Булатов В.Н. Архитектура микропроцессороной системы, состав машинных команд и основы программирования микропроцессорной системы на ассемблере

Подождите немного. Документ загружается.

+<CF> от предыдущего сложения

Итого: 95.

Рассмотрим пример сложения многобайтовых чисел.

Пример 1 — Пусть 1-ое слагаемое находится в

1501

1500

(двухбайтовое число), а второе слагаемое — в BX. Сумму

поместить в M

1601

1600.

Ответ: Если складывать по байтам, то это будет выглядеть так:

ADD BL,[1500]; Сложить младшие байты чисел

MOV [1600],BL; и переслать младшую часть суммы в M

1600

ADC BH,[1501]; Сложить старшие байты слагаемых и + возмож-

MOV [1601],BH; ный перенос от предыдущей суммы и M

1601.

6.3 Операция вычитания

Эта команда выполняется чуть сложнее, чем команда сложения.

В отличие от сложения, операция вычитания простыми логическими

средствами не реализуется. Операция вычитания производится

следующим образом:

а) вычитаемое преобразуется в дополнительный код;

б) дополнительный код вычитаемого складывается с

уменьшаемым.

Само собой разумеется, что все это выполняется автоматически.

В отличие от сложения, перенос в этом случае направляется в CF через

инвертор. Посмотрим на абстрактных примерах, что из этого выходит.

Пусть A —уменьшаемое, B —вычитаемое.

Случай 1: A>B. Пусть A=1000, B=0101 (двоичные числа).

Преобразуем B в дополнительный код (без знака):

0101

инверсия

1010

+ 0001

доп

=1011 — дополнительный код B.

Теперь складываем: A+B

доп

1000

+1011

1 0011

Перенос = 1. Но этот перенос при вычитании инвертируется, и только

потом попадает в CF. Значит, в этом случае CF=0. Еще раз: 1000

0101

= 0011

и CF=0. (Кстати, результат получили в прямом коде).

Случай 2: A<B. Пусть A=0101, а B=1000. По той же технологии

преобразуем B:

1000

инверсия

0111

+0001

доп

=1000 —дополнительный код B.

Складываем: A+B

доп

0101

+1000

0 1101

Перенос=0

Переполнения нет, но флажок CF=1, так как он устанавливается

переполнением через инвертор.

А теперь подставим значение CF=1 в качестве старшего бита

уменьшаемого и вычтем вычитаемое B:

<CF>

1 0101

— 1000

1101

Получили тот же результат, что и выше. Вывод: при вычитании

флаг CF имеет смысл заема! Но заем предполагает наличие старшей

части числа. А если ее нет? Тогда необходимо вспомнить, что все числа

в АЛУ представлены в дополнительном коде, и если после вычитания

CF=1 , а занимать не у «кого», то полученный результат есть

отрицательное число в дополнительном коде. Чтобы получить результат

в истинном виде, необходимо полученное отрицательное число

(беззнаковое) перевести в прямой код:

CF=1 1101

инверсия

CF=1 0010

+0001 — инкремент, чтобы «не трогать» <CF>

CF=1 0011

Получили: 5

—8

= -3

, где <CF> имеет смысл знака.

Ассемблер команды вычитания (пример):

SUB AX,BX ; AX:=<AX>-<BX>; заем (если есть) — в CF.

6.4 Команда вычитания с учетом заема

Эта команда вычитания как раз и учитывает возможный заем от

предыдущего вычитания. Рассмотрим следующий пример.

Пример 2 — Пусть в ячейках памяти M

1001

и M

1000

находится

уменьшаемое, а в DX-вычитаемое. Разность отправить в DX.

Ответ: Составляем программу с демонстрацией использования

процедуры заема на ассемблере:

SUB [1000],DL ; M

1000

:=<M

1000

>-<DL>, заем (если есть) — в CF,

MOV DL,[1000]

; и младшую часть разности отправить в DL.

