Умения процессоров i8086 и i8088

Процессор Intel 8086 может производить разнообразные операций над шестнадцатибитными числами в разных представлениях, производить операций над строками. Здесь представлено как это делать и что умеют эти процессоры.

Содержание:

  1. Основная информация
  2. Как вычислять на процессоре
    1. Регистры общего назначения
    2. Сегментные регистры
    3. Регистр состояния
    4. MOD, REG и R/M ── адресация операндов
    5. Доступные форматы записи чисел
    6. Стак
    7. Прерывания и таблица векторов прерываний
  3. Вычисляем на процессоре
  4. Оптимизация
  5. Окончание

Основная информация

Центральные процессоры из семейства Intel 8086 созданы в общих целях, могут работать напрямую с памятью до целого мегабайта. Работают с шестнадцатиразрядными машинными словами. Различие между 8086 и 8088 заключается лишь в работе шины памяти: 8086 считывает шестнадцатиразрядные данные на чётных адресах за 1 раз, и поэтому может работать лишь с 16-битными чипами памяти; 8088 всегда считывает данные по одному байту и может работать с распространёнными 8-битными чипами. Данные в памяти представляются из младшего байта на базовом адресе и старшего байта на следующем адресе. Такой способ хранения данных называется little endian. Оба процессора можно использовать с чипами поддержки предыдущих поколений.

Как вычислять на процессоре

Процессор может брать один операнд из памяти, а другой операнд брать внутри себя. Внутри процессора операнды хранятся в регистрах. Восемь из них предназначены для хранения операндов и называются Регистрами общего назначения, а другие шесть нужны при выполнений программы. Из этих шести операндов, четыре хранят смещения сегментов и называются Сегментными регистрами, один держит курс выполнения программы и называется Указателем инструкций (IP), ещё один запоминает признак результата команды и по нему делают решения, называется Регистр состояния.

Регистры общего назначения

Регистры общего назначения есть следующие: К первым четырём регистрам можно обращаться тремя способами, которые следует указывать всегда, как суффикс: X ── ко всему регистру, H ── к его верхней части, и L ── к его нижней части. Например: AX ── весь регистр A, CL ── нижняя часть регистра C, наконец DH ── верхняя часть регистра D.

Сегментные регистры

Одним из нововедений процессора 8086 является сегментная модель памяти, созданная с целью расширить объём адресуемой памяти. Они хранят смещение соответствующего сегмента, который может быть задан с шагом в 16 байт (1 параграф).
Сегментные регистры есть следующие: Благодаря сегментной модели памяти программы можно сделать более независимыми от их расположения в памяти, что может быть использовано при созданий многозадачных операционных систем.

Сегментные регистры работают следующим образом: 

(Пример)			Содержимое сегментного регистра вставляется
				на четыре бита левее
DS	 │0111 0100 0000 0000|<───	── Содержимое сегментного регистра
OFFSET	┼     │0001 1000 0110 0100│	── Высчитаное смещение операнда
ADDRES	═│0111 0101 1000 0110 0100│	── Физический адрес, то есть адрес
					ячейки памяти, значение которого будет
					запрошено

Регистр состояния

Регистр состояния используется для отражения результата какой-либо операций, а также определения поведения некоторых команд и процессора. Всего есть девять признаков. 
╔═══╦════════════════╤═══════════════════════════╗
║ИМЯ║	 НАЗВАНИЕ    │		ЗНАЧЕНИЕ	 ║
╠═══╩════════════════╧═══════════════════════════╣
║		    Результат			 ║
╟───╥────────────────┬───────────────────────────╢
║CF ║Carry	     │Перенос			 ║
║PF ║Parity	     │Чётность			 ║
║AF ║Auxiliary carry │Десятичный перенос	 ║
║ZF ║Zero	     │Ноль/нуль			 ║
║SF ║Sign	     │Знак			 ║
║OF ║Overflow	     │Переполнение		 ║
╟───╨────────────────┴───────────────────────────╢
║		Работа и управление		 ║
╟───╥────────────────┬───────────────────────────╢
║IF ║Interrupt enable│Обработка прерываний	 ║
║DF ║Direction	     │Направление обработки строк║
║TF ║Trap	     │Пошаговое выполнение	 ║
╚═══╩════════════════╧═══════════════════════════╝
Эти флаги имеют следующие значения:
CF
Флаг переноса хранит значение переноса при сложений или вычитаний длинных чисел (длинее чем слово). Также он может хранить значение крайнего бита при смещениях на 1.
PF
Флаг чётности установлен, когда количество установленных (не сброшенных, равных 1) битов в результате чётное. Если их количество не чётное, то флаг сброшен.
AF
Дополнительный флаг переноса хранит значение пятого бита при сложений, или четввёртого бита при вычитаний. Используется командами корректировки под двоично кодированный десятичный формат.
ZF
Этот флаг устанавливается когда результат равен нулю.
SF
Этот флаг устанавливается в соответствие со старшим битом результата.
OF
Если он будет установлен, то произошло арифметическое переполнение: результат оказался слишком большим чтобы записать его на место.
На основе их состояний можно выполнять условные переходы. Последние три определяют работу процессора и режим работы со строками.
IF
Установка этого флага сообщает процессору обрабатывать внешние блокируемые прерывания.
DF
Этот флаг определяет направление обработки строк. Когда он сброшен, строки обрабатываются с нижних адресов до верхних; а когда он установлен ── с верхних до нижних.
TF
Этот флаг заставляет процессор генерировать прерывание №1 после выполнения каждой операций. Этот флаг предназначен для отладок.

