汇编语言学习笔记（3）——指令系统

 

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1、指令概述

 

• 指令：通知 CPU执行某种操作的“命令” ， CPU全部指令的集合，称为指令系统
• 指令的书写格式
  • 目标指令（机器指令）格式为：二进制形式的序列（即：一串0，1代码）。注意：硬件只能识别，存储，运行目标指令
  • 符号指令：用规定的操作码和操作数助记符, 按照规定的书写格式书写的指令，格式为：字 符串形式的序列
• 指令的组成：大多数指令由操作码和操作数两个部分组成
  • 操作码：通知CPU执行什么操作(唯一）
  • 操作数：指令的操作对象（一个或多个）

• 目标程序的生成
  • CPU只能识别，存储，运行目标指令，而用机器指令编程非常困难。于是早期的专家们发明了符号指令，再经过软件把符号指令→机器指令。 图示如下：

 

 

 

• 指令长度：指令在存储器中占用的字节数称为指令长度。 86x86指令长度（机器指令长度）为1～16字节。
• 指令地址：单字节指令占用1个内存单元，多字节指令占用连续的内存单元，存放指令第一字节的内存单元地址，称为“指令地址” 。
• 指令存放：指令存放在内存中时，先存放操作码，再存放操 作数。多字节操作数连续存放。顺序依据小端法原则，即: 低位字节存放在低地址单元，高位字 节存放在相邻的高地址单元

 

• 符号指令的书写格式

• • 操作码：CPU执行的操作
  • 操作数：指令执行时的操作对象（一个或多个）
  • 标号：以字母开头,后跟字母,数字,下划线,长度 ≤31字符，标号又称符号地址,代表该指令的逻辑地 址。可有可无，设置是为了程序的转向
  • 注解：以“ ；”开头，不执行，打印程序清单时照 原样打印，“系统保留字”不能做标号。

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2、寻址方式

•  寻址方式：操作数是指令的操作对象，寻址方式就是在指令中，使用特定的助忆符（地址表达式）， 告知 CPU 如何计算出操作数的地址，从而可以正确去除操作数进行后继指令操作与地址码有 密切关系。形成操作数地址码的过程就是寻址。
• 操作数所在的四种不同的物理位置

 

• 操作数的分类
  • 操作数包含在指令中，这种操作数称为立即数 。
  • 操作数存放在CPU的某个寄存器中,这种操作数称为寄存器操作数。
  • 操作数存放在存储器中,这种操作数称为存储器操作数 (内存操作数) 。
  • 操作数存放在I/O端口中，这种操作数称为 I/O端口操作数。
• 立即寻址：操作数包含在本条指令中,是指令 的一部分,完整地取出该条指令，也就获得了操作数。

 

• • 下例源操作数即为立即寻址

MOV EAX,12345678H
MOV BL,10101010B ;AAH → BL
MOV CL, – 4 ;FCH →CL
MOV DL,’A’ ;41H →DL
ADD AL,0C8H
MOV SI,3*5 ;15 →SI

 

• • 立即数书写规定：
    • 立即数以数字开头，以Ａ～Ｆ开头的16进制数，必须前缀0。
    • 立即数的数制用后缀表示,B表示二进制数,H表示十六 进制数, D或缺省为十进制数，单引号括起来的字符编 译成相应的ASCII码 。
    • 可以用+ – * / 组成立即数表达式
• 寄存器寻址：操作数在CPU的某个寄存器中， 符号指令中直接写出寄存器名称。

• • 下述６条指令，目标操作数即为寄存器寻址

MOV EAX,12345678H
MOV BL,10101010B ;AAH → BL
MOV CL, – 4 ;FCH →CL
MOV DL,’5’ ;35H →DL
ADD AL,0C8H
MOV SI,3*5 ;15 →SI

• • 下述指令，目标操作数和源操作数均为寄存器寻址

MOV AX , DS ;DS内容 → AX

• • 下述单操作数指令，操作数均为寄存器寻址

INC SI ;SI+1 → SI (Increase 增量)
DEC DI ;DI – 1 → DI (Decrease 减量)

 

 

 

•  存储器操作数寻址方式
  • 在读写内存操作数之前，CPU必须知道相关存 储单元的物理地址。
  • 由于CPU对存储器采用分段管理, 因此指令格式 中只能写出存放操作数的内存单元的“逻辑地 址” 。
  • 程序员的责任仅在于正确的书写逻辑地址表达 式，然后由CPU自动运算以求出物理地址。
  • 存储单元逻辑地址表达式的一般形式

　　

 

• • 实模式下，物理地址=段寄存器×24 +偏移地址
  • 直接寻址
    • 地址表达式的格式1：段寄存器：[偏移地址]
      
      • 如：MOV AL, ES:[2CH]
      • 注：这种格式很少使用，通常情况下，程序员 并不知道某单元的偏移地址。
    • 地址表达式的格式2： 段寄存器：变量名。用变量名代表存储单元的有效地址