SBB [1001],DH ; M

1001

:=<M

1001

>-<DН>-заем (если он есть),

MOV DH,[1000] ; и разность в DH.

6.5 Команда логической функции ИЛИ

Основные логические функции булевой алгебры —это И, ИЛИ,

НЕ. В таблице представлены только две из них: И (AND) и ИЛИ (OR).

Дело в том, что операция НЕ оперирует только с одним адресатом,

поэтому ее здесь нет. Ее рассмотрим в конце этой главы. А пока

вернемся к команде ИЛИ (дизъюнкция).

Рассмотрим следующий пример. Пусть в AL=3C (00111100

), в

AH=41 (01000001

). Что получится после выполнения OR AH,AL?

Учитывая, что с многобитовыми событиями логические операции

выполняются по-битно, можем записать:

00111100 (3С)

(ИЛИ) ∨

01000001 (41)

01111101

AH = 7 D.

Эта логическая операция используется достаточно часто.

Например, еобходимо установить бит D5 ячейки памяти M

1000

в единицу,

оставив неизменными остальные биты M

1000

. Это делается очень просто.

Составим байт, у которого бит D

=1: 00100000

=20

. Выполним

команду:

OR BYTE [1000],20

И все.

6.6 Команда логической функции И

Операция И (конъюнкция) выполняется аналогично ИЛИ

(смотрите п.5 таблицы 5).

Рассмотрим пример. Пусть в регистре АХ хранятся следующие

события: AH=42, AL=7C. Что будет в регистре AL после выполнения

команды AND AL,AH?

01111100 (7С)

И) ∧

01000010

(42)

01000000

AL= 4 0

Эта команда тоже достаточно популярна. Например, она позволяет

сбрасывать в «0»один бит в байте (слове), оставляя неизменными

другие биты. Пусть, например, необходимо установить бит D5 ячейки

памяти M

1000

в «0», оставив при этом неизменными остальные биты.

Составляем байт, у которого D5=0: 1101111

=DF. Выполним команду:

AND BYTE [1000],DF.

Бит D5 ячейки памяти M

1000

будет сброшен в «0».

6.7 Команда «Исключающая ИЛИ»

Это команда сложения по модулю 2. При сложении чисел по

модулю N в формировании разрядной суммы игнорируются все

переносы, которые получаются при превышении разрядной суммой

числа N.

Составим таблицу истинности сложения по модулю 2 для 2-х двоичных

переменных A и B:

Таблица 6 —Таблица истинности mod2

А⊕В

Комментарий

Внутриразрядная сумма = 0

Внутриразрядная сумма =

Переполнение

игнорируется

А теперь выпишем ДНФ (дизъюнктивную нормальную форму

записи) этой логической функции: A⊕B=((-A)∧B)∨(A∧(-B)). Что же

является важным из таблицы истинности функции A⊕B?

Произведем анализ зависимости выходной функции A⊕B от

переменной B, если A=1. Он позволяет сделать вывод, что при

A=1 существует зависимость A+B = -В, то есть B инвертируется.

А верхние две строчки таблицы 6 говорят об обратном: если A=0,

то B не инвертируется.

Вот эти свойства и используются, главным образом. Обратимся к

примеру. Пусть необходимо изменить бит D5 ячейки памяти M

1000

на

противоположное состояние. Составляем слово, где бит D5=1 (событие

A), остальные биты равны нулю: 00100000

=20

. После выполнения

команды:

XOR BYTE [1000],20

состояние разряда D5 ячейки памяти M

1000

изменится на

противоположное.

Большой популярностью пользуется такое применение команд

сложения по модулю 2:

XOR AX,AX ; обнулить AX;

XOR SI,SI ; обнулить SI;

Эти команды сбрасывают в «0» регистры AX и SI, что собственно и

должно быть при сложении по модулю 2 любого числа с самим собой.

