数字电子技术封面课件.ppt
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1、第第4 4章章 80 x8680 x86微处理器的指令系统微处理器的指令系统 l l 内容提要内容提要:本章以本章以8086/8088为为例,介绍微型计算机的指令系统,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指令格式和基本的寻址方式及有效地址的计算。地址的计算。l l 指令系统包括数据传送指令、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作指令、控制转移指令和处理器控制指令制指令。返回主目录返回主目录 采用采用采用采用8086/8088CPU8086/8088CPU的指令系统,是因的指令系统,是因的指令
2、系统,是因的指令系统,是因为为为为8086/80888086/8088指令系统是所有指令系统是所有指令系统是所有指令系统是所有80X8680X86系列系列系列系列CPUCPU指令系统的基础指令系统的基础指令系统的基础指令系统的基础,8028680286、8038680386、8048680486乃至乃至乃至乃至PentiumPentium等新型等新型等新型等新型CPUCPU的指令系统的指令系统的指令系统的指令系统仅是在这个基础上做了一些补充。用仅是在这个基础上做了一些补充。用仅是在这个基础上做了一些补充。用仅是在这个基础上做了一些补充。用8086/80888086/8088指令系统编写的程序可
3、以毫无改指令系统编写的程序可以毫无改指令系统编写的程序可以毫无改指令系统编写的程序可以毫无改动地在动地在动地在动地在8028680286、8038680386、8048680486、PentiumPentium等等等等CPUCPU上运行。上运行。上运行。上运行。学习要求:熟练掌握学习要求:熟练掌握学习要求:熟练掌握学习要求:熟练掌握8086/80888086/8088微处理器的微处理器的微处理器的微处理器的指令系统,指令系统,指令系统,指令系统,6 6种基本寻址方式和各种常用指种基本寻址方式和各种常用指种基本寻址方式和各种常用指种基本寻址方式和各种常用指令。令。令。令。本章目录本章目录 4.1
4、 Intel x86的寻址方式的寻址方式 4.2 Intel x86指令系统指令系统 小结小结第第4 4章章 80 x8680 x86微处理器的指令系统微处理器的指令系统4.1 Intel x864.1 Intel x86的寻址方式的寻址方式 指令的一般格式指令的一般格式:计算机中的指令由操作码字段和操作数计算机中的指令由操作码字段和操作数字段组成字段组成。操作码操作码:指计算机所要执行的操作指计算机所要执行的操作,是是一种助记符一种助记符。操作数操作数:指在指令执行操作的过程中所在指令执行操作的过程中所需要的操作数需要的操作数。分目标操作数分目标操作数、源操作数源操作数。该字段除可以是操作数
5、本身外该字段除可以是操作数本身外,也可以是也可以是操作数地址或是地址的一部分操作数地址或是地址的一部分,还可以是还可以是指向操作数地址的指针或其它有关操作数指向操作数地址的指针或其它有关操作数的信息的信息。操作操作码码操作数操作数 指令举例:指令举例:寻址方式就是指令中用于说明操作数所寻址方式就是指令中用于说明操作数所在地址的方法在地址的方法,或者说是寻找操作数有效地或者说是寻找操作数有效地址的方法址的方法。寻址方式一般是针对源操作数而寻址方式一般是针对源操作数而言的言的。在在8086/8088系统中系统中,一般将寻址方一般将寻址方式分为两种不同的类型式分为两种不同的类型,一类是寻找操作数一类
6、是寻找操作数的地址的地址,另一类是寻找要执行的下一条指令另一类是寻找要执行的下一条指令的地址的地址,即程序的地址即程序的地址。80868088的基本寻址方式有六种的基本寻址方式有六种,下面我们来讨论这六种寻址方式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所提供的操作数直接包含在指令中,这种这种寻址方式就叫立即寻址寻址方式就叫立即寻址,这个操作数叫立即数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所谓立即数是指具有固定数值的操作数,即常即常数数。它紧跟在操作码的后面它紧跟在操作码的后面,与操作码一起放与操作码一起放在代码段区域中在代码
