计算机硬件第二章ppt.ppt

《计算机硬件第二章ppt.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《计算机硬件第二章ppt.ppt（99页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、第2章指令系统本章重点：计算机的编程结构逻辑地址、线性地址和物理地址的含义操作数的寻址方式堆栈操作的特点换码指令的特点串操作指令的特点和用法教学建议n在讲述计算机保持结构基础上寻址方式。n指令系统是本章的重点。n讲述指令系统时，着重讲清堆栈操作指令、换码指令、串操作指令等较难掌握的指令，结合习题和实验题前面掌握指令系统的用法。n本章用4学时讲解，4学时做实验。2.1 计算机的编程结构2.1.1 寄存器16位AXBXCXDXSPBPSIDI8位8位32位AHALBHBLCHCLDHDLEAXEBXECXEDXESPEBPESIEDIIPFLAGSEIPEFLAGSCSDSESSSFSGS1段寄存

2、器 16位微处理器：n代码段CS(code segment)n数据段DS(data segment)n堆栈段SS(stack segment)n附加段ES(extra segment)32位微处理器增加了FS和GS两个段寄存器 2通用寄存器nEAX/AX 常用指令的执行nEBX/BX 基址寄存器nECX/CX 用作计数器nEDX/DX 用来存放高位的数据或I/O地址。nESP/SP 堆栈指针寄存器nEBP/BP 基址指针寄存器nESI/SI 源变址寄存器nEDI/DI 目的变址寄存器3.指令指针寄存器和标志寄存器n指令指针寄存器EIP/IP用于存放指令所在单元地址的偏移量，与代码段寄存器CS配

3、合使用，以便得到指令所在单元地址。n标志寄存器EFLAGS/FLAGS用于存放系统的状态标志和控制标志。状态标志1）符号标志SF（sign flag）2）零标志ZF(zero flag)3）奇偶标志PF(parity flag)4）进位标志CF(carry flag)5）辅助进位标志AF(auxiliary flag)6）溢出标志OF(overflow flag)控制标志1）方向标志DF(direction flag)2）中断允许标志IF(interrupt enable flag)3）跟踪标志TF(trap flag)2.1.2存储器1.32位微处理器有三种工作方式：实地址方式，虚拟地址方式

4、(保护方式)虚拟8086方式。1实地址方式n1）逻辑地址：16位的段码和16位的偏移量组合在一起称为逻辑地址段码：偏移量段码：偏移量2）物理地址：n物理地址段首地址偏移量物理地址段首地址偏移量24段段码偏移量码偏移量实地址下物理地址的计算计算物理地址的具体例子2虚地址方式虚地址方式是32位微处理器最常用的方式。虚地址方式下从逻辑地址到线性地址虚地址方式下物理地址的形成2.1.3 输入输出端口接口芯片内部的寄存器：1）数据寄存器2）状态寄存器3）命令（或控制）寄存器2.2 操作数的寻址方式一条指令要明确两个问题：做什么操作操作码 数据在何处寻址2.2.1 立即寻址n例1：MOV AL,80H 1

5、6进制数80H送入AL。n例2：MOV CX,1000H 1000H送入CX,CH中为10H，CL中为00H。n例3：MOV EBX,20031231H 20031231H送入EBX。2.2.2 寄存器寻址n例1：INC CX CX中的内容加1。n例2：ADD AX,SI AX和SI中的内容相加，结果放在AX中2.2.3 输入输出端口寻址1直接寻址n例1.IN AL,50H 50H端口的字节读入AL。n例2 OUT 80H,AX AX中的内容输出到80H、81H两个端口n例3 IN EAX，60H 60H、61H、62H和63H端口的4个字节由低到高依次输入到EAX中。直接寻址00H-FFH2

6、.2.3 输入输出端口寻址2.寄存器间接寻址n例1IN AX,DX 从DX和DX+1所指的2个端口中输入1个字n例2OUT DX,AL AL中的字节输出到DX所指的端口中n例3 OUT DX，EAX EAX中的双字由低到高依次输出到DX、DX+1、DX+2和DX+3所指的4个端口中寄存器只能为DX2.2.4 存储器寻址有效地址的完整表达式如下：EA=基址变址基址变址比例因子位移量比例因子位移量 1直接寻址 n例：MOVAX,1000HDS段偏移量为1000H和1001H两单元的内容传送到AX中。n例：MOVEAX,ES:DATAES段有效地址为DATA、DATA+1、DATA+2、DATA+3