 

• • • 汇编语言允许为某单元起一个“名字” ,这个 名字就称为该单元的“变量名”，经汇编之后， 变量名有段基址和偏移量两种属性。
    • 由于变量名是唯一的，程序中不能有重复的变 量名， “段寄存器：”可以省略。
  • 寄存器间接寻址（寄存器间接寻址又称间接寻址，间址）：操作数在内存单元，该单元的段基址在段寄存器中 有效地址在间址寄存器中，CPU首先进行地址计算
    
    • 间接寻址的地址表达式：段寄存器：[间址寄存器]
      • 某单元的物理地址=段寄存器内容×16+间址寄存器
    • 访问约定的逻辑段，间接寻址的地址表达式 简化为： [间址寄存器]
      
      • 某单元的物理地址=约定的段寄存器内容×16+ 间址寄存器
    • 间址寄存器和约定访问的逻辑段

 

• • • 注意：BX间址，约定访问的是数据段，因此， “DS:”可省；BP间址约定访问的是堆栈段，因此 “DS:”不可省
  • 基址寻址
    • 在基址寻址中，有效地址由两部分组成。 一部分在基址寄存器中，另一部分为常量 。
    • 基址寻址的地址表达式：段寄存器:[基址寄存器+位移量]
      • 物理地址=段寄存器内容×16+基址寄存器+位移量
    • 访问约定的逻辑段，简化的地址表达式： [基址寄存器+位移量]
      • 物理地址=约定的段寄存器内容×16+基址寄存器 +位移量
    • 基址寄存器和约定访问的逻辑段

 

• • 变址寻址
    • 有比例因子的变址寻址其地址表达式为段寄存器：[比例因子*变址寄存器+位移量]
      
      • 物理地址=段寄存器×16+比例因子×变址寄存器 +位移量
    • 没有比例因子的变址寻址其地址表达式为：段寄存器：[变址寄存器+位移量]
      • 访问约定的逻辑段可简化为 ： [变址寄存器+位移量]
      • 物理地址=约定的段寄存器×16+变址寄存器+位移量
    • 物理地址=约定的段寄存器×16+变址寄存器+位移量

 

 

• • 基址加变址寻址
    • 存储单元的有效地址由3部分组成
    • 有比例因子的基址加变址的地址表达式为： 段寄存器：[基址寄存器+比例因子*变址寄存器+位移量]
      • 访问约定逻辑段其地址表达式简化为： [基址寄存器+比例因子*变址寄存器+位移量]
    • 无比例因子基址加变址的地址表达式为： 段寄存器：[基址寄存器+变址寄存器+位移量]
      • 访问约定逻辑段：[基址寄存器+变址寄存器+位移量]
    • 基址寄存器和变址寄存器都是16位或都是32位， 否则（16位寻址和32位寻址混合使用）是非法 指令
    • 默认的段寄存器不一致，这样的组合虽然是合 法，但容易出错

 

• 要点总结：
  • 指令中的操作数有4种：立即数、寄存器 操作数、内存操作数和I/O端口操作数。
  • 访问立即数使用立即寻址方式。
  • 访问寄存器操作数使用寄存器寻址方式。
  • 访问内存操作数有5种寻址方式: 直接寻址、间址、基址、变址、基址加变址。
  • 访问I/O端口操作数使用I/O端口寻址方式。
  • 关于16位寻址和32位寻址
    • 16位寻址：采用16位间址、基址、变址、基址加变址
    • 32位寻址：采用32位间址、基址、变址、基址加变址
  • 在实模式下，一个逻辑段的体积最大为64K， 存储 单元的有效地址为16位，不可能超过 FFFFH,因此，在实模式下运行的程序通常采 用16位寻址
  • 关于段约定和段超越在用间址、基址、变址、基址加变址寻址内存操作数时，其地址表达式都有2种书写格式——有段前缀和无段前缀
    • 如用BP、EBP、ESP参与寻址，CPU自动认为是访问堆栈段, 因此段超越前缀“SS：” 可省
    • 如用BP、EBP、ESP参与寻址非堆栈段，必须明确写出段超越前缀
    • 如用BX、SI、DI、EAX～EDX、ESI、EDI参与寻址, CPU自动认为是访问数据段，因此“ DS：”可省
    • 如用BX、SI、DI、EAX、EDX、ESI、EDI参与寻址非数据段，必须明确写出段超越前缀
  • 使用段约定访问内存操作数是最常用的编程风格

 

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3、标志寄存器

• 80486标志寄存器为32位,实际使用15位
• 15位标志分为两类:状态标志和控制标志
  • 状态标志记录了当前指令执行后的状态信息
  • 控制标志用来控制微处理器操作
• 状态标志
  • C标志—进位/借位标志
    
