 21H 出口参数：无 会破环DX内容。无出口参数,42,例2.26 提示按任意键继续,；在数据段定义要显示的字符串 msgkey db Press any key to contiune,$ ；在代码段编写程序 mov ah,9 mov dx,offset msgkey ；设置入口参数： ；DS数据段地址（假设已经设置好） ；DX字符串的偏移地址 int 21h,43,0aH号DOS功能调用,等待用户输入一个或多个字符，最后用回车确认，输入字符的ASCII码顺序放在DS:DX指定的内存缓冲区，并在屏幕回显 使用0AH调用，应事先定义好缓冲区，并注意缓冲区格式 第一字节填入最多欲接受的字符（1255，包括最后回车） 留出第二字节用于存放功能调用时实际输入的字符个数（不包括回车） 第三字节开始为实际输入字符的ASCII码，应留够最大字符数所要求的空间 实际输入的字符多于定义数时，多出字符被丢掉，最后一个字符是回车符（0DH）,44,例：定义0A功能使用的缓冲区,buffer df 9；最大字符9（含回车） db 0；实际输入字符（不含回车） db 9 dup(0) ；开始存放，dup是重复操作，重复内容在括号内 假设某次执行0AH功能调用时，从键盘按下“abcd”和回车 则buffer内依次是09H 04H 61H 62H 63H 64H 0DH 00H 00H 00H 00H,45,4. ROM-BIOS输入输出功能调用,ROM-BIOS也以中断服务程序的形式，向程序员提供系统的基本输入输出程序 ROM-BIOS功能更基本，且与操作系统无关 当DOS没有启动或不允许使用DOS功能调用时，可以使用ROM-BIOS功能调用,当用户按键后，该调用返回键值代码AX，如果按下标准ASCII码键，AL=ASCII码，AH=扫描码 按下扩展键：AL=00H，AH=键扩展码； 按下“ALT+小键盘数字按键”：AL=ASCII码，AH=00H,通常使BX=0,46,例2.27 用ROM-BIOS功能调用显示按下的标准ASCII码字符,mov ah,0 ；子功能号：AH0 int 16H ；键盘功能调用（INT 16H） ；出口参数（也是下一个功能调用的入口参 ；数）：AL按键的ASCII码 mov bx,0 ；入口参数：BX0 mov ah,0eH ；功能号：AH0EH int 10H,47,2.7 处理器控制类指令,用来控制CPU的状态，使CPU暂停、等待或空操作等 NOP；空操作指令，等同于“xchg ax,ax”指令 ；不执行任何操作，但占用一个字节存储单元，空耗一个 ；指令执行周期，常用于程序调试 ；如需预留指令空间用NOP填充，代码空间多余也用其填充 ；还可以实现软件延时 SEG: ；段超越前缀指令：CS:，SS:，DS:，ES: HLT；暂停指令：CPU进入暂停状态，CPU不进行任何操作 ；CPU发生复位或发生外部中断时，CPU脱离暂停状态。 ；中断使CPU脱离暂停状态，返回执行HLT的下一条指令 ；HLT可用于程序等待中断 ；当程序必须等待中断时，可用HLT，而无需软件死循环 还有其他指令：LOCK ESC WAIT,48,END,49,目的地址相对寻址方式,50,目的地址寄存器段内间接寻址方