計(jì)算機(jī)組成原理與匯編語(yǔ)言課件第4章

4.3 80x86

CPU的指令系統(tǒng)80x86

CPU的指令集是在8086/8088

CPU的指令系統(tǒng)上發(fā)展起來(lái)的。8086/8088

指令系統(tǒng)是基本指令集，80286、80386、80486和Pentium指令系統(tǒng)是在基本指令集上進(jìn)行了擴(kuò)充。擴(kuò)充指令的一部分是增強(qiáng)的8086/8088基本指令和一些專用指令；另一部分是系統(tǒng)控制指令，即特權(quán)指令，它們對(duì)80286、80386、80486和Pentium保護(hù)模式的多任務(wù)、存儲(chǔ)器管理和保護(hù)機(jī)制提供了控制能力。80x86CPU采用了變字長(zhǎng)的機(jī)器指令格式，由1～15個(gè)字節(jié)組成一條指令。一般格式如下圖所示:本節(jié)先介紹80x86的尋址方式，然后著重介紹用于運(yùn)行應(yīng)用程序的80x86指令。4.3.1

80x86尋址方式指令中的尋址方式是用來(lái)確定操作數(shù)地址以找到指令所需的操作數(shù)。在80x86CPU中，8086和80286的字長(zhǎng)是16位，一般情況下只處理8位和16位操作數(shù)，只是在乘、除指令中才會(huì)有32位操作數(shù)；80386及其后繼機(jī)型的字長(zhǎng)為32位，因此它除可處理8位和16位操作數(shù)外，還可處理32位操作數(shù)，在乘、除法情況下可產(chǎn)生64位操作數(shù)。本節(jié)下面所述例子中，如處理的是32位操作數(shù)，則適用于80386及其后繼機(jī)型。1．立即尋址方式和寄存器尋址方式（1）立即尋址方式（Immediate

Addressing）立即數(shù)尋址是指指令所需的操作數(shù)直接在指令代碼中，隨著取指令一起取到CPU中。這種操作數(shù)稱為立即數(shù)。立即數(shù)可以是8位或16位的。對(duì)于80386及其后繼機(jī)型則可以是8位或32位的。這種尋址方式如下圖所示:【例4-1】下述匯編指令的源操作數(shù)都采用立即尋址方式。；將8位立即數(shù)05H送入AL中MOV

AL，5MOV

AX，0B064HMOV

BX，"

AB

"立即數(shù)用來(lái)表示常數(shù)，它經(jīng)常用于給寄存器賦初值，并且只能用于源操作數(shù)字段，不能用于目的操作數(shù)字段，且源操作數(shù)長(zhǎng)度應(yīng)與目的操作數(shù)長(zhǎng)度一致。在匯編指令中，立即數(shù)若是數(shù)值常數(shù)可直接書(shū)寫(xiě)，若是字符常數(shù)則應(yīng)加上引號(hào)。在匯編指令中，立即數(shù)若是以A～F開(kāi)始的十六進(jìn)制數(shù)，則必須在數(shù)前面加上0，如上述第二條指令，否則匯編程序會(huì)將立即數(shù)當(dāng)作符號(hào)處理。寄存器尋址是指指令所需的操作數(shù)存放在CPU的寄存器（通用寄存器或段寄存器）中，通過(guò)指令中的寄存器地址去找到操作數(shù)。在匯編指令中，寄存器地址直接用寄存器名表示，如用AX、

BX、AL、BH、EAX、EBX、DS、ES等，這些寄存器可以是8位的、16位的或32位的。這種尋址方式如下圖所示：（2）寄存器尋址方式（Register

Addressing）【例4-3】MOVMOVMOVBL，AL；將AL中的內(nèi)容送到BL中DS，AXECX，EDX【例4-2】指令“MOVAX，BX”的源和目的操作數(shù)都采用寄存器尋址方式，該指令完成將BX中的內(nèi)容送到AX中。如指令執(zhí)行前（AX）=3064H，（BX）=1234H；則指令執(zhí)行后，（AX）=1234H，（BX）保持不變。2．存儲(chǔ)器尋址方式在匯編語(yǔ)言程序中，一個(gè)存儲(chǔ)單元的地址采用邏輯地址來(lái)表示，其形式為:段基值（或選段擇器）：偏移地址操作數(shù)地址（物理地址）是根據(jù)段基值（或段選擇器）和偏移地址通過(guò)一定的方法得到。段基址在實(shí)模式和保護(hù)模式下可從不同的途徑取得。偏移地址是指存放操作數(shù)的存儲(chǔ)單元與段起始地址（段基址）之間的字節(jié)距離。在80x86里，把按尋址方式計(jì)算出來(lái)的操作數(shù)偏移地址稱為有效地址EA（Effective