7、段区域中。如图如图4-1所示所示。例如例如:4.1.1 立即寻址立即寻址MOV AX,2345H ;AX2345H 图图4-1 立即寻址立即寻址 立即数若是立即数若是8位的位的,可以是无符号数可以是无符号数,取值取值范围是范围是00H-0FFH,也可以是带符号数也可以是带符号数,取值范取值范围是围是80H-7FH。立即数若是立即数若是16位的位的,可以是无可以是无符号数符号数,取值范围是取值范围是0000H-0FFFFH,也可以也可以是带符号数是带符号数,取值范围是取值范围是8000H-7FFFFH。若若是是16位的位的,则存储时低位在前则存储时低位在前,高位在后高位在后。在在指令中指令中,立
8、即数操作数只能作源操作数立即数操作数只能作源操作数,而不而不能作目的操作数能作目的操作数。立即寻址主要用来给寄存器或存储单元赋立即寻址主要用来给寄存器或存储单元赋初值初值。操作数地址的操作数地址的16位偏移量直接包含在指令位偏移量直接包含在指令中中,所以这种寻址方式叫直接寻址所以这种寻址方式叫直接寻址。16位偏移位偏移量与操作码一起存放在代码段区域量与操作码一起存放在代码段区域,操作数一操作数一般在数据段区域中般在数据段区域中,它的地址为数据段寄存器它的地址为数据段寄存器DS加上这加上这16位地址偏移量位地址偏移量。如图如图4-2所示所示。例如例如:MOV AX,DS:3000H ;AX(DS
9、:3000H)4.1.2 直接寻址直接寻址 设设DS=1000H。直接寻址方式如直接寻址方式如右右图图所示所示。(对对DS来讲可以省略成来讲可以省略成 MOV AX,3000H,系统默认为数据段系统默认为数据段)这种寻址方式是以数据段的地址为基础这种寻址方式是以数据段的地址为基础,可可在多达在多达64KB的范围内寻找操作数的范围内寻找操作数。这种寻址方式允许段超越这种寻址方式允许段超越,即还允许操作数即还允许操作数在以代码段在以代码段、堆栈段或附加段为基准的区域中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此时只要在指令中指明是段超越的,则则16位地址位地址偏移量可以与偏移量可
10、以与CS或或SS或或ES相加相加,作为操作数的作为操作数的地址地址。MOV AX,2000H ;数据段数据段 MOV BX,ES:3000H;段超越段超越,操作数操作数在附加段在附加段 即绝对地址即绝对地址(ES)163000H 操作数包含在操作数包含在CPU的内部寄存器中,所以这种寻址方的内部寄存器中,所以这种寻址方式叫寄存器寻址。它们可以是数据寄存器(式叫寄存器寻址。它们可以是数据寄存器(8位或位或16位),位),也可以是地址指针寄存器、变址寄存器或段寄存器,如寄也可以是地址指针寄存器、变址寄存器或段寄存器,如寄存器存器AX、BX、CX、DX、SI等。如图等。如图4-3所示。所示。例如:例
11、如:4.1.3寄存器寻址寄存器寻址 MOV BX,AX ;BXAX MOV AL,BH ;ALBH图图4-3寄存器寻址方式寄存器寻址方式 操作数是在存储器中,但是,操作数地址操作数是在存储器中,但是,操作数地址的的16位位偏移量包含在以下四个寄存器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:接寻址。可以分成两种情况:1)以以SI、DI、BX间接寻址,则通常操作间接寻址,则通常操作数在现行数据段区域中,即数据段寄存器数在现行数据段区域中,即数据段寄存器(DS)16(或或10H)加上加上SI、DI、B
12、X中的中的16位位偏移量,为操作数的地址偏移量,为操作数的地址,如图,如图4-4所示。所示。4.1.4寄存器寄存器间间接接寻寻址址 例如:例如:MOV AX,SI ;操作数地址是:(操作数地址是:(DS)16(SI)图图4-4寄存器间接寻址方式寄存器间接寻址方式 2)以寄存器以寄存器BP间间接接寻寻址,址,则则操作数在堆操作数在堆栈栈段区段区域中。即堆域中。即堆栈栈段寄存器(段寄存器(SS)16与与BP的内容相的内容相加作加作为为操作数的地址。操作数的地址。例如:例如:MOV AX,BP ;操作数地址是:(操作数地址是:(SS)16(BP)若在指令中若在指令中规规定是段超越的,定是段超越的,则