MOD, REG и R/M ── адресация операндов

Часто в командах операнды указываются в этой структуре: 
│    Байт 1	│    Байт 2	│    Байт 3	│
│0│1│2│3│4│5│6│7│0│1│2│3│4│5│6│7│0│1│2│3│4│5│6│7│
│MOD│ REG │ R/M │   DISP-LOW	│   DISP-HIGH	│

MOD ── Режим R/M

Поле MOD определяет режим поля R/M как содержащий адрес к регистру или к памяти, и в последнем случае также определяет размер поля постоянного смещения (DISP). 
╔═══╦══════════════════════════════╗
║MOD║	       R/M и DISP	   ║
╠═══╬══════════════════════════════╣
║00 ║DISP ═ 0			   ║
║01 ║DISP размером в 8 бит	   ║
║10 ║DISP размером в 16 бит	   ║
║11 ║R/M адресует регистр (см. REG)║
╚═══╩══════════════════════════════╝

REG ── Регистр

В этом поле записывается номер регистра, с содержимым которого надо будет работать. Так как не во всех операциях нужны два операнда, он может содержать продолжение кода операций. 
╔═══╦═════╤═════╗
║REG║W ═ 0│W ═ 1║
╠═══╬═════╪═════╣
║000║  AL │  AX ║
║001║  CL │  CX ║
║010║  DL │  DX ║
║011║  BL │  BX ║
║100║  AH │  SP ║
║101║  CH │  BP ║
║110║  DH │  SI ║
║111║  BH │  DI ║
╚═══╩═════╧═════╝
Бит W определяет разрядность операндов, поэтому влияет на адресацию регистров.

R/M ── Регистр или память

В этом поле задают метод, по которому должно быть высчитано смещение в памяти для одного из операндов. 
            Формула адреса операнда в поле R/M
╔═══╦═══════╤══════════════╤═══════════════╤═══════════╗
║R/M║ MOD═00│	 MOD═01    │	 MOD═10    │   MOD═11  ║
╠═══╬═══════╪══════════════╪═══════════════╪═══════════╣
║   ║	    │		   │		   │W ═ 0│W ═ 1║
║000║[BX+SI]│[BX+SI]+DISP 8│[BX+SI]+DISP 16│  AL │  AX ║
║001║[BX+DI]│[BX+DI]+DISP 8│[BX+DI]+DISP 16│  CL │  CX ║
║010║[BP+SI]│[BP+SI]+DISP 8│[BP+SI]+DISP 16│  DL │  DX ║
║011║[BP+DI]│[BP+DI]+DISP 8│[BP+DI]+DISP 16│  BL │  BX ║
║100║[SI]   │[SI]   +DISP 8│[SI]   +DISP 16│  AH │  SP ║
║101║[DI]   │[DI]   +DISP 8│[DI]   +DISP 16│  CH │  BP ║
║110║DISP 16│[BP]   +DISP 8│[BP]   +DISP 16│  DH │  SI ║
║111║[BX]   │[BX]   +DISP 8│[BX]   +DISP 16│  BH │  DI ║
╚═══╩═══════╧══════════════╧═══════════════╧═══════════╝
Регистр BP можно использовать для работы с данными в сегменте стака.

