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8086指令基础 - 寄存器

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最近在学习 16位汇编编程，所以顺便将每日所学记录下来，一方面为了巩固学习的知识，另一方面也为同样在学习汇编开发的童鞋们提供一份参考。

运行环境：

  • 操作系统： Windows 10家庭版
  • 编译器：Windows XP Debug

8086寄存器

计算机的指令系统是指该计算机能够执行的全部指令的集合，每种计算机都有它支持的指令集合。16位8086指令系统是Intel 80x86系列微处理器指令系统的基础

debug使用

  • 何为Denug？
    Dubug是Window和Dos下都提供的实模式调试工具。
  • Debug的使用。
    cmd下Debug就可以进入调试，注意64位系统下已经没有Debug了，Xp下才有，并且Xp下面的Debug也是虚拟出来的。
  • Debug命令
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? 显示 Debug 命令列表。 
a 汇编 8086/8087/8088 记忆码。 
d 显示部分内存的内容。 
c 比较内存的两个部分。 
e 从指定地址开始，将数据输入到内存。 
f 使用指定值填充一段内存。 
g 运行在内存中的可执行文件。 
h 执行十六进制运算。 
i 显示来自特定端口的 1 字节值。 
l 将文件或磁盘扇区内容加载到内存。 
m 复制内存块中的内容 
/n 为 l 或 w 命令指定文件，或者指定正在测试的文件的参数。 
o 向输出端口发送 1 个字节的值。 
p 执行循环、重复的字符串指令、软件中断或子例程。 
q 停止 Debug 会话。 
r 显示或改变一个或多个寄存器。 
s 在部分内存中搜索一个或多个字节值的模式。 
t 执行一条指令，然后显示所有寄存器的内容、所有标志的状态和 Debug 下一步要执行的指令的解码形式。 
u 反汇编字节并显示相应的原语句。 
w 将被测试文件写入磁盘。 
xa 分配扩展内存。 
xd 释放扩展内存。 
xm 映射扩展内存页。 
xs 显示扩展内存的状态。

寄存器组

通用寄存器

通用寄存器

  • 8086的16位通用寄存器是：
    • AX BX CX DX
    • SI DI BP SP
  • 其中前四个数据寄存器还可以分为高八位和低八位
    • AH BH CH DH
    • AL BL CL DL
  • 对其八位的操作，并不影响对象八位的数据

数据寄存器用来存放计算的结果和操作数，也可以存放地址

每个寄存器又用它们各自的专用目的

  • AX - 累加器，使用频度最高，用于算数、逻辑运算以及外设传递信息等
  • BX - 基址寄存器，常用作存放寄存器地址
  • CX - 计数器，作为循环和串操作等指令中隐含计数器
  • DX - 数据寄存器，长用来存放双字长数据的高16位，或存放外设端口地址

变址寄存器

变址寄存器常用于存储器寻址时提供地址

  • SI是源变址寄存器
  • DI是目的变址寄存器

串操作类指令中，SI和DI具有特别的功能

指针寄存器

  • 指针寄存器用于寻址内存堆栈内的数据
  • SP为堆栈指针寄存器，指示栈顶的偏移地址
  • SP不能用于其他目的，具有专用性
  • BP为基址指针寄存器，表示数据在堆栈段中的基地址
  • SP和BP寄存器与SS段寄存器联合使用以确定堆栈段中的存储单元地址

指令指针寄存器

  • 指令指针寄存器IP，指示代码段中指令的偏移地址
  • 它与代码段寄存器CS联用，确定下一条指令的物理地址
  • 计算机通过CS:IP寄存器来控制指令序列的执行流程
  • IP寄存器是专用寄存器

标志寄存器

  • 标志寄存器用于反映指令执行结果或控制指令执行形式
  • 8086处理器的各种标志形成了一个16位的标志寄存器flags

  • 状态标志
    作用:用来记录程序运行结果的状态信息，许多指令的执行都将相应地设置它。
    CF ZF SF PF OF AF
  • 控制标志
    作用:可由程序根据需要用指令设置，用于控制处理器执行指令的方式
    DF IF TF

标志寄存器各位实验

  • 首先先来介绍以下debug中各标志位的意义
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OF(ov/nv)：Over  溢出 标志位           溢出               OV（overflow溢出）                NV（no overflow未溢出）

DF(dn/up)：Direction    方向 标志位          方向                     DN（Down减少）                    UP（UP增加）

IF(ei/di)：Enable  允许中断 标志位            中断                    EI（enable interrupt许可）     DI（disable interrupt 禁止）

SF(ng/pl)：Symbol 符号 标志位                 符号位                 NG（negative）负                     PL（plus 正）


ZF(zr/nz)：Zero  零   标志位                      零位                    ZF（zero等于零）                      NZ（no  zero不等于零）

AF(ac/na)：Auxiliary  辅助进位 标志位       辅助进位            AC（assistant carry进位）          NA（no assistant carry 无进位）

PF(pe/po)：Parity  奇偶 标志位                奇偶标志              PE（parity even偶）                 PO（parity odd奇）

CF(cy/nc)：Carry  进位 标志位                进位                    CY（carry Yes进位）                  NC（No carry无进位）

TF ( Trap Flag ) 追踪标志:             当追踪标志TF被置为1时，CPU进入单步执行方式，即每执行一条指令，产生一个单步中断请求。这种方式主要用于程序的调试。指令系统中没有专门的指令来改变标志位TF的值，但程序员可用其它办法来改变其值。

  • 进位标志CF(Carry Flag)
    • 作用:当运算结果的最高有效位有进位（加法）或借位（减法）时，进位标志置1，即CF = 1；否则CF = 0。
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-u 100
0B26:0100 B444          MOV     AH,44
0B26:0102 B7FF          MOV     BH,FF
0B26:0104 01D8          ADD     AX,BX
0B26:0106 C3            RET

可以看到Debug中最后一位由NC变为了CY，表示了计算结果进位;

  • 零标志ZF（Zero Flag）
    • 作用:若运算结果为0，则ZF = 1；否则ZF = 0

可以看到Debug中的ZF标志位由NC变为ZR，表示指令计算结果为0.

  • 符号标志SF（Sign Flag)
    • 作用:运算结果二进制最高位为1，则SF = 1；否则SF = 0.
      Debug中进行实验，计算4000+4000的结果

  • 奇偶标志PF（Parity Flag）
    • 作用:当运算结果最低字节中“1”的个数为零或偶数时，PF = 1；否则PF = 0

Debug中进行实验，计算3A+7A的值。

由于3AH+7AH=B4H=10110100B，二进制中总共有4个1，所以为偶数个1，奇偶标志位PF由PO变为PE

  • 溢出标志OF（Overflow Flag）

    • 作用:若算术运算的结果有溢出，则OF＝1；否则 OF＝0

    由于计算结果最高位为1，计算结果为负数明显是错误的结果，产生溢出，OF标志位由NV变为OV

  • 辅助进位标志AF（Auxiliary Carry Flag）
    • 作用:运算时D3位（低半字节）有进位或借位时，AF = 1；否则AF = 0。

由于低半字节存在进位，所以AF标志位由NA变为了AC

  • 方向标志DF（Direction Flag)
    • 作用:用于串操作指令中，控制地址的变化方向
      设置DF＝0，存储器地址自动增加；
      设置DF＝1，存储器地址自动减少。

输入指令CLD（复位指令），输入STD(置位指令)

可以观察出CLD将DF标志位置为UP，而STD将DF标志位置为DN。

  • 中断允许标志IF（Interrupt-enable Flag）
    • 作用:用于控制外部可屏蔽中断是否可以被处理器响应：
      设置IF＝1，则允许中断；
      设置IF＝0，则禁止中断。

Debug中进行实验，输入指令CLI（中断复位指令），输入STI（中断置位指令）

可以观察出CLI将IF标志位置为DI，而STI将ID标志位置为EI。

  • 陷阱标志TF（Trap Flag）
    • 作用:用于控制处理器进入单步操作方式：
      设置TF＝0，处理器正常工作；
      设置TF＝1，处理器单步执行指令。
  • 进位和溢出的区别

溢出标志OF和进位标志CF是两个意义不同的标志

  • 进位标志表示无符号数运算结果是否超出范围，运算结果仍然正确；
  • 溢出标志表示有符号数运算结果是否超出范围，运算结果已经不正确。

段寄存器

  • 8086CPU有20条地址线
    • 最大可寻址空间位x^2^ = 1MB
    • 物理地址范围从00000H~FFFFFH
  • 8086CPU将1MB空间分成许多逻辑段(Segment)
    • 每个段最大限制为64KB
    • 段地址的低四位为0000B
  • 一个逻辑存储单位将具有一个唯一的物理地址外，还具有多个逻辑地址

物理地址与逻辑地址

  • 对应每个物理存储单元都有一个唯一的20位编号，就是物理地址，从00000H~FFFFFH。
  • 分段后在用户编程时，采用逻辑地址，形式为：
    • 段基地址：段内偏移地址

cs:ip ==> 20位物理地址

cs<<4 + ip //cs左移四位+偏移

段寄存器和逻辑段

  • 8086有4个16位段寄存器
    • CS(代码段)指明代码段的起始位置
    • SS（堆栈段）指明堆栈段的起始地址
    • DS（数据段）指明数据段的起始地址
    • ES（附加段）指明附加段的起始地址
  • 每个段寄存器用来确定一个逻辑段的起始地址，每种逻辑段均有各自的用途

段超越前缀

  • 没用段超越前缀的指令实例：

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    mov ax,[2000];			ax-ds:[2000]
    ;从默认的DS数据段取出数据

  • 采用段超越前缀的指令实例：

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    mov ax,ES:[2000];		dx-es:[2000]
    ;从指定的ES附加段取出数据

存储器分段

  • 8086对逻辑段要求：

    • 段地址低4位均为0
    • 每段最大不超过64KB

  • 8086对逻辑段并不要求：

    • 必须是64kB
    • 各段之间必须完全分开