08 семестр / Книги и методические указания / Методы к лабам / методичка8086

Краткое описание микропроцессора К181ВМ86

Микропроцессор имеет разрядность шины данных 16 бит, шины адреса 20 бит. Схема процессора представлена на рис.1:

Рис.1

В процессоре имеется восемь 16-разрядных регистров общего назначения: AX – аккумулятор, BX – базовый регистр, CX – счетчик, DX – регистр данных, SP – указатель стека, BP – указатель базы, SI – индекс источника, DI – индекс приемника. Обычно регистры AX, BX, CX и DX используются для хранения данных, регистры SP, BP, SI, DI - для адресной информации. Для регистров AX, BX, CX, DX возможно также раздельное использование младших и старших байтов (AH, AL, BH, BL, CH, CL, DH, DL).

Регистр флагов F:

FH								FL
15	14	13	12	11	10	9	8	7	6	5	4	3	2	1	0
x	x	x	x	OF	DF	IF	TF	SF	ZF	x	AF	x	PF	x	CF

Арифметические флаги:

CF – флаг переноса, фиксирует значение переноса из старшего бита результата при сложении, либо заема при вычитании, а также значение выдвигаемого бита при сдвиге операнда

PF – флаг паритета, фиксирует четное число единиц в младшем байте результата

AF – флаг вспомогательного переноса, фиксирует перенос из младшей тетрады (используется при выполнении десятичной коррекции)

ZF – флаг нулевого результата

SF – флаг знака, равен старшему разряду результата при работе со знаковой арифметикой

OF – флаг переполнения

Флаги управления:

DF – флаг направления обработки цепочек команд: DF=0 – в сторону больших адресов, DF=1 – в сторону меньших.

IF – флаг разрешения прерываний: IF=0 прерывания запрещаются, IF=0 – разрешаются.

TF – флаг трассировки: TF=1 – пошаговый режим работы.

Блок сегментных регистров состоит из четырех 16-разрядных регистров CS, SS, DS, ES, которые хранят базовые адреса сегментов памяти: CS – сегмент команд, SS – сегмент стека, DS – сегмент данных, ES – дополнительный сегмент (обычно также используется для хранения данных).

Указатель команд IP хранит смещение следующей команды в текущем кодовом сегменте.

Организация памяти в процессоре

Память представляет собой набор последовательно расположенных байтов, каждый из которых имеет 20-разрядный адрес. Два смежных байта могут рассматриваться как 16-битное слово, адресом слова считается адрес младшего байта (он меньше, чем адрес старшего байта). Адресное пространство имеет емкость 1 Мбайт и разбито на сегменты емкостью 64 Кбайт, которые характеризуются базами. Начальные адреса четырех текущих сегментов записываются в сегментные регистры CS, SS, DS, ES; для перехода к другой области памяти достаточно сменить содержимое сегментного регистра.

Каждая ячейка памяти характеризуется логическим и физическим адресом. Физический адрес представляет собой 20-разрядное число, однозначно определяющее положение ячейки в памяти. Логический адрес ячейки состоит из двух 16-битовых значений: базы сегмента и смещения внутри сегмента относительно базы (определяет расстояние от начала сегмента до этой ячейки). Для пересчета логического адреса в физический база сегмента сдвигается влево на 4 бит и суммируется со смещением. Если при суммировании возникает бит переноса, он игнорируется; таким образом, после ячейки памяти с адресом FFFFF идет ячейка с адресом 00000, то есть возникает кольцевая организация памяти (она также присуща каждому сегменту в отдельности).

Обращение к памяти.

К каждому сегменту памяти обращение осуществляется отдельно. Прямая передача информации между сегментами невозможна, для этого необходимо использовать регистры общего назначения.

Для обращения к памяти используются 4 регистра: BX, SI, DI, BP, а также смещение, задаваемое непосредственной величиной: d8 – 8 бит или d16 – 16 бит. Комбинируя эти регистры и смещения внутри квадратных скобок [ ], можно задействовать любую ячейку памяти.