7、的4个字节由低到高依次传送到EAX中。段名：偏移地址2寄存器间接寻址nMOV BX,1000H；偏移量1000H送入BXnMOV EAX,BX ；DS段偏移量为1000H、1001H、1002H和 1003H单元的内容送入EAX。可用寄存器：BX、BP、SI和DI，其中BX和BP的默认段分别为DS段和SS段注意BX和AX的区别：BX为地址，而AX为具体内容3寄存器相对寻址例：MOV AX,SI+100H 设DS1000H,SI=0。则此指令 把物理地址为10100H和10101H两 单元的内容送入AX，寄存器相对寻址方式 示意图4 基址加变址寻址例1.MOV AL,EBX+EBP 默认段为DS

8、段例2.MOV AX,EBP+EBX 默认段为SS段5相对基址加变址寻址例1 对二维数组的访问MOV AL,EBX+ESI+TWOARRAY6相对比例变址寻址 MOVEAX，ARRAYEBX*47基址加比例变址寻址例：MOV EAX,EBXESI*4 ；有效地址EBX+ESI4，取出连续4个单元的内 容送入EAX。8相对基址加比例变址寻址例：MOV AX,TWOARREBXESI*2 ；位移量TWOARR指向二维数组 首地址，基址寄存器EBX指向 某一行，变址寄存器ESI指向 某一列，数组元素为2字节长 2.2.5 关于地址的寻址1.一般寻址（1）立即寻址 例：MOV AX,OFFSET DA

9、TA（2）存储器寻址例：LEA AX,BX+SI ；设BX1000H，SI=100H,执行LEA指令之后 AX1000H+100H=1100H.2.特殊寻址（1）段内直接寻址IPIP位移量位移量 或或 EIPEIP位移量位移量 例1：JMP SHORT FIRST ；SHORT为类型说明符，表示短转 移，即位移量为8位，转移范围 在128127之间。类型说明符：SHORT:8位WORD：16位DWORD：32位NEAR：段内16位或32位FAR：段间转移（2）段内间接寻址 例1：JMP ECX ；ECX的内容作为地址送入EIP。例2：JMP WORD PTRBX+SI ；BX+SI所指字单元的

10、内容 送入IP。（3）段间直接寻址例：JMP FAR PRT THIRD ；FAR是类型说明符，表示段间 转移（4）段间间接寻址例：JMP DWORD PTRBX ；类型说明符DWORD和指针运算符 PTR指明从存储器中取双字，分 别放在IP和CS2.3 指令系统通常，指令系统包含如下6类指令 nl传送指令nl算术运算指令nl逻辑运算和位操作指令nl串操作指令nl转移和调用类指令nl控制指令2.3.1 传送指令按功能可分为5种：通用传送指令 标志传送指令 地址传送指令 输入输出指令 转换类指令1通用传送指令 n数据传送指令n堆栈基本操作指令n数据交换指令。1）数据传送指令 n通用传输指令 MO

11、V n符号扩展传送指令MOVSX 例：MOVSX EBX,DLn零扩展传送指令MOVZX 例：MOVZX AX,CL 2）堆栈基本操作指令(1)进栈指令例1：PUSH CS例2：PUSH DWORD PRTEBX+ESI(2)出栈指令例：POP EAX78H56H34H12H78H56H34H12H00H04HSS段首地址10000H10010HESP（推入数据后栈顶）ESP（推入CS后栈顶）ESP（原栈顶）0400HCS78H56H34H12H00H04HESP（弹出数据后栈顶）12345678HEAX10010HSS段首地址10000H08000HDS段首地址IPCS段首地址04000H0

12、8000HDS段首地址CS段首地址04000H(a)进栈(b)出栈图2.11堆栈操作示意图(3)16位通用寄存器进栈/出栈指令 PUSHA/POPA(4)32位通用寄存器进栈/出栈指令 PUSHAD/POPAD 3）数据交换指令例1：XCHG AL,BL ；AL和BL之间交换字节例2：XCHG SI,DX ；DX和SI所指的字交换例3：XCHG EAX,EDI ；EAX和EDI之间交换双字。2标志传送指令1）提取标志指令LAHF 2）设置标志指令SAHF3）标志进栈指令PUSHF/PUSHFD 4）标志出栈指令POPF/POPFD 标志寄存器FLAGS3.地址传送指令1）取有效地址指令例1：L

