1.12. Микропроцессор Intel х86. Регистры. Команды обмена данными. Команды работы со стеком.

Регистры.

Регистры общего назначения

32-битные регистры EAX (аккумулятор), EBX (база), ECX (счетчик), EDX (регистр данных) могут использоваться без ограничений для любых целей — временного хранения данных, аргументов или результатов различных операций. Названия этих регистров происходят от того, что некоторые команды применяют их специальным образом: так, аккумулятор часто используется для хранения результата действий, выполняемых над двумя операндами, регистр данных в этих случаях получает старшую часть результата, если он не умещается в аккумулятор, регистр-счетчик используется как счетчик в циклах и строковых операциях, а регистр-база используется при так называемой адресации по базе. Младшие 16 бит каждого из этих регистров могут использоваться как самостоятельные регистры и имеют имена (соответственно AX, BX, CX, DX). Кроме этого, отдельные байты в 16-битных регистрах AX – DX тоже имеют свои имена и могут использоваться как 8-битные регистры. Старшие байты этих регистров называются AH, BH, CH, DH, а младшие — AL, BL, CL, DL (рис. 3).

Другие четыре регистра общего назначения — ESI (индекс источника), EDI (индекс приемника), EBP (указатель базы), ESP (указатель стека) — имеют более конкретное назначение и могут применяться для хранения всевозможных временных переменных, только когда они не используются по назначению. Регистры ESI и EDI используются в строковых операциях, EBP и ESP используются при работе со стеком. Так же, как и с регистрами EAX – EDX, младшие половины этих четырех регистров называются SI, DI, BP и SP соответственно.

Регистры специального назначения

При использовании каждой из сегментированных моделей памяти для формирования любого адреса применяются два числа — адрес начала сегмента и смещение искомого байта относительно этого начала (в бессегментной модели памяти flat адреса начал всех сегментов равны). Операционные системы (кроме DOS) могут размещать сегменты, с которыми работает программа пользователя, в разных местах в памяти, и даже могут временно записывать их на диск, если памяти не хватает. Так как сегменты могут оказаться где угодно, программа обращается к ним, используя вместо настоящего адреса начала сегмента 16-битное число, называемое селектором. В процессорах Intel предусмотрено шесть шестнадцатибитных регистров — CS, DS, ES, FS, GS, SS, используемых для хранения селекторов. Это не значит, что программа не может одновременно работать с большим количеством сегментов памяти, — в любой момент времени можно изменить значения, записанные в этих регистрах.

В отличие от регистров DS, ES, GS, FS, которые называются регистрами сегментов данных, регистры CS и SS отвечают за сегменты двух особенных типов — сегмент кода и сегмент стека. Сегмент кода содержит программу, исполняющуюся в данный момент, так что запись нового селектора в этот регистр приводит к тому, что далее будет исполнена не следующая по тексту программы команда, а команда из кода, находящегося в другом сегменте, с тем же смещением. Смещение следующей выполняемой команды всегда хранится в специальном регистре — EIP (указатель инструкции, шестнадцатибитная форма IP), запись в который также приведет к тому, что следующей будет исполнена какая-нибудь другая команда. На самом деле все команды передачи управления — перехода, условного перехода, цикла, вызова подпрограммы и т.п. — и осуществляют эту самую запись в CS и EIP.

Команды обмена данными

· Команда:	MOV приемник, источник
· Назначение:	Пересылка данных
· Процессор:	8086

Базовая команда пересылки данных. Копирует содержимое источника в приемник, источник не изменяется. Команда MOV действует аналогично операторам присваивания из языков высокого уровня, то есть команда

mov ax,bx

эквивалентна выражению

ах := bх;

языка Паскаль или

ах = bх;

языка С, за исключением того, что команда ассемблера позволяет работать не только с переменными в памяти, но и со всеми регистрами процессора.

В качестве источника для MOV могут использоваться: число (непосредственный операнд), регистр общего назначения, сегментный регистр или переменная (то есть операнд, находящийся в памяти). В качестве приемника — регистр общего назначения, сегментный регистр (кроме CS) или переменная. Оба операнда должны быть одного и того же размера — байт, слово или двойное слово.

Нельзя выполнять пересылку данных с помощью MOV из одной переменной в другую, из одного сегментного регистра в другой и нельзя помещать в сегментный регистр непосредственный операнд — эти операции выполняют двумя командами MOV (из сегментного регистра в обычный и уже из него в другой сегментный) или парой команд PUSH/POP.

· Команда:	CMOVcc приемник, источник
· Назначение:	Условная пересылка данных
· Процессор:	P6

Это набор команд, которые копируют содержимое источника в приемник, если удовлетворяется то или иное условие (см. табл. 5). Источником может быть регистр общего назначения или переменная, а приемником — только регистр. Условие, которое должно удовлетворяться, — просто равенство нулю или единице тех или иных флагов из регистра FLAGS, но, если использовать команды CMOVcc сразу после команды СМР (сравнение) с теми же операндами, условия приобретают особый смысл, например:

cmp ах,bх ; сравнить ах и bх

cmovl ax,bx ; если ах < bх, скопировать bх в ах

Слова «выше» и «ниже» в таблице 5 относятся к сравнению чисел без знака, слова «больше» и «меньше» учитывают знак.