[BX + SI] [BX + DI] [BP + SI] [BP + DI]	[SI] [DI] d16 [BX]	[BX + SI + d8] [BX + DI + d8] [BP + SI + d8] [BP + DI + d8]
[SI + d8] [DI + d8] [BP + d8] [BX + d8]	[BX + SI + d16] [BX + DI + d16] [BP + SI + d16] [BP + DI + d16]	[SI + d16] [DI + d16] [BP + d16] [BX + d16]

Для примера примем DS=100, BX=30, SI=70. В этом случае адрес [BX+SI]+25 будет преобразован процессором в следующий физический адрес: 100*16+30+70+25=1725.

По умолчанию сегментный регистр DS используется всегда, кроме режимов с регистром BP, в этом случае используется сегментный регистр SS.

Адреса задаются в шестнадцатеричном коде.

Структура команд процессора

Двухоперандные команды:

15	14	13	12	11	10	9	8	7	6	5	4	3	2	1	0
Код операции						d	s	md		reg			r/m
disp L								disp H

Бит d указывает направление передачи: d=1 – передача операнда или результата операции в регистр, указанный в поле reg, d=0 – передеча из регистра reg. Бит s показывает формат данных: s=1 – слово, s=0 - байт

Поле reg определяет второй операнд, обязательно находящийся в регистре; поле r/m (регистр/память) определяет первый операнд, который может находиться в регистре или памяти.

reg, r/m	s=0	s=1	reg, r/m	s=0	s=1
000	AL	AX	100	AH	SP
001	CL	CX	101	CH	BP
010	DL	DX	110	DH	SI
011	BL	BX	111	BH	DI

Поле md показывает, содержится первый операнд в памяти или в регистре, а в случае расположения операнда в памяти определяет вариант использования смещения disp, которе может находиться в третьем и четвертом байтах команды:

md=00 – операнд содержится в памяти, disp=0 (смещение отсутствует)

md=01 – операнд содержится в памяти, disp=disp L (команда содержит 8-битовое смещение, которое расширяется со знаком до 16 бит)

md=10 – операнд содержится в памяти, disp=disp H, disp L (команда содержит 16-битовое смещение)

md=11 – операнд содержится в регистре

Однооперандные команды:

15	14	13	12	11	10	9	8	7	6	5	4	3	2	1	0
Код операции							s	md		Код операции			r/m
disp L								disp H

Могут содержать от 2хдо 4х байт в зависимости от s и md

Команды с непосредственной адресацией:

15	14	13	12	11	10	9	8	7	6	5	4	3	2	1	0
Код операции						s	w	md		Код операции			r/m
disp L								disp H
data L								data H

Могут содержать до 3х слов. Поля s и w показывают, как используются последние 2 байта команды:

s	w
x	0	data=data L (8 разрядов)
0	1	data=data H, dataL (16 разрядов)
1	1	data=data L (расширение до 16-разрядного слова со знаком)

Описание эмулятора

Для выполнения работы используется эмулятор процессора emu8086. Окно программы имеет следующий вид:

Рис.2

Текст программы набирается в поле редактора построчно. Комментарии записываются после знака «;».

Числа допускается записывать в любой системе счисления, при этом после числа ставится обозначение: h – шестнадцатеричное, b – двоичное, o – восьмеричное, например: 1ah, 101b, 71o. Числа без обозначения считаются десятичными. Если в записи шестнадцатеричного числа старшим разрядом является буква (A..F), то перед ней необходимо поставить «0».

Для создания циклов, условных и безусловных переходов используются команды LOOP, JMP, JA, JC и т.п. и метки вида:

label:

В конце программы рекомендуется ставить команду RET

Полный список и описание всех команд процессора можно найти в меню help: Documentation and tutorials/8086 Instruction Set.

Для запуска набранной программы используется кнопка emulate на панели инструментов. При этом открывается окно эмулятора (рис.3):

Рис.3

В открывшемся окне эмулятора можно управлять режимом работы программы: кнопка single step позволяет использовать пошаговый режим, run – запустить программу на выполнение. В левой части окна выводятся значения всех регистров общего назначения, их можно просматривать и изменять по ходу выполнения программы; кроме того, двойной щелчок мыши по окошку со значением регистра позволяет вывести на экран окно расширенного просмотра значений регистров в различных кодировках. В центральной части окна эмулятора находятся номера и содержимое ячеек памяти (подсвечиваются ячейки, соответствующие следующей строке программы), в правой части – обработанный текст выполняемой программы. Содержимое регистра флагов можно просматривать и изменять с помощью кнопки flags в левом нижнем углу. При помощи регулятора step delay можно устанавливать задержку между выполнением шагов программы.

Порядок выполнения работы

1.Ознакомьтесь с работой эмулятора:

1. запустите программу emu8086.exe

Рис.4

В окне приветствия (рис.4) выберите вариант new, далее (рис.5) выберите empty workspace.

Рис.5

2. для примера напишите программу занесения числа 1234h в регистр AX:

Рис.5

3. запустите ее нажатием клавиши F5 или кнопки emulate на панели инструментов, откроются окна эмулятора (рис.3) и кода программы (рис.7):

Рис.6

4. запустите программу на выполнение в пошаговом режиме и проследите за изменением значения регистров AX и IP (содержимое изменившиеся при выполнении команды регистров выделяется синим цветом), затем перезагрузите программу нажатием кнопки reload и выполните ее с помощью кнопки run

5. просмотрите содержимое регистра флагов, нажав кнопку flags; измените значение флага паритета PF на 1

2. Напишите программы, выполняющие следующие действия:

1. Команда загрузки и пересылки данных (команда MOV)

1. загрузить регистр CX числом ABCDh

2. переслать содержимое CX в регистр AX

3. загрузить ячейку памяти текущего сегмента без смещения (смещение 0) числом FFh

4. задать в качестве базы сегмента DS=200h, предварительно записав это число в регистр DX; загрузить ячейку 02100h числом AAh (смещение 100h)

5. записать в регистр BX смещение 200h и загрузить ячейку 02200h числом BBh (смещение [BX])

6. записать в регистр SI индекс 20 и загрузить ячейку 02220h числом CCh, используя сегмент с базой DS=200h и смещение [BX+SI]

7. загрузить ячейку 02222h числом DDh, используя сегмент с базой DS=200h и смещение [BX+SI+2]

2. Однооперандные команды

1. загрузить регистр DX числом 5

2. увеличить содержимое регистра DX на единицу (команда INC)

3. перенести содержимое регистра DX в ячейку памяти 01100h

4. уменьшить содержимое ячейки 01100h на единицу (команда DEC)

5. инвертировать содержимое регистра DX (команда NOT)

3. Двухоперандные команды

а) Арифметические операции:

1. сложить числа 1Bh и 1Ch, используя регистры BX и CX, результат записать в CX (команда ADD)

2. вычесть из содержимого регистра CX константу 10b, результат записать в AX (команда SUB)

3. содержимое регистра AX разделить на 10h, предварительно записав делитель в регистр BX (команда DIV)

4. остаток от деления (находится в регистре DX) умножить на 2 (команда MUL)

б) Логические операции:

1. записать в ячейку памяти 01100h число 101101b, в регистр AX число 110001b, выполнить для них логическое умножение, результат записать в ячейку 01100h (команда AND)

2. записать в регистр AX число 111010b, выполнить логическое сложение между содержимым AX и ячейки памяти 01100h, результат записать в регистр AX (команда OR)

3. выполнить операцию сумма по модулю 2 для содержимого регистра AX и числа 001001b (команда XOR)

4. Команды сдвига

1. занести в регистр BX число 25h, умножить его на 2, используя операцию арифметического сдвига (команда SAL)

2. занести в ячейку памяти 01200h число 40h, разделить его на 4, используя операцию арифметического сдвига (команда SAR)

5. Команды управления программой

а) Цикл (команда LOOP)

1. занести в регистр CX число 10 (количество повторений цикла)

2. установить в качестве базы сегмента DS=0100h, занести в регистр BX смещение 0101h

3. установить метку начала выполнения цикла вида label:

4. тело цикла: занести число AAh в ячейку, смещение которой относительно базы DS указано в регистре BX, и увеличить содержимое BX на 1

5. после записи тела цикла перейти по метке label

После выполнения программы число AAh должно быть записано в ячейки с 01101h по 0110Ah

б) Условный переход (команда JC)

1. занести число FFh в регистр AL

2. увеличить содержимое регистра AL на AAh

3. если бит переноса не равен единице, записать в регистр BX число ABCDh, иначе завершить программу (переход по метке к концу программы)

в) Безусловный переход (команда JMP)

1. занести в ячейку 01100h число С3h (код команды RET)

2. написать программу сложения чисел Ah и Bh, используя регистры DL и DH

3. для окончания выполнения программы перейти по адресу 01100h

Команда

Операнды

Описание

Пример

Регистр флагов

ADD

REG, memory

memory, REG

REG, REG

memory, immediate

REG, immediate

Сложение

Алгоритм:

операнд 1=операнд1+операнд2

Сложение 5 и -3:

MOV AL, 5 ; AL = 5

ADD AL, -3 ; AL = 2

RET

C	Z	S	O	P	A
r	r	r	r	r	r

AND

REG, memory

memory, REG

REG, REG

memory, immediate

REG, immediate

Логическое И, результат сохраняется в операнд1

Применяются правила:

1 AND 1 = 1 1 AND 0 = 0 0 AND 1 = 0 0 AND 0 = 0

Сложение по И чисел 1100001b и 11011111b:

MOV AL, 'a'

; AL = 01100001b

AND AL,

; AL = 01000001b ('A')

RET

C	Z	S	O	P
0	r	r	0	r

DEC

REG

memory

Декрементация

Алгоритм

операнд=операнд-1

Уменьшение 255 на1:

MOV AL, 255

; AL = 0FFh (255 or -1)

DEC AL

; AL = 0FEh (254 or -2)

RET

C	Z	S	O	P	A
-	r	r	r	r	r

DIV

REG

memory

Деление (без знака)

Алгоритм:

1)операнд - байт:

AL=AX/операнд, AH = остаток

2)операнд – слово:

AX=(DX AX)/операнд,

DX =остаток

Деление 203 на 4:

MOV AX, 203

; AX = 00CBh

MOV BL, 4

DIV BL

; AL = 50 (32h), AH = 3

RET

C	Z	S	O	P	A
?	?	?	?	?	?

HLT

-

Прекращение выполнения программы

MOV AX, 5

HLT

C	Z	S	O	P	A
-

INC

REG

memory

Инкрементация

Алгоритм:

операнд=операнд+1

Увеличение 4 на 1:

MOV AL, 4

INC AL ; AL = 5

RET

C	Z	S	O	P	A
-	r	r	r	r	r

JC

Метка

Короткий переход, если бит переноса равен 1.

Алгоритм:

если CF = 1 то переход

Проверка наличия бита переноса:

include 'emu8086.inc'

ORG 100h

MOV AL, 255

ADD AL, 1

JC label1

PRINT 'no carry.'

JMP exit

label1:

PRINT 'has carry.'

exit:

RET

C	Z	S	O	P	A
-

JMP

Метка

4-хбайтный адрес

Безусловный переход (перемещение к другой части программы). 4-х байтный адрес может вводиться в виде: 1234h:5678h, первое значение – база сегмента, второе – смещение.

Алгоритм:

переход по метке (всегда)

Выполнить прыжок через 2 строки, напечатать “Got Here!”, если прыжок выполнен:

include 'emu8086.inc'

ORG 100h

MOV AL, 5

JMP label1

PRINT 'Not Jumped!'

MOV AL, 0

label1:

PRINT 'Got Here!'

RET

C	Z	S	O	P	A
-

 

LOOP

метка

Декрементация CX, переход к метке, если CX не равен нулю

Алгоритм:

CX=CX -1

если CX <> 0 то переход

иначе продолжить

Напечатать “loop” 5 раз:

include 'emu8086.inc'

ORG 100h

MOV CX, 5

label1:

PRINTN 'loop!'

LOOP label1

RET

C	Z	S	O	P	A
-

 

MOV

REG, memory

memory, REG

REG, REG

memory, immediate

REG, immediate

SREG, memory

memory, SREG

REG, SREG

SREG, REG

Копирование операнда2 в операнд1

Команда MOV не может:

1.устанавливать значение регистров CS и IP.

2.копировать значение одного сегментного регистра в другой сегментный регистр (необходимо сначала скопировать в регистр общего назначения).

3.копировать непосредственное значение в сегментный регистр

Алгоритм:

операнд1=операнд2

Занесение числа ABh в регистр AL, пересылка его в ячейку памяти с адресом 01101h:

MOV AL, 0ABh

MOV BX, 0100h

MOV DS, BX

MOV [BX+1], AX

RET

C	Z	S	O	P	A
-

 

MUL

REG

memory

Умножение (без знака)

Алгоритм:

1)операнд - байт:

AX = AL * операнд

2)операнд - слово:

(DX AX) = AX*операнд

Умножение 200 на 4:

MOV AL, 200

MOV BL, 4

MUL BL

; AX = 0320h (800)

RET

C	Z	S	O	P	A
r	?	?	r	?	?

CF=OF=0, если старший бит результата равен нулю

NOP

-

Нет операции

Ничего не делать 2 раза:

NOP

NOP

RET

C	Z	S	O	P	A
-

NOT

REG

memory

Инвертирует все биты операнда

Алгоритм:

1.если бит равен 1, то приравнять бит 0

2.если бит равен 0, то приравнять бит 1

Инвертировать число 11011b:

MOV AL, 00011011b

NOT AL

; AL = 11100100b

RET

C	Z	S	O	P	A
-

 

OR

REG, memory

memory, REG

REG, REG

memory, immediate

REG, immediate

Логическое ИЛИ между всеми битами двух операндов. Результат сохраняется в первом операнде.

Применяются правила:

1 OR 1 = 1

1 OR 0 = 1

0 OR 1 = 1

0 OR 0 = 0

Сложение по ИЛИ 1000001b и 100000b:

MOV AL, 'A'

; AL = 01000001b

OR AL, 00100000b

; AL = 01100001b ('a')

RET

C	Z	S	O	P	A
0	r	r	0	r	?

 

RET

-

immediate

Возврат из процедуры

Алгоритм:

1.вытолкнуть из стека: IP

2.если операнд – константа:

SP=SP+operand

Вызов процедуры занесения числа 1234h в регистр AX, увеличение его на 1

ORG 100h ; for com file

CALL p1

ADD AX, 1

RET

p1 PROC

MOV AX, 1234h

RET

p1 ENDP

C	Z	S	O	P	A
-

 

SAL

memory, immediate

REG, immediate

memory, CL

REG, CL

Арифметический сдвиг операнда 1 влево. Число сдвигов устанавливается операндом 2 (константа либо значение регистра CL)

Алгоритм:

1.Сдвиг всех бит влево, старший бит записывается в CF.

2.В качестве младшего бита записывается 0.

Сдвиг числа E0 влево 1 раз:

MOV AL, 0E0h

; AL = 11100000b

MOV CL, 1

SAL AL, CL

; AL = 11000000b, CF=1.

RET

C	O
r	r

OF=0 если знак операнда1 сохраняется.

SAR

memory, immediate

REG, immediate

memory, CL

REG, CL

Арифметический сдвиг операнда1 вправо. Число сдвигов устанавливается операндом2 (константа либо значение регистра CL)

Алгоритм:

1.Сдвиг всех бит вправо, младший бит заносится в CF.

2.Старший бит (бит знака) устанавливается в то же значение, что было раньше.

Сдвиг числа E0 вправо 2 раза (бит знака равен 1):

MOV AL, 0E0h

; AL = 11100000b

SAR AL, 2

; AL = 11111000b, CF=0.

RET

Сдвиг числа 4C вправо 1 раз (бит знака равен 0):

MOV BL, 4Ch

; BL = 01001100b

SAR BL, 1

; BL = 00100110b, CF=0

RET

C	O
r	r

OF=0 если знак операнда1 сохраняется.  

SUB

REG, memory

memory, REG

REG, REG

memory, immediate

REG, immediate

Вычитание

Алгоритм:

операнд1=операнд1-операнд2

Вычитание 2 из 5:

MOV AL, 5

SUB AL, 2

; AL = 3

RET

C	Z	S	O	P	A
r	r	r	r	r	r

XOR

REG, memory

memory, REG

REG, REG

memory, immediate

REG, immediate

Сумма по модулю 2 (исключающее ИЛИ) между всеми битами двух операндов. Результат сохраняется в первом операнде.

Применяются правила:

1 XOR 1 = 0

1 XOR 0 = 1

0 XOR 1 = 1

0 XOR 0 = 0

Сумма по модулю два чисел 111b и 10b:

MOV AL, 00000111b

XOR AL, 00000010b

; AL = 00000101b

RET

C	Z	S	O	P	A
0	r	r	0	r	?