Вычисление адреса будет стоить некоторое количество тактов, что будет упомянуто как EA. Эти счёты будут стоить столько: 

╔═══════════════════════╤═════════╗
║        ФОРМУЛА        │СТОИМОСТЬ║
╠═══════════════════════╪═════════╣
║DISP			│    6	  ║
╟───────────────────────┼─────────╢
║BX, BP, SI, DI 	│    5	  ║
╟───────────────────────┼─────────╢
║BX+, BP+, SI+, DI+DISP │    9	  ║
╟───────────────────────┼─────────╢
║BP+DI, BX+SI		│    7	  ║
║BP+SI, BX+DI		│    8	  ║
╟───────────────────────┼─────────╢
║BP+DI+DISP, BX+SI+DISP │   11	  ║
║BP+SI+DISP, BX+DI+DISP │   12	  ║
╚═══════════════════════╧═════════╝
Переопределение используемого сегмента будет также стоить 2 такта.

Доступные форматы записи чисел

Операнды для обработки могут быть записаны разными способами: без знака, со знаком, и двоично кодированые десятичные числа (BCD, ДКД). Последние разделяют на запакованные, по две цифры на байт, и не запакованые, по одной цифре за байт (такие числа можно легко перевести в текстовый ASCII формат). 
	Интерпретация чисел в разных форматах
╔════════╦═══════════╤════════╤═══════════╤════════╗
║  БАЙТ  ║БЕЗЗНАКОВОЕ│ЗНАКОВОЕ│НЕ ЗАП. ДКД│ЗАП. ДКД║
╠════════╬═══════════╪════════╪═══════════╪════════╣
║01101001║	  105│	   105│    Неверно│ Неверно║
║11010101║	  213│	   -43│    Неверно│ Неверно║
║00000111║	    7│	     7│    	 7│	 07║
║10010110║	  150│	  ─106│    Неверно│	 96║
╚════════╩═══════════╧════════╧═══════════╧════════╝
Двоично кодированые десятичные числа записывается в четырёхбитном поле, где верны значения от 0000B (0) до 1001B (9). Запакованный формат определяет два таких поля в байте, а не запакованный формат определяет только одно поле, расположенное к нижнему краю байта.

Стак

Стак ── это специальная структура в памяти, куда последовательно записывается информация и потом берётся в обратном порядке. Стак используется для сохранения данных для возврата с обработчика прерываний или из подпрограммы, а также её можно использовать в самой программе. Стак идёт с верхних адресов к нижним и состоит из шестнадцатибитных данных. Когда данные помещаются в стак, указатель стака SP уменьшается на два, и по его новому адресу он туда записывается. Когда данные берутся из стака, оно копируется по адресу в указателе стака на место назначения и указатель уменьшается на два.
Основа стака всега конец его сегмнента. адрес её верхушки хранится в регистре SP. Также, вы можете использовать регистр BP для хранения адреса своего рода основы стака, но на его работу он не влияет.

Когда будете определять размер стака, оставьте лишние несколько байт для системного прерывания. 

РАБОТА СТАКА
	адрес  № Элемента
	FFFEh ║Элемент №+2║ 
	FFFCh ║Элемент №+1║ │ Получение данных из стака
	FFFAh ║Элемент № 0║─ SP
	FFF8h ║Элемент №─1║ │ Помещение данных в стак
	FFF6h ║Элемент №─2║ 
	FFF4h ║Элемент №─3║

Прерывания и таблица векторов прерываний

Выполнение программы может быть прервано прерыванием. Оно может быть вызвано извне или изнутри. Внутренние прерывания могут быть вызваны процессором (ошибка в делений) или сииницированы самой программой. Прерывания извне могут быть блокируемыми или обязательными. Когда в процессор поступает запрос на прерывание, сначала проверяется состояние бита IF. Он запрашивает код прерывания, затем помещает в стак регистр признаков и сбрасываются IF и TF. В стак помещаются CS и IP, код прерывания умножается на 4 и используется для загрузки этих двух регистров. Тут ещё раз проверяется канал запроса обязательного прерывания и может быть выполнено прерывание № 1 (значение признака заранее сохранено). Теперь выполняется программа обработки этого события. По завершению его из стака восстанавливаются значения регистров IP, CS и регистр состояния и прерваная программа продолжает своё выполнение.

Таблица векторов находится в самом начале адресного пространства. Каждый вектор состоит из 2 слов, где последний хранит адрес сегмента с обработчиком, а первый хранит адрес обработчика внутри сегмента (точка входа). Так-как номер типа прерывания имеет размер 1 байт, то таблица может содержать до 256 векторов. Из них первые 5 строго определены, а следующие 27 зарезервированы для будущего строгого определения. Определения следующие: 0 ── ошибка деления, 1 ── отладочное прерывание, 2 ── обязательное прерывание, 3 ── команда прерывания в один байт (точка останова), 4 ── переполнение.