13、EA AX,BX+SI例2：LEA EAX,EBX+ECX+1234H例3：LEA SI,EBX+ECX+1234H例4：LEA EDI,BX+21H2）取段码和偏移量指令例1：LDS DX,SI例2：LSS ESP,ESI4.输入输出指令1）输入指令例：IN EAX,DX2）输出指令例：OUT 30H,EAX3）串输入指令串输入指令有三种形式：n输入字节串INSB 例1：INSBn输入字串INSWn输入双字串INSD 例2：REP INSD4）串输出指令三种形式：n输出字节串OUTSB 例：REP OUTSBn输出字串OUTSW 例：OUTSWn输出双字串OUTSD 1）换码指令（XLAT访

14、问编码表）2)字长扩展指令（1）字节向字转换指令CBW（2）字向双字转换指令CWD和CWDE（3)双字向4字转换指令CDQ3）字节交换指令n字节交换指令BSWAP 例：BSWAP EAX2.3.2 算术运算指令1加法指令1）不带进位的加法指令ADD 例：ADD AL,60H2）带进位的加法指令ADC 例：ADC BX,SI3）增量指令INC 例：INC SI4）交换加法指令XADD 例：XADD BX+SI,AX2.减法指令1）不带借位的减法指令SUB 例：SUB WORD PTR SI,5678H2）带借位的减法指令SBB与SUB指令3）减量指令DEC 例：DEC CX4）求补指令NEG5）

15、比较指令CMP 例：CMP BYTE PTR SI,41H6)比较交换指令CMPXCHG 例：CMPXCHG BX,DX7)8字节比较交换指令CMPXCHG8B 3.乘法指令1）无符号数的乘法指令 例：MUL WORD PTR SI2）有符号数的乘法指令 IMUL有三种格式：(1)单操作数 (2)双操作数（始于80286）例：IMUL BX,100 (3)三操作数（始于80286）例：IMUL ECX,EDX,10004.除法指令1）无符号数的除法指令DIV 例：DIV WORD PTR DI2）有符号数的除法指令IDIV 5.BCD码调整指令1）组合的BCD码加、减法调整指令n (1)组合的

16、BCD码加法调整指令DAAn 例：ADD AL,CL DAA （2）组合的BCD码减法调整指令DAS n 2）非组合的BCD码调整指令(1）非组合的BCD码加法调整指令AAA（2）非组合的BCD码减法调整指令AAS 例：SUB AL,BL AAS(3）非组合的BCD码乘法调整指令AAM 例：MUL DL AAM（4）非组合的BCD码除法调整指令AAD例：AAD DIV CL2.3.3 逻辑运算和位操作指令逻辑运算指令n与（AND）n或(OR)n取反（NOT）n异或（XOR）1）逻辑与指令例：AND AL,0FH2）逻辑或指令 例1：OR AX,8080H 例2：PUSHF POP AX OR

17、AH,10H PUSH AX POPF3）逻辑异或指令XOR例1：XOR EAX,EAX例2：XOR AX,0 4）测试指令例1：TEST AL,01例2：TEST AX,8080H5）取反指令取反指令NOT把操作数逐位取反，操作数可为寄存器或内存单元。2.移位指令共三组：n单向移位n循环移位n双精度移位1）单向移位指令（1）算术左移指令SAL（2）算术右移指令SAR（3）逻辑左移指令SHL（4）逻辑右移指令SHR单向移位指令单向移位的例子例1：SAL AL,1例2：SHL AL,1例3：SAR BX,CL例4：SHR EAX,82）循环移位指令（1）不带进位循环左移指令ROL（2）不带进位循