6.8 Команда сравнения — компарации

Здесь трудно что-либо добавить к тем комментариям, которые есть

в таблице 5. Сравнение производится на основе операции вычитания,

но разность нигде не фиксируется, потому что нужна не она, а ее

признаки: был ли заем? нулевой ли результат? и тому подобное —

которые заносятся во флажковые биты.

Ассемблер команды (пример):

CMP AX,[1CFO].

И в заключение главы — команда инверсии:

а) Ассемблер: NOT dst. Комментарий: dst:=-<dst>.

б) Машинный код операции:

Необходимо отметить, что эта команда флажки «не трогает». Так

реализовано преднамеренно, так как часто бывает необходимо

проинвертировать что-то, при этом состояние флажков — сохранить.

Естественно, что бывает и наоборот, когда нужно проинвертировать и

одновременно в соответствии с проинвертированным результатом

взвести флажки. Для этих целей используют команду XOR dst, FF, если

нужно инвертировать байт, или XOR dst, FFFF, если — слово. Суть

действия этой команды изложена в примерах в п. 7 для команды XOR.

7 Команды ветвления и переходов

7.1 Команды ветвления

Это важнейшая группа команд, позволяющая принимать решение.

Все команды, которые до сих пор рассматривались, выполняли действие.

А вот возможностью принять решение по результатам каких-либо

действий обладают только команды ветвлений. Ветвление —это переход

(скачок) на указанное в команде перехода место, если выполнилось

указанное в команде условие.

К примеру, команда «jump no Z 5CЗF» в переводе на русский язык

означает: прыгнуть по адресу 5CЗF, если нет Z (ассемблер: JNZ 5СЗF).

Она осуществляет прыжок на адрес 5СЗF, то есть следующая команда

будет выбираться по адресу 5СЗF, если флаг Z = 0. В противном случае

происходит выборка следующей команды (JNZ —пустая команда, если Z

= 1).

Таких команд МП 8086 реализует в количестве 16 шт. Но все эти

команды имеют единый формат КОПа и команды в целом.

Формат КОПа:

Из формата команды следует, что типов команд —2

= 8. Каждая

команда имеет свой антипод. То есть, если есть команда JNZ Addr

(перейти, если Z= 0), то и есть ее антипод JZ Addr (перейти, если Z= 1).

Команда условного перехода в ассемблере всегда начинается с

буквы J (jump — скачок). Поэтому в приведенной ниже таблице

7 указываются недостающие буквы, следующие за J для различных

типов команд, и соответствующие им условия переходов.

В скобках указаны допустимые альтернативные обозначения.

То есть можно записать JB, а можно и JNAE.

Таблица 7 — Синтез команд ветвлений по условиям ветвлений

Тип команды Признак D0 = 0 Признак D0 =0

Ассемблер(доп.

Условие перехода

ссемблер (доп. к

Условие

перехода

000 O OF = 1

OF = 0

001 B (C,NAE) CF = 1 NB(NC,AE) CF = 0

010 E(Z) ZF = 1 NE(NZ) ZF = 0

011 BE(NA) CF V ZF = 1 NBE (A) CF V ZF=0

100 S SF = 1 NS SF = 0

101 P (PE) PF = 1 NP (P0) PF = 0

110 L (NGE)

SF ⊕ OF = 1

NL (GE)

SF ⊕ OF = 0

111 LE (NG)

(SF ⊕ OF) V

ZF=1

NLE (G)

(SF ⊕ OF) V

ZF=0

Для системных специалистов определяющим является не

обозначение команды в ассемблере, а условие перехода, которое

определяется состоянием или состояниями тех или иных флажков.

То есть, по какому событию происходит переход. Если нужно перейти по

условию OF = 1, то пишем JO; если переход осуществляется по

условию CF =1, то пишем JC, хотя C (вторая строчка в таблице 7) —

альтернативное обозначение, о котором программисты часто не знают.

Дело в том, что для программистов первоначальным является само

условие перехода: «больше», «меньше» и тому подобное.

Из таблицы 7 следует, что условия переходов диктуют 5 флагов

(смотрите главу 2):

OF — арифметическое переполнение. Флаг OF=1, если

относительно знакового бита в результате выполнения, например,

арифметических команд произошла следующая метаморфоза:

(+)+(+)=(-); (+)-(-)=(-);

(-)+(-)=(+); (-)-(+)=(+);

(здесь в скобках указаны знаки).

CF —переполнение (байта, слова) или заем, если было вычитание.

ZF —признак нулевого результата. ZF = 1 — значит получили в

результате команды АЛУ, INC, или DEC — результат, равный нулю.

SF —знак. Здесь все просто: если команда воздействует на флаги, то флаг

SF запоминает содержимое старшего бита данных:

а) SF:= <D7>, если операнд — 1 байт;

б) SF:= <D15>, если операнд — 1 слово.

PF — событие (признак) наличия в результате четного (PF = 1)

числа единиц; касается только байта (если слово, то —младшего байта).

Приведем пример. Пусть в AX хранится: 1DCO. Выполним команду:

AND AX,1245

Н-код Двоичный код

1DCO 0001 1101 1100 0000 (АХ)

И И

1245

0001 0010 0100 0101 data

Результат=1040 0001 0000 0100 0000 (АХ)

│

(D15)

Каково же будет состояние флагов?

OF = 0; арифметического переполнения не было (хотя для этой

команды это событие бессмысленно, но ЦА выполняет свой алгоритм);

CF = 0; логическая операция —поразрядная операция, и у нее не

может быть переноса (заема);

ZF = 0; результат отличен от нуля: 1040 ≠ 0;

SF = 0; знаковый флажок запоминает: SF= < D15> = 0; хотя это для

данной команды то же не имеет смысла, но ЦА выполняет свой алгоритм;

PF = 0 – в младшем байте одна единица, то есть нет четного

числа единиц (кстати, 0 —это четное число единиц).

Знание правил установки флагов и позволяет эффективно

использовать команды условного перехода.

В таблице 7 указаны и комбинированные условия переходов.

В этом случае лучше использовать для обозначения команды в

ассемблере буквы, не входящие в скобки. Разберем эти условия

подробнее.

1) CF V ZF. Допустим, из числа А вычитается число В, или

сравнивается число А с числом В (наиболее часто используемый прием

применения этого условия). Каковы варианты состояний флагов,

соответствующие этой функции? Для ответа на этот вопрос составим

таблицу истинности функции CF V ZF (таблица 8), исходя из смысла

указанных операций. Исходя из таблицы 8, можно сделать следующие

заключения:

Таблица 8

CF ZF CFVZF Событие

0 0 0 A > B

0 1 1 A = B

1 0 1 A < B

1 1 Не может быть

а) если CFvZF=1, то операнды или равны при ZF =1 (Е —

eguivalent — равно), или при CF =1 (заем) операнд А меньше

операнда В ( В — below —меньше, ниже). Следовательно, команда

перехода означает: JBE — перейти, если меньше или равно (то

есть, не больше);

б) если CFvZF= 0, то все наоборот, и команда перехода:

JNBE — перейти, если больше (то есть нет событий В и Е: NO

B&E).

2) SF⊕OF. Это условие рассчитано на результат операций со

знаковыми числами. Не вдаваясь в подробности анализа, можно

отметить, что если после вычитания SF⊕OF = 1, то вычитаемое со

знаком меньше уменьшаемого со знаком (L — less — меньше).

Соответственно команды переходов:

а) JL — перейти, если меньше (для результата со знаком);

б) JNL – перейти, если не меньше (для результата со

знаком). 3) (SF⊕OF)vZF. Это условие рассчитано также при

операциях над

числами со знаком. Например, если после вычитания: (SF⊕OF)vZF= 1,

то полученный результат со знаком меньше или равен нулю, то есть не

больше (LE —меньше или равно). Соответственно и команда перехода

по этому условию: JLE.