Таблица 5. Разновидности команды CMOVcc

Код команды	Реальное условие	Условие для CMP
CMOVA CMOVNBE	CF = 0 и ZF = 0	если выше если не ниже или равно
CMOVAE CMOVNB CMOVNC	CF = 0	если выше или равно если не ниже если нет переноса
CMOVB CMOVNAE CMOVC	CF = 1	если ниже если не выше или равно если перенос
CMOVBE CMOVNA	CF = 1 и ZF = 1	если ниже или равно если не выше
CMOVE CMOVZ	ZF = 1	если равно если ноль
CMOVG CMOVNLE	ZF = 0 и SF = OF	если больше если не меньше или равно
CMOVGE CMOVNL	SF = OF	если больше или равно если не меньше
CMOVL CMOVNGE	SF <> OF	если меньше если не больше или равно
CMOVLE CMOVNG	ZF = 1 и SF <> OF	если меньше или равно если не больше
CMOVNE CMOVNZ	ZF = 0	если не равно если не ноль
CMOVNO	OF = 0	если нет переполнения
CMOVO	OF = 1	если есть переполнение
CMOVNP CMOVPO	PF = 0	если нет четности если нечетное
CMOVP CMOVPE	PF = 1	если есть четность если четное
CMOVNS	SF = 0	если нет знака
CMOVS	SF = 1	если есть знак

· Команда:	XCHG операнд1, операнд2
· Назначение:	Обмен операндов между собой
· Процессор:	8086

Содержимое операнда 2 копируется в операнд 1, а старое содержимое операнда 1 — в операнд 2. XCHG можно выполнять над двумя регистрами или над регистром и переменной.

xchg eax,ebx ; то же, что три команды на языке С:

; temp = eax; eax = ebx; ebx = temp;

xchg al,al ; а эта команда не делает ничего

· Команда:	BSWAP регистр32
· Назначение:	Обмен байт внутри регистра
· Процессор:	80486

Обращает порядок байт в 32-битном регистре. Биты 0 – 7 (младший байт младшего слова) меняются местами с битами 24 – 31 (старший байт старшего слова), а биты 8 – 15 (старший байт младшего слова) меняются местами с битами 16 – 23 (младший байт старшего слова).

mov eax,12345678h

bswap eax ; теперь в еах находится 78563412h

Чтобы обратить порядок байт в 16-битном регистре, следует использовать команду XCHG:

xchg al,ah ; обратить порядок байт в АХ

· Команда:	IN приемник, источник
· Назначение:	Считать данные из порта
· Процессор:	8086

Копирует число из порта ввода-вывода, номер которого указан в источнике, в приемник. Приемником может быть только AL, АХ или ЕАХ. Источник — или непосредственный операнд, или DX, причем можно указывать только номера портов не больше 255.

· Команда:	OUT приемник, источник
· Назначение:	Записать данные в порт
· Процессор:	8086

Копирует число из источника (AL, АХ или ЕАХ) в порт ввода-вывода, номер которого указан в приемнике. Приемник может быть либо непосредственным номером порта, либо регистром DX. На командах IN и OUT строится все общение процессора с устройствами ввода-вывода — клавиатурой, жесткими дисками, различными контроллерами, и используются они, в первую очередь, в драйверах устройств. Например, чтобы включить динамик PC, достаточно выполнить команды:

in al,61h

or al,3

out 61h,al

· Команда:	CWD
· Назначение:	Конвертирование слова в двойное слово
· Процессор:	8086
· Команда:	CDQ
· Назначение:	Конвертирование двойного слова в учетверенное
· Процессор:	80386

Команда CWD превращает слово в AХ в двойное слово, младшая половина которого (биты 0 – 15) остается в АХ, а старшая (биты 16 – 31) располагается в DX. Команда CDQ выполняет аналогичное действие по отношению к двойному слову в ЕАХ, расширяя его до учетверенного слова в EDX:EAX. Эти команды всего лишь устанавливают все биты регистра DX или EDX в значение, равное значению старшего бита регистра АХ или ЕАХ, сохраняя таким образом его знак.

· Команда:	CBW
· Назначение:	Конвертирование байта в слово
· Процессор:	8086
· Команда:	CWDE
· Назначение:	Конвертирование слова в двойное слово
· Процессор:	80386

CBW расширяет байт, находящийся в регистре AL, до слова в АХ, CWDE расширяет слово в АХ до двойного слова в ЕАХ. CWDE и CWD отличаются тем, что CWDE располагает свой результат в ЕАХ, в то время как CWD, команда, выполняющая точно такое же действие, располагает результат в паре регистров DX:AX. Так же как и команды CWD/CDQ, расширение выполняется путем установки каждого бита старшей половины результата равным старшему биту исходного байта или слова, то есть:

mov al,0F5h ; AL = 0F5h = 245 = -11

cbw ; теперь АХ = 0FFF5h = 65 525 = -11

· Команда:	MOWSX приемник, источник
· Назначение:	Пересылка с расширением знака
· Процессор:	80386

Копирует содержимое источника (регистр или переменная размером в байт или слово) в приемник (16- или 32-битный регистр) и расширяет знак аналогично командам CBW/CWDE.