18、环右移指令ROR（3）带进位循环左移指令RCL（4）带进位循环右移指令RCR例1：ROL AX,08例2：RCR WORD PTR SI,CL循环移位指令3）双精度移位指令（用于32位机）（1）双精度左移指令SHLD例1：SHLD EDX,EAX,16（2）双精度右移指令SHRD例2：SHRD EDI,ESI,83位处理指令（用于32位机）位处理指令共有如下4条：1）位测试指令BT 2）测试位置1指令BTS 3）测试位置0指令BTR 4）测试位取反指令BTC 例1：BTS AX,1例2：BTC EAX,ECX4位扫描指令（用于32位机）1）正向位扫描指令BSF2）反向位扫描指令BSR例：BSF

19、 CX,AX BSR EBX,EAX 2.3.4 串操作指令及其重复前缀1）串传送指令及其重复前缀串传送指令有三种形式：MOVSB、MOVSW MOVSD 例：REP MOVSW2）串比较指令及其重复前缀串比较指令的3种格式：CMPSB CMPSW CMPSD 例：REPZ CMPSB3）串扫描指令及其重复前缀串扫描指令的三种形式：SCASB CSASW SCASD例：XOR AL,AL MOV CX,0FFFFH REPNE SCASB NOT CX DEC CX 4）存串指令及其重复前缀存串指令的3种形式：STOSB STOSW STOSD 例：XOR EAX,EAX REP STOSD5

20、）取串指令取串指令的三种形式：LODSB LODSW LODSD2.3.5 转移调用类指令n无条件转移和条件转移指令n循环控制指令n调用和返回指令n中断和中断返回指令 1.转移指令1）无条件转移指令JMP JMP FIRSTJMP CXJMP FAR PTR SECONDJMP DWORD PTR SI2）条件转移指令(1)以状态标志为依据的条件转移指令 JC,CF=1（有借位）则转移。/JB/JNAE JNC,CF=0则转移。/JAE/JNB JZ,ZF=1,结果为0转移。/JE JNZ,ZF=0,结果非0转移。/JNE JS,SF=1，结果为负则转移。JNS,SF=0，结果为正则转移。JP

21、,PF=1则转移。/JPE 奇偶性为偶则转移。JNP,PF=0则转移。/JPO,奇偶性为奇则转移。JO,OF=1,结果溢出则转移。JNO,OF=0,结果不溢出则转移。（2）以无符号数比较结果为依据的条件转移指令 JA/JNBE JAE/JNB/JNC JB/JNAE/JC JBE/JNA(3)以有符号数比较结果为依据的条件转移指令 JG/JNLE JGE/JNLJL/JNGE JLE/JNG(4)以计数值为依据的条件转移指令 JCXZ JECXZ例：设内存单元放多个8位无符号数，首地址在BX中，数据的个数放在CX中，要求找出其中最大的数。MOV AL,BX NEXT1:INC BX CMP A

22、L,BX JAE NEXT2 MOV AL,BX NEXT2:DEC CX JNZ NEXT12循环指令 LOOP例：DELAY:LOOP DELAY LOOPE LOOPNE/LOOPNZ求2个数组之和的例子例：求2个数组之和，每个数组长度为N。如遇到2个组数元素都为0，则停止求和 MOV SI,-1 MOV CX,N NEXT:INC SI MOV AL,SI+ADDR1 ADD AL,SI+ADDR2 MOV SI+ADDR3,AL LOOPNZ NEXT3调用和返回指令1）调用指令例：CALL DISPLAY CALL AX CALL FAR PTR PRINT CALL DWORD

23、PTRDI2）返回指令RET指令的两种形式：（1）无立即数返回指令RET（2）有立即数返回指令RET n4中断和中断返回指令1）中断指令INT2）溢出中断指令INTO 3）中断返回指令IRET和IRETD(用于32位机)2.3.6 控制类指令1标志设置指令1）设置进位标志指令nSTCnCLCnCMC2）设置方向标志指令nSTDnCLD3）设置中断允许标志指令nSTInCLI2暂停指令 HLT 3空操作指令 NOP4放权和等待指令1）放权指令ESC 2）等待指令WAIT 5封锁指令前缀 LOCK可用于下列指令：交换指令XCHG；算术运算指令：ADD、ADC、INC、SUB、SBB、DEC和NEG；逻辑运算指令：AND,OR,XOR和NOT；位操作指令：BT,BTS,BTR和BTC。例：LOCK XCHG AX,CX