Команда перехода по обратному условию (SF+OF)vZF=0: JNLE.

Из всех команд ветвлений наиболее «заезженные» команды: JZ,

JNZ, JC, JNC, JBE, JNBE.

После того, как мы рассмотрели условия переходов и ассемблер

команд условных переходов, можно перейти к методике формирования

адреса перехода.

1) Адрес перехода — короткий. Его максимальная величина:

±127

адресов. Такой размер продиктован практической

целесообразностью. Действительно, при составлении программ условные

переходы используются, как правило, в пределах «видимости», то есть в

очень маленьких пределах по сравнению с общим размером программ.

2) Поскольку переход бывает необходимым как вперед, так и назад,

то он, как и смещение disp (смотрите главу 3), задается в машинном коде

команды – в дополнительном коде со знаком как смещение относительно

текущего адреса, находящегося в IР.

3) Для удобства написания программы в ассемблере (для чего

собственно и придуман ассемблер) в адресной части команды условного

перехода ставится не смещение, а непосредственный адрес перехода в

текущем сегменте программы, а смещение вычисляется транслятором.

Теперь все это проследим на отдельных примерах синтеза команд в

ассемблере и машинных кодах.

Пример 1 — По адресу 0100 расположить команду условного

перехода с условием: если результат 0 (Z = 1), то перейти на 010F.

Ответ:

а) в ассемблере (все просто):

JZ 010F

б) в машинном коде:

сначала составляем КОП :

1) тип команды JZ = 010 (третья строчка таблицы 7);

2) признак = 0 (таблица 7).

Теперь составляем второй байт команды — смещение (disp).

Учитывая, что размер формата команды JZ Addr — 2 байта, текущее

значение адреса команды будет следующим: IP = 0100 + 2 = 0102.

Вычитаем из конечного текущий адрес:

disp = 010F — 0102 = 000D = 13

< 127

Окончательно:

Address Command Assembler

0100 74 JZ 010F

0101 OD

Пример 2 —По адресу 0100 расположить команду условного

перехода с условием: если больше (без знака), то перейти на адрес 0092:

Ответ:

а) в ассемблере:

JNBE 0092

б) в машинном коде:

1) КОП:

2) Смещение:

Смещение (disp) вычисляем относительно текущего значения

адреса (содержимого IP после выборки команды), учитывая что команда

JNBE (JA) — двухбайтовая. Текущее значение адреса: IP= 0100 + 2 =

0102. Ищем разность между конечным и текущим адресом: (0092 —

0102) = -0070. Берем только младший байт -70 и преобразуем это

отрицательное число из прямого кода в дополнительный (D7 —знак):

Прямой Обратный Дополнительный

S S S (S —знаковый бит)

1.1110000

1.0001111

1.0010000

= 90

Окончательно:

Address Command Assembler

0100 77 JNBE 0092

0101 90

Пример 3 – тоже самое, что и в примере 1, только перейти на

адрес 182.

Ответ:

Вычислим смещение: 182 —102 = 80

= 128

> 127

неосуществимо! Перебор на 1 адрес, так как максимальное смещение в

этом случае может быть только 127

= 7F

7.2 Команды перехода

Кроме команд типа JUMP с условным переходом (ветвления) есть

и команды с безусловным переходом, которые позволяют «прыгать» не

только в пределах ±7F, но и даже между сегментами. Рассмотрим их.

JMP — команда с безусловным переходом (пять типов)

1) Короткая, с относительной адресацией (смещением), 2-х

байтовая; максимальная величина disp = ±7F.

а) ассемблер: JMP SHORT Addr;

б) КОП = ЕВ.

Пример 4 — Команда расположена на 0100 адресе. Прыгнуть на

адрес 0105.

Определяем текущее значение IP: IP = 0100 + 2 = 0102.

Смещение: 0105 —0102 = 0003 = 03 (1 байт).