Вычисляем на процессоре

Значения некоторых битов

Некоторые биты в машинных инструкциях могут указывать определённые свойства операндов, и чтобы не раздуть документ, они будут обозначены знаками:
W
0: Операнды имеют размер 1 байт
1: Операнды имеют размер 1 слово
S
0: Не расширять константу по знаку
1: Расширить знак константы до размера операнда
D
0: Второй операнд расположен в регистре
1: Первый операнд и место назначения расположены в регистре
Z
0: Повторять пока не ноль
1: Повторять пока ноль
V
0: Сдвинуть операнд на 1 бит
1: Сдвинуть операнд на CL бит

Обозначения

На протяжений всего документа используются обозначения. Этот раздел нужен, чтобы не оставить их без какого-либо объяснения.
MOD
Поле режима R/M
REG
Поле регистра
R/M
Поле регистра/памяти
SR
Поле сегментного регистра, где 00=ES, 01=CS, 10=SS, 11=DS
W, S, Z, D, V
Однобитовые поля операндов
DATA-8
Однобайтная константа
DATA-SX
Константа в 1 байт, автоматически расширяемая до слова
DATA-LO
Нижняя часть слова константы
DATA-HI
Высшая часть слова константы
DISP-LO
Нижняя часть поля смещения
DISP-HI
Высшая часть поля смещения
IP-LO
Нижняя часть нового значения IP
IP-HI
Высшая часть нового значения IP
CS-LO
Нижняя часть нового значения CS
CS-HI
Высшая часть нового значения CS
IP-INC8
Однобайтное знаковое значения, прибавляемое к IP
IP-INC-LO
Нижняя часть значения, прибавляемое к IP
IP-INC-HI
Высшая часть значения, прибавляемое к IP
ADDR-LO
Нижняя часть прямого адреса памяти
ADDR-HI
Высшая часть прямого адреса памяти
-
Бит может содержать что угодно
XXX
Первые 3 бита кода операций в команде ESC
YYY
Последние 3 бита кода операций в команде ESC
REG8
Восьмиразрядный регистр общего назначения
REG16
Шестнадцатиразрядный регистр общего назначения
MEM8
Восьмиразрядный операнд в памяти
MEM16
Шестнадцатиразрядный операнд в памяти
IMMED8
Восьмиразрядная константа
IMMED16
Шестнадцатиразрядная константа
SEGREG
Сегментный регистр
DEST-STR8
Строка места назначения с восьмиразрядными элементами
SRC-STR8
Исходная строка в восьмиразрядными элементами
DEST-STR16
Строка места назначения с шестнадцатиразрядными элементами
SRC-STR16
Исходная строка с шестнадцатиразрядными элементами
SHORT-LABEL
Метка в диапазоне ±127 байт
NEAR-PROC
Процедура в этом же сегменте
FAR-PROC
Процедура в другом сегменте кода
NEAR-LABEL
Метка в этом же сегменте
FAR-LABEL
Метка в другом сегменте кода
SOURCE-TABLE
Таблица для перевода командой XLAT
OPCODE
Код операций внутри команды ESC
SOURCE
Операнд регистра или памяти у ESC

Основное

Перемещения данных

Ввод-вывод

Адреса объектов

Перемещение регистра флагов

Арифметика

Сложение

Вычитание

Умножение

Деление

Побитовые операций

Алгебра логики

Побитовые смещения

Переходы

Безусловные

Условные

Процессор может выполнять переходы по одному из многочисленных условий. Обычно, если условие оказывается ложным, то процессор на команду тратит 4 такта, а если условие верно ── 16 тактов.

Здесь «больше» или «меньше» относятся ко 2 незнаковым числам, а «выше» и «ниже» относятся ко 2 знаковым числам соответственно. 