· Команда:	MOWZX приемник, источник
· Назначение:	Пересылка с расширением нулями
· Процессор:	80386

Копирует содержимое источника (регистр или переменная размером в байт или слово) в приемник (16- или 32-битный регистр) и расширяет нулями, то есть команда

movzx ax,bl

эквивалентна паре команд

mov al,bl

mov ah,0

· Команда:	XLAT адрес XLATB
· Назначение:	Трансляция в соответствии с таблицей
· Процессор:	8086

Помещает в AL байт из таблицы в памяти по адресу ES:BX (или ES:EBX) со смещением относительно начала таблицы, равным AL. В качестве аргумента для XLAT в ассемблере можно указать имя таблицы, но эта информация никак не используется процессором и служит только как комментарий. Если этот комментарий не нужен, можно применить форму записи XLATB. В качестве примера использования XLAT можно написать следующий вариант преобразования шестнадцатеричного числа в ASCII-код соответствующего ему символа:

mov al,0Ch

mov bx, offset htable

xlatb

если в сегменте данных, на который указывает регистр ES, было записано

htable db "0123456789ABCDEF"

то теперь AL содержит не число 0Сh, а ASCII-код буквы «С».

· Команда:	LEA приемник, источник
· Назначение:	Вычисление эффективного адреса
· Процессор:	8086

Вычисляет эффективный адрес источника (переменная) и помещает его в приемник (регистр). С помощью LEA можно вычислить адрес переменной, которая описана сложным методом адресации, например по базе с индексированием. Если адрес 32-битный, а регистр-приемник 16-битный, старшая половина вычисленного адреса теряется, если наоборот, приемник 32-битный, а адресация 16-битная, то вычисленное смещение дополняется нулями.

Команду LEA часто используют для быстрых арифметических вычислений, например умножения:

lea bx,[ebx+ebx*4] ; ВХ=ЕВХ*5

или сложения:

lea ebx,[eax+12] ; ЕВХ=ЕАХ+12

· Команда:	PUSH источник
· Назначение:	Поместить данные в стек
· Процессор:	8086

Помещает содержимое источника в стек. Источником может быть регистр, сегментный регистр, непосредственный операнд или переменная. Фактически эта команда копирует содержимое источника в память по адресу SS:[ESP] и уменьшает ESP на размер источника в байтах (2 или 4). Команда PUSH практически всегда используется в паре с POP (считать данные из стека). Так, например, чтобы скопировать содержимое одного сегментного регистра в другой (что нельзя выполнить одной командой MOV), можно использовать такую последовательность команд:

push cs

pop ds ; теперь DS указывает на тот же сегмент, что и CS

Другое частое применение команд PUSH/POP — временное хранение переменных, например:

push eax ; сохраняет текущее значение ЕАХ

... ; здесь располагаются какие-нибудь команды,

; которые используют ЕАХ, например CMPXCHG

pop eax ; восстанавливает старое значение ЕАХ

· Команда:	POP приемник
· Назначение:	Считать данные из стека
· Процессор:	8086

Помещает в приемник слово или двойное слово, находящееся в вершине стека, увеличивая ESP на 2 или 4 соответственно. POP выполняет действие, полностью обратное PUSH. Приемником может быть регистр общего назначения, сегментный регистр, кроме CS (чтобы загрузить CS из стека, надо воспользоваться командой RET), или переменная. Если в роли приемника выступает операнд, использующий ESP для косвенной адресации, команда POP вычисляет адрес операнда уже после того, как она увеличивает ESP.

· Команда:	PUSHA PUSHAD
· Назначение:	Поместить в стек все регистры общего назначения
· Процессор:	80186 80386

PUSHA помещает в стек регистры в следующем порядке: АХ, СХ, DX, ВХ, SP, ВР, SI и DI. PUSHAD помещает в стек ЕАХ, ЕСХ, EDX, ЕВХ, ESP, EBP, ESI и EDI. (В случае SP и ESP используется значение, которое находилось в этом регистре до начала работы команды.) В паре с командами POPA/POPAD, считывающими эти же регистры из стека в обратном порядке.

· Команда:	POPA POPAD
· Назначение:	Загрузить из стека все регистры общего назначения
· Процессор:	80186 80386

Эти команды выполняют действия, полностью обратные действиям PUSHA и PUSHAD, за исключением того, что помещенное в стек значение SP или ESP игнорируется. РОРА загружает из стека DI, SI, BP, увеличивает SP на два, загружает ВХ, DX, CX, AX, a POPAD загружает EDI, ESI, ЕВР, увеличивает ESP на 4 и загружает ЕВХ, EDX, ЕСХ, ЕАХ.