    • 字节加/减,最高位(D7)产生进位/借位时: C标志置1,否则置0
    • 字加/减,最高位(D15)产生进位/借位时: C标志置1,否则置0
    • 双字加/减,最高位(D31)产生进位/借位时: C标志置1,否则置0
  • A标志—辅助进位/辅助借位标志
    
    • 字节、字、双字加/减,D3位产生进位/借位时: A标志置1,否则置0
  • S标志—符号标志
    
    • 字节运算后,结果的最高位D7位为1, S标志置1,否则置0
    • 字运算后,结果的最高位D15位为1, S标志置1,否则置0
    • 双字运算后,结果的最高位D31位为1, S标志置1,否则置0
  • Z标志—结果标志
    
    • 运算结果为全0时,Z标志置1,否则置0
  • P标志—奇偶标志(实际上是偶标志)
    
    • 运算结果中,最低的1个字节中“1”的个数为偶数个(没有“1”也是偶数),P标 志置1,否则置0
  • O标志—溢出标志
    
    • 运算结果产生溢出,则O标志置1,否则置0

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 4、语句类型和格式

• 语句类型
  
  • 汇编语言源程序包括的语句类型为：指令性语句和指示性语句
  • 指令性语句即为通常所说的符号指令。
    • 符号指令:经汇编后,其机器指令通知CPU进行什么操作。
  • 指示性语句包括伪指令和宏指令。
    • 伪指令:是非机器指令，是在汇编链接期间 进行操作的。为汇编程序,链接程序提供汇编链接信息
  • 符号指令和伪指令区别

• • 指令性语句（符号指令）的格式为：

 

• • 指示性语句（伪指令）的格式为：

• • • 说明：标号名、变量名命名规则:以除数字以外的字母或符号 开头,后跟字母、数字…长度≤31个字符
  • 常用的伪指令：
    
    • 数据定义：DB、DW、DD、DF、DQ、DT
      
      • DB：字节字义伪指令
      • DW：字定义伪指令
      • DD：双字定义伪指令
      • DF：三字定义伪指令
      • DQ：四字定义伪指令
      • DT：五字定义伪指令
    • 符号定义：EQU、=
      • 用EQU定义的符号常数,其值在后继语句中不能 更改;用“=”定义的符号常数,其值在后继语句中 可以重新定义
  • 常用运算符：$、SEG、OFFSET、PTR、算术运算、逻辑运算、 关系运算
    • $运算符
      • 汇编程序对源程序是逐行汇编的,$运算符可以返回汇编计数器的当前值。
      • 应用：$运算符紧跟在 DB、DW、DD伪指令之后,统 计字符串的长度。
    • SEG运算符
      • 格式: SEG 段名或变量名或标号名
      • 功能: 计算某一逻辑段的段基址
    • OFFSET运算符
      • 格式：OFFSET 变量名或标号名
      • 功能：算出某个变量或标号名所在单元的 相对于段首的偏移地址（有效地址）。
    • PTR运算符
      • 格式: 类型说明符 PTR 地址表达式
      • 功能: 在本条指令中临时修改地址表达式的属性
      • 应用：在下列指令中必须用PTR临时修改或者显示说明 内存操作数的属性
        • 在双操作数指令中(如:MOV，ADD，SUB,CMP……）
          • 源操作数为立即数，目标为直接寻址的内存操作数， 当二者类型属性不一致时，后者必须用PTR临时修改其 属性，使源目两个操作数类型属性一致。
          • 源为单字节/双字节立即数，目标操作数为间址、 变址、基址或基址加变址寻址的内存操作数,无论两者 类型属性是否已经一致，后者都必须用PTR显示说明其 属性，使其与源操作数属性一致。
          • 源操作数，目标操作数中有一方为直接寻址的内存 器操作数，但二者类型属性不一致，必须用PTR临时修 改其中存储器操作数的属性 。
        • 在单操作数指令中（如:INC，DEC……）
          • 操作数为间址、变址、基址或基址加变址寻址的存储器操作数，必须用PTR说明是字节操作，字操作，还是 双字操作（具体要根据使用该条指令操作的意图）；
          • 操作数是直接寻址方式的存储器操作数，是否使用 PTR要看：指令对操作数的类型属性要求是否与操作数的 类型属性一致（例: PUSH 指令）或依据该条指令的操作 意图（按照字节方式？字方式？等）。
    • 方括号运算符
      
      • 用方括号括起来的地址表达式是访问内存操 作数常用的寻址方式，方括号的另一用途是 标注数组元素的下标，下标从0开始。
    • 算术运算符、逻辑运算符、关系运算符
      
      • 算术运算符: +, -, *, /
      • 逻辑运算符: AND(与), OR(或), XOR(异或),NOT(非), SHL(左移位)，SHR(右移位)
      • 关系运算符: EQ(等于), NE(不等于), GT(大于),LT(小 于), GE(大于或等于)，LE(小于等于)
        • 注：指令汇编后，如果为真，则结果为FFFFH, 如果为假，则结果为0

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