13、则BP的内容也可的内容也可以与其它的段寄存器相加,形成操作数地址。以与其它的段寄存器相加,形成操作数地址。例如:例如:MOV AX,DS:BP ;操作数地址是:(操作数地址是:(DS)16(BP)由指定的寄存器内容,加上指令中由指定的寄存器内容,加上指令中给给出出8位或位或16位的偏位的偏移量(当然要由一个段寄存器作移量(当然要由一个段寄存器作为为基地址)作基地址)作为为操作数的操作数的偏移地址,称偏移地址,称为变为变址址寻寻址。(操作数在存址。(操作数在存储储器中)器中)可以作可以作为变为变址址寻寻址的四个寄存器是址的四个寄存器是SI、DI、BX、BP。1)若用若用SI、DI和和BX作作为变
14、为变址,址,则则与数据段寄存器相加,与数据段寄存器相加,形成操作数的地址默形成操作数的地址默认认在数据段。在数据段。2)若用若用BP变变址,址,则则与堆与堆栈栈段寄存器相加,形成操作数段寄存器相加,形成操作数的地址默的地址默认认在堆在堆栈栈段。段。例如:例如:MOV AX,DATABX ;指令的;指令的执执行行过过程如程如图图4-5所示所示 操作数地址是操作数地址是:(:(DS)16(BX)DATA 假假设设(DS)=4000H,(,(BX)=2000H,DATA=0020H 则则物理地址物理地址=4000H10H2000H0020H=42020H4.1.5变变址址寻寻址址(又称又称为为寄存器
15、相寄存器相对寻对寻址址)图图4-5变址寻址方式变址寻址方式 但是,只要在指令中指定是段超越的,但是,只要在指令中指定是段超越的,则则可以用可以用别别的段寄存器作的段寄存器作为为基地址。基地址。在在汇编语汇编语言中,言中,变变址址寻寻址指令的址指令的书书写格式允写格式允许许有几有几种不同的形式。以下几种写法种不同的形式。以下几种写法实质实质上是完全等价的: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,在有的教科另外,在有的教科书书中,若指定的寄存
16、器是中,若指定的寄存器是BX,BP又称又称为为基址基址寻寻址方式。址方式。把把BX(数据段)和(数据段)和BP(堆(堆栈栈段)看成是基址寄存器,把段)看成是基址寄存器,把SI、DI看着是看着是变变址寄存器,把一个基址寄存器,把一个基址寄存器(址寄存器(BX或或BP)的内容加上)的内容加上一个一个变变址寄存器(址寄存器(SI或或DI)的内)的内容,再加上指令中指定的容,再加上指令中指定的8位或位或16位偏移量(当然要以一个段寄存位偏移量(当然要以一个段寄存器作器作为为地址基准)作地址基准)作为为操作数的操作数的偏移地址,称偏移地址,称为为基址加基址加变变址址寻寻址。址。4.1.6 基址加基址加变
17、变址址寻寻址址 操作数在存操作数在存贮贮器中,其偏移地址由器中,其偏移地址由(基址寄存器)(基址寄存器)(变变址寄存器)相址寄存器)相对对偏移量形成。偏移量形成。例如:例如:MOV AX,BXSIDATA 或或 MOV AX,BXSIDATA 操作数地址是:(操作数地址是:(DS)16(BX)()(SI)DATA 假假设设(DS)=4000H,(,(BX)=2000H,(,(SI)=2000H,DATA=0100H 则则物理地址物理地址=4000H10H2000H2000H0100H=44100H 指令的指令的执执行行过过程如程如图图4-6所示所示图图4-6基址加变址寻址方式基址加变址寻址方式
18、 与与变变址址寻寻址方式址方式类类似,基址加似,基址加变变址址寻寻址指令同址指令同样样也可也可以表示成多种形式,例如,以下几种写法以表示成多种形式,例如,以下几种写法实质实质上是完全上是完全等价的: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 使用基址加使用基址加变变址址寻寻址址时时要注意,指令中不允要注意,指令中不允许许同同时时出出现现两个基址寄存器或两个两个基址寄存器或两个变变址寄存器,例如,以下指令址寄存器,例如,以下指令是
19、非法的:是非法的:MOV AX,DATASIDI MOV AX,BX+DATABP 另外,在有的教科另外,在有的教科书书中,若中,若DATA为为0,则则称称为为基址基址变变址址寻寻址方式;若址方式;若DATA不不为为0,则则称称为为基址基址变变址相址相对寻对寻址方式。基址址方式。基址变变址相址相对寻对寻址方式址方式实为实为基址基址变变址址寻寻址方式的址方式的扩扩充。充。若用若用BX作作为为基地址,基地址,则则操作数在数据段操作数在数据段区域。区域。若用若用BP作作为为基地址,基地址,则则操作数在堆操作数在堆栈栈段段区域。区域。但若在指令中但若在指令中规规定是段超越的,定是段超越的,则则可用可用
20、其它段寄存器作其它段寄存器作为为基地址。表基地址。表4-1是段寄存是段寄存器使用的基本器使用的基本约约定。定。访问访问存存储储器器类类型型默默认认段寄存器段寄存器可指定可指定段寄存器段寄存器段内段内偏移地址来源偏移地址来源取指令取指令码码CS无无IP堆堆栈栈操作操作SS无无SP串操作源地址串操作源地址DSCS、ES、SSSI串操作目的地址串操作目的地址ES无无DIBP用作基址寄存器用作基址寄存器SSCS、DS、ES 根据根据寻寻址方式求得有址方式求得有效地址效地址一般数据存取一般数据存取DSCS、ES、SS 根据根据寻寻址方式求得有址方式求得有效地址效地址表表4-1 段寄存器使用的段寄存器使用
21、的基本基本约约定定 图图4 7 不同字不同字长长的指令格式的指令格式4.1.7指令格式及指令指令格式及指令执执行行时间时间1、指令格式、指令格式 不同字不同字长长的指令格式如的指令格式如图图4-7所示所示 取指令,取操作数,取指令,取操作数,执执行指令及行指令及传传送送结结果所需果所需时间时间的的总总和。和。2、指令、指令执执行行时间时间返回本章目录返回本章目录 控制控制计计算机完成指定操作的命令称算机完成指定操作的命令称为为指令。指令。不同的不同的计计算机具有各自不同的指令,其所有指令的集合,就称算机具有各自不同的指令,其所有指令的集合,就称为该计为该计算机的指令系算机的指令系统统。指令系。
22、指令系统统不不仅仅定定义义了了计计算机所算机所能能执执行的指令的集合,行的指令的集合,还还定定义义了使用了使用这这些指令的些指令的规则规则。因此在使用因此在使用汇编语汇编语言言编编写程序写程序时时,必,必须须要要对对机器的指令机器的指令系系统统非常了解。非常了解。对对指令系指令系统统来来说说,8086和和8088是完全相同的,因此,是完全相同的,因此,本章将本章将这这两种两种CPU统统称称为为8086。4.2 Intel 80 x864.2 Intel 80 x86指令系统指令系统 在介在介绍绍各种指令之前,先介各种指令之前,先介绍绍一下本一下本节节中要用到的一中要用到的一些符号。些符号。OP
23、RD指各种指各种类类型的操作数型的操作数 DATA8位或位或16位操作数位操作数 PROC过过程或子程序的符号地址程或子程序的符号地址 LABLE符号地址符号地址 n 输输入入/输输出端口地址出端口地址 mem存存储储器操作数器操作数 ()表示寄存器的内容表示寄存器的内容 表示存表示存储单储单元的内容元的内容 8086/8088 CPU的指令系的指令系统统共包含共包含92种基本指令,按种基本指令,按照功能可以分照功能可以分为为以下六个功能以下六个功能组组。1)数据数据传传送指令送指令(Data Transter)2)算算术术运算指令运算指令(Arithmetic)3)逻辑逻辑运算指令运算指令(
24、Logic)4)串操作指令串操作指令(String Menipulation)5)程序控制指令程序控制指令(Program Control)6)处处理器控制指令理器控制指令(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影响标志寄存器FLAGS(除标志寄存器传送指令外)。(除标志寄存器传送指令外)。传送类指令按功能分为传送类指令按功能分为4小类:通用数据传送指令、目标小类: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。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
25、据传送指令数据传送指令 (1)一般传送指令一般传送指令 MOV 一般格式:一般格式:MOV OPRD1,OPRD2 MOV 是操作码,是操作码,OPRD1和和OPRD2分别是目的操作分别是目的操作数和源操作数。数和源操作数。功能:完成数据传送,即将一个操作数从源地址传功能:完成数据传送,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数可以是8位也可以是位也可以是16位。位。1通用数据传送指令通用数据传送指令 使用使用MOV 指令应注意几个问题:指令应注意几个问题:1)一般)一般CS和和IP的内容不通过的内容不通过
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