Address）。存儲(chǔ)器操作數(shù)的尋址方式不同，則形成有效地址EA的方法就不同。有效地址EA可以由4個(gè)地址分量的某種組合求得，它們分別是：①位移量它是指令代碼中的一個(gè)8位、16位或32位二進(jìn)制數(shù)，但它不是立即數(shù)，而是一個(gè)地址量。在源程序中，位移量通常以符號(hào)地址（變量名或標(biāo)號(hào)）的形式出現(xiàn)，也可以是常數(shù)，經(jīng)匯編后，這些符號(hào)地址的偏移地址或常數(shù)就轉(zhuǎn)換為指令代碼中的位移量。②基地址即基址寄存器或基址指針的內(nèi)容。③變址量即變址寄存器的內(nèi)容。④比例因子（Scale

Factor）

它是80386及其后繼機(jī)型新增加的尋址方式中的一個(gè)術(shù)語(yǔ)，其值可為1，2，4或8。在含比例因子的尋址方式中，可用變址寄存器的內(nèi)容乘以比例因子來(lái)取得變址值。地址分量16位尋址32位尋址位移量0，8，16位0，8，32位基址寄存器BX，BP任何32位通用寄存器（包括ESP）變址寄存器SI，DI除ESP以外的32位通用寄存器比例因子無(wú)1，2，4，88086/80286只能使用16位尋址，而80386及其后繼機(jī)型則既可用32位尋址，也可用16位尋址。在這兩種情況下，對(duì)以上4個(gè)地址分量的組成有不同的規(guī)定，如下表所示：16/32位尋址時(shí)有效地址4種分量的組成對(duì)不同的存儲(chǔ)器尋址方式，構(gòu)成其有效地址EA的地址分量是不同的，但這些尋址方式的有效地址的計(jì)算都可以用下式表示：EA=

基地址+（變址量·

比例因子）+位移量：上式中的每一個(gè)地址分量均可空缺，但比例因子只能與變址寄存器同時(shí)使用。下面具體討論6種存儲(chǔ)器尋址方式。（1）直接尋址方式（Direct

Addressing）直接尋址是指指令所需的操作數(shù)存放在存儲(chǔ)單元中，操作數(shù)的有效地址EA直接由指令代碼中的位移量提供，即EA只包含位移量這一種地址分量。此時(shí)，位移量的值就是操作數(shù)的有效地址，如下圖所示①用數(shù)值地址表示EA在采用直接尋址方式的匯編指令中，如用數(shù)值表示操作數(shù)的有效地址，則操作數(shù)所在段的段寄存器必須指明，不能省略。例如，傳送指令源操作數(shù)的有效地址用數(shù)值地址表示：MOV BX，DS：[

1000H

]這條指令完成將當(dāng)前數(shù)據(jù)段偏移1000H個(gè)字節(jié)的字單元內(nèi)容

1234H送入BX中，如上圖所示，其中源操作數(shù)的有效地址

EA是1000H。“MOD

R/M”是指令代碼中的尋址字段。②用符號(hào)地址表示EA

在源程序中，常用符號(hào)地址表示存放操作數(shù)的存儲(chǔ)單元，因此在匯編指令中，可用符號(hào)地址表示的直接尋址方式來(lái)存取操作數(shù)。操作數(shù)如果存放在數(shù)據(jù)段中，則指令中不必給出數(shù)據(jù)段寄存器名（即默認(rèn)使用DS）；如果操作數(shù)不是存放在數(shù)據(jù)段中，則必須給出段寄存器名。例如：；將VAR指向的字單元內(nèi)容送到BX中；將立即數(shù)0FH置入DA_BYTE指向的字節(jié)單元MOV

BX，VARMOV

DA_BYTE，0FHMOVCL，DA+3

；把由DA地址偏移3個(gè)字節(jié)的字節(jié)單元內(nèi)容送到CL中上述3條指令分別等價(jià)于：MOV

BX，DS：VARMOV

DS：DA_BYTE，0FHMOV

CL，DS：DA+3（2）寄存器間接尋址方式（Register

IndirectAddressing）寄存器間接尋址是指指令所需的操作數(shù)在存儲(chǔ)單元中，操作數(shù)的有效地址EA直接從基址寄存器或變址寄存器中獲得，即

EA是包含基址寄存器內(nèi)容（或變址寄存器內(nèi)容）的一個(gè)地址分量。這種尋址方式如下圖所示:這種尋址方式實(shí)際上是將有效地址事先存放在一個(gè)寄存器中，因此這個(gè)寄存器就如同一個(gè)地址指針。由于用寄存器作為地址指針，因此在程序中只要修改間址寄存器的內(nèi)容，就可以用同一條指令訪問(wèn)不同的存儲(chǔ)單元。這種尋址方式的使用格式如下：MOV

CH，[SI]MOV

[DI]，BXMOV

AL，[BX]MOV

CX，[BP]上述指令分別等價(jià)于：MOV

CH，DS：[SI]MOV

DS：[DI]，BXMOV

AL，DS：[BX]MOV

CX，SS：[BP]寄存器尋址方式在16位尋址時(shí)可用的寄存器是BX、BP、SI和DI；在32位尋址時(shí)可用EAX、EBX、ECX、EDX、ESP、EBP、ESI和EDI等8個(gè)通用寄存器。凡使用BP、ESP和EBP時(shí)，其默認(rèn)段為SS段。其他寄存器的默認(rèn)段為DS寄存器。（3）寄存器相對(duì)尋址方式（Register

RelativeAddressing）（也稱變址尋址方式或基址尋址方式）指令所需的操作數(shù)在存儲(chǔ)單元中，操作數(shù)的有效地址EA是兩個(gè)地址分量之和：基址寄存器（或變址寄存器）的內(nèi)容與指令中指定的位移量之和。這種尋址方式如下圖所示：這種尋址方式若使用的是變址寄存器稱為變址尋址方式；若使用的是基址寄存器稱為基址尋址方式。它所允許使用的寄存器及與其對(duì)應(yīng)的默認(rèn)段情況與寄存器間接尋址方式中所說(shuō)明的相同。在匯編指令中，位移量部分可用數(shù)值表示，也可用符號(hào)地址表示（此時(shí)用符號(hào)地址的偏移地址作為位移量），其尋址方式的使用格式如下：MOV

AX，10H[SI]；位移量為8位常數(shù)，EA=10H+（SI），默認(rèn)段寄存器DSMOV

TAB1[BP]，CL；位移量為符號(hào)地址TAB1的16位偏移地址，默認(rèn)段寄存器是SS寄存器相對(duì)尋址方式常用來(lái)訪問(wèn)順序存放在主存中的一維數(shù)組、表、字符串等。其典型用法是將指令中不能修改的位移量作為基準(zhǔn)地址，而將變址或基址寄存器內(nèi)容作為修改量。例如數(shù)組的起始單元位置是固定的，因此由指令中的位移量給出；而被訪問(wèn)的數(shù)組元素相對(duì)其起始單元的距離由變址或基址寄存器提供，通過(guò)修改寄存器的內(nèi)容就可以訪問(wèn)數(shù)組中不同的元素?！纠?-4】如右圖所示，一維數(shù)組ARY存放在主存的數(shù)據(jù)段中，數(shù)組的每個(gè)元素長(zhǎng)度相同且都占2個(gè)字節(jié)單元。從數(shù)組的首址起依次存放各數(shù)組元素ARY(0)、

ARY(1)、ARY(2)…、ARY(i)、…。傳送指令：MOV

AX，ARY[SI]可用來(lái)訪問(wèn)數(shù)組中的元素，指令中的符號(hào)地址ARY指向該數(shù)組的首址；變址寄存器SI的內(nèi)容表示所訪問(wèn)元素與數(shù)組首址之間的字節(jié)距離，則所訪問(wèn)元素的有效地址：EA=

ARY的偏移地址+（

SI）當(dāng)SI內(nèi)容為0時(shí)，將訪問(wèn)ARY（0）元素；

SI內(nèi)容為1*2時(shí)訪問(wèn)ARY（1）元素；SI內(nèi)容為i*2時(shí)訪問(wèn)ARY（i），即通過(guò)修改SI的內(nèi)容可以訪問(wèn)數(shù)組中任何一個(gè)元素。右圖給出了訪問(wèn)數(shù)組元素ARY（2）的尋址過(guò)程。用寄存器相對(duì)尋址方式訪問(wèn)一維數(shù)組（4）基址變址尋址方式（Based

Indexed

Addressing）指令所需的操作數(shù)在主存單元中，操作數(shù)的有效地址EA是三

個(gè)地址分量之和：基址寄存器內(nèi)容、變址寄存器內(nèi)容與指令中的

位移量（0位、8位、16位或32位）之和，稱為基址變址尋址方式，如下圖所示：基址變址尋址方式的位移量可用數(shù)值或符號(hào)地址表示，其使用格式如下：MOV

AX，200H[BX][SI]；位移量為16位常數(shù)，EA=200H+(BX)+(SI)，默認(rèn)段寄存器為DSMOV

AX，ARRAY[BP][SI]；位移量為符號(hào)地址ARRAY的16位偏移地址，默認(rèn)段寄存器為SSMOV

[BP][DI]，DL；位移量為0，EA=（BP）+（DI），默認(rèn)段寄存器為SS由于基址變址尋址方式中有兩個(gè)地址分量可以在程序執(zhí)行過(guò)程中進(jìn)行修改，因此常用來(lái)訪問(wèn)存放在主存中的二維數(shù)組?！纠?-8】如右圖所示，

ARRAY數(shù)組是10行、10列的二維數(shù)組，按行存放在主存堆棧段中。從數(shù)組的首址ARRAY起依次存放各數(shù)組元素：第0行元素為ARRAY（0，0）～ARRAY（0，9）共10個(gè)，第1行元