01110100│IP-INC8	JE	SHORT-LABEL	;Jump on Equal, переход если
						 равно
			JZ	SHORT-LABEL	;Jump on Zero, переход если
						 ноль
01111100│IP-INC8	JL	SHORT-LABEL	;Jump on Less, переход если
						 меньше
			JNGE	SHORT-LABEL	;Jump on Not Greater of Equal,
						 переход если не больше или
						 равно
01111110│IP-INC8	JLE	SHORT-LABEL	;Jump on Less or Equal, переход
						 если меньше или равно
			JNG	SHORT-LABEL	;Jump on Not Greater, переход
						 если не больше
01110010│IP-INC8	JB	SHORT-LABEL	;Jump on Borrow, переход если
						 ниже
			JNAE	SHORT-LABEL	;Jump on Not Above or Equal,
						 переход если не выше или равно
			JC	SHORT-LABEL	;Jump on Carry, переход если
						 есть перенос
01110110│IP-INC8	JBE	SHORT-LABEL	;Jump on Borrow or Equal, 
						 переход если ниже или равно
			JNA	SHORT-LABEL	;Jump on Not Above, переход
						 если не выше
01111010│IP-INC8	JP	SHORT-LABEL	;Jump on Parity, переход если
						 чётность
			JPE	SHORT-LABEL	;Jump on Parity Even, переход
						 если число чётное
01110000│IP-INC8	JO	SHORT-LABEL	;Jump on Overflow, переход если
						 есть переполнение
01111000│IP-INC8	JS	SHORT-LABEL	;Jump on Sign, переход если
						 число отрицательное
01110101│IP-INC8	JNE	SHORT-LABEL	;Jump on Not Equal, переход
						 если не равно
			JNZ	SHORT-LABEL	;Jump on Not Zero, переход если
						 число не нулевое
01111101│IP-INC8	JNL	SHORT-LABEL	;Jump on Not Less, переход если
						 не меньше
			JGE	SHORT-LABEL	;Jump on Greater or Equal,
						 переход если больше или равнно
01111111│IP-INC8	JNLE	SHORT-LABEL	;Jump on Not Less or Equal,
						 переход если не меньше или
						 равно
			JG	SHORT-LABEL	;Jump on Greater, переход если
						 больше
01110011│IP-INC8	JNB	SHORT-LABEL	;Jump on Not Borrow, переход
						 если не ниже
			JAE	SHORT-LABEL	;Jump on Above or Equal, 
						 переход если выше или равно
			JNC	SHORT-LABEL	;Jump on No Carry, переход если
						 нет переноса
01110111│IP-INC8	JNBE	SHORT-LABEL	;Jump on Borrow or Equal, 
						 переход если не ниже или равно
			JA	SHORT-LABEL	;Jump on Above, переход если
						 выше
01111011│IP-INC8	JNP	SHORT-LABEL	;Jump on No Parity, переход
						 если нет чётности
			JPO	SHORT-LABEL	;Jump on Parity Odd, переход
						 если число нечётное
01110001│IP-INC8	JNO	SHORT-LABEL	;Jump on No Overflow
						 переход если не было 
						 переполнения
01111001│IP-INC8	JNS	SHORT-LABEL	;Jump on No Sign, переход если
						 число положительное

Операций со строками

Состояние процессора

Операций с регистром состояния

Синхронизация с внешним миром

Нет операций

Индекс

  • AAA
  • AAD
  • AAM
  • AAS
  • ADC
  • ADD
  • AND
  • CALL
  • CBW
  • CLC
  • CLD
  • CLI
  • CMC
  • CMP
  • CMPS
  • CWD
  • DAA
  • DAS
  • DEC
  • DIV
  • ESC
  • HLT
  • IDIV
  • IMUL
  • IN
  • INC
  • INT
  • INTO
  • IRET
  • JA
  • JAE
  • JB
  • JBE
  • JC
  • JCXZ
  • JE
  • JG
  • JGE
  • JL
  • JLE
  • JMP
  • JNA
  • JNAE
  • JNB
  • JNBE
  • JNC
  • JNE
  • JNG
  • JNGE
  • JNL
  • JNLE
  • JNO
  • JNP
  • JNS
  • JNZ
  • JO
  • JP
  • JPE
  • JPO
  • JS
  • JZ
  • LAHF
  • LDS
  • LEA
  • LES
  • LOCK
  • LODS
  • LOOP
  • LOOPE
  • LOOPNE
  • LOOPNZ
  • LOOPZ
  • MOV
  • MOVS
  • MOVSB
  • MOVSW
  • MUL
  • NEG
  • NOP
  • NOT
  • OR
  • OUT
  • POP
  • POPF
  • PUSH
  • PUSHF
  • RCL
  • RCR
  • REP
  • REPE
  • REPNE
  • REPNZ
  • REPZ
  • RET
  • ROL
  • ROR
  • SAHF
  • SAL
  • SAR
  • SBB
  • SCAS
  • SHL
  • SHR
  • STC
  • STD
  • STI
  • STOS
  • SUB
  • TEST
  • WAIT
  • XCHG
  • XLAT
  • XOR
    • Вы видели умения процессов 8086/8088, однако семейство не ограничевается этим. В наличий также математический сопроцессор 8087, процессор ввода-вывода 8089 и разнообразные чипы поддержки.

    Смотреть также: