微机控制课件 4.docx

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微机控制课件4

2011-10-27

第二章微机原理及其工艺过程控制应用

第1节86系列微处理器结构

第2节86系列微型计算机的指令系统

指令是让计算机完成某种操作的命令，指令的集合称作指令系统，

2.186系列汇编语言指令语句格式

86系列汇编语言指令语句格式如图2—7所示。

图中由前向后的箭头表示是可选项，由后向前的箭头表示是重复项，回头方框表示是语句中的关键字。

图2-786系列汇编语言指令语句格式

例如：

AA:

MOVAX,BX;将寄存器BX内容送到寄存器AX之中

标号助记符操作数注释

图2-886系列的操作数寻址方式

[例2．1]设BX＝0158H，DI＝10A5H，位移量＝1B57H，DS＝2100H，假定没有使用段前缀，即把DS作为操作数对应的段寄存器。

在各种寻址方式下，这些寄存器和位移量所产生的有效地址和物理地址为：

（1）直接寻址：

有效地址＝1B57H

物理地址＝21000H十1B57H＝22B57H

（2）寄存器间接寻址（寄存器为BX）：

有效地址＝0158H

物理地址＝21000H十0158H＝21158H

（3）BX寄存器相对间接寻址：

有效地址＝0158H十1B57H＝1CAFH

物理地址＝21000H十1CAFH＝22CAFH

（4）变址寻址（寄存器为DI）：

有效地址＝l0A5H

物理地址＝21000H十10A5H＝220A5H

（5）DI寄存器相对变址寻址：

有效地址＝10A5H十lB57H＝2BFCH

物理地址＝21000H十2BFCH＝23BFCH

（6）基址加变址的寻址（BX为基址寄存器，DI为变址寄存器）：

有效地址＝0158H十10A5H＝11FDH

物理地址＝21000H十llFDH＝221FDH

（7）相对的基址加变址的寻址（BX为基址寄存器，DI为变址寄存器）

有效地址＝0158H十l0A5H十1B57H＝2D54H

物理地址＝21000H十2D54H＝23D54H

****************************************************************************

指令系统：

传送类指令、

算术运算类指令、

逻辑运算和移位指令、

串操作指令、

控制指令

2．3传送类指令

传送类指令是指令系统中最活跃的一类指令，也是条数最多的一类指令，主要用于数据的保存及交换等场合。

此处我们把这类指令分为4种，并把各种指令操作码助记符和对应的操作数列表所示。

表2-3传送类指令

指令

类型

指令

格式

指令

功能

状态标志位

备注

OSZAPC

通用

数据

传送

MOV目标，源

PUSH源

POP目标

XCHG目标，源

XLAT

传送字节或字

字压入堆栈

字弹出堆栈

交换字节或字

字节翻译

------

······

------

源：

寄存器、存储器、立即数

目标：

寄存器、存储器

源：

寄存器、存储器

目标：

寄存器（CS除外）、存储器

源：

通用寄存器、存储器

目标：

通用寄存器、存储器

目标

地址

传送

LEA目标，源

LDS目标，源

LES目标，源

装入有效地址

装入数据段指针到DS

装入附加段指针到ES

------

源：

内存操作数

目标：

16位通用寄存器

标志

位传

送

LAHF

SAHF

PUSHF

POPF

把FR低字节装入AH

把AH内容装入FR低字节

把FR内容压入堆栈

从堆栈弹出FR内容

------

-·····

------

······

I/O

数据

传送

IN累加器，端口

OUT端口,累加器

输入字节或字

输出字节或字

------

累加器：

AL或AX

端口：

地址0~255或间址寄存器DX

说明：

·运算结果影响标志位，-运算结果不影响标志位。

1．传送类指令

（1）通用数据传送指令

通用传送指令中包括最基本的传送指令MOV，堆栈指令PUSH和POP，数据交换指令XCHG。

MOV指令是形式最简单、用的最多的指令。

它可以实现CPU内部寄存器之间的数据传送、寄存器和内存之间的数据传送，还可以把一个立即数送给CPU的内部寄存器或者内存单元。

例如：

MOVAL，BL;BL中的8位数据送AL

MOVES，DX;DX中16位数据送ES

MOVAX,[BX];BX和BX十1所指的两个内存单元的内容送AX

MOV[DI],AX;累加器的内容送DI和Dl十1所指的两个单元

MOVCX,[1000];将1000和1001两单元的内容送CX

MOVBL,40;立即数40送BL

MOVDX,5040;立即数5040送DX

MOVWORDPTR[SI],6070;立即数6070送到SI和SI十1所指的两个单元

;这里的PTR是一个汇编操作符，与前面的WORD

;一起，标明往SI地址中写一个字，而不是一个节

*********************************************

（2）堆栈操作指令

在子程序调用和中断处理过程时，分别要保存返回地址和断点地址，在进入子程序和中断处理后，还需要保留通用寄存器的值；

子程序返回和中断处理返回时，则要恢复通用寄存器的值，并分别将返回的地址或断点地址恢复到指令指针寄存器中。

这些操作都要通过堆栈来操作，其中寄存器的保存和恢复需要有堆栈指令来完成。

8086/8088的堆栈操作遵循“先进后出”原则。

例:

保存和恢复DS,ES内容的指令如下

PUSHDS

PUSHES

┇

POPES

POPDS

与上比较：

PUSHDS

PUSHES

┇

POPDS

POPES

结果有何不同？

*********************************************

（3）交换指令

交换指令XCHG可以实现字节交换，也可以实现字交换。

交换过程可以在CPU的内部寄存器之间进行，也可以在内部寄存器和存储单元之间进行，但不能在两个存储之间执行数据交换过程。

例如：

XCHGAL,BL;AL和BL之间进行字节交换

XCHGBX，CX;BX和CX之间进行字节交换

XCHG[2503],CX;CX中的内容和2530，2531两单元的内容交换

*******************************************

（4）换码指令

XLAT是一条完成字节翻译功能的指令，称为换码指令。

它可以使累加器中的一个值变换为内存表格中的某一个值，一般用来实现编码制的转换。

使用换码指令时，要求BX寄存器指向表的首地址，AL中为表中某一项与表格首地址之间的偏移量，指令执行时，会将BX和AL中的值相加，把得到的值作为地址，然后将此地址所对应的单元中的值取到AL中去。

XLAT指令是通过查表方式来完成翻译功能的，因此，在执行该指令之前，必须建立好一张翻译表，该表的最大容量为256字节。

例如，将十进制数字（0—9）翻译成7段显示码的译码表顺序存放在内存中，假设这段数据存放的偏移地址首址为2000H，取出“6”所对应的7段码，该过程可用如下几条程序实现：

MOVBX，2000H

MOVAL，3

XLAT

*********************************************

2．目标地址传送指令

这是一类专用于传送地址码的指令，可用来传送操作数的段地址或偏移地址，共包含以下3条指令：

（1）取有效地址指令

取有效地址指令LEA的功能是将存储器地址送到一个寄存器。

LEA指令要求源操作数必须为内存单元地址，目的操作数必须为一个16位的通用寄存器。

这条指令常用来使一个寄存器作为地址指针。

例如：

LEAAX，[2728]；将2728单元的偏移量送AX，指令执行后，AX中为2728

LEABX，[BP＋SI]；指令执行后,BX中的内容为BP＋SI的值

LEASP，[0482]；使堆栈指针SP为482

**********************************************

（2）将地址指针装到DS和另一个寄存器的指令

LDS指令的功能是把4个字节的地址指针（其中包括一个段地址和一个偏移量）传送到两个目的寄存器，其中，地址指针的后两个字节即段地址一定送到DS中。

比如，设2l30H一2133H这4个单元中存放着一个地址，2130H和2131H中为地址的偏移量，2132H和2133H中为地址的段值，执行指令：

LDSDI，[2130H]

该指令功能是：

2130H和2131H中的偏移量送到DI，2132H和2133H中的段值送到DS。

****************************************88

（3）将地址指针装到ES和另一个寄存器的指令

LES指令与LDS指令的操作基本相同，所不同仅在于将源操作数所指向地址指针中的段基址（后两个字节）传送到ES段寄存器，而不是DS段寄存器。

3．标志位传送指令

可完成标志位传送的指令共有4条：

（1）读取标志指令

读取标志指令LAHF被执行时，将标志寄存器中的低8位传送到AH中，如图2－9所示。

图2-9LAHF指令的功能

（2）设置标志指令

设置标志指令SAHF被执行时，将AH寄存器的相应位传送到标志寄存器的低8位。

用图表示，就是将图2-9的5个箭头方向反过来。

（3）对标志寄存器的压入堆栈指令和弹出堆栈指令

PUSHF指令将标志寄存器的值压入堆栈顶部，同时，堆栈指针SP的值减2。

此指令在执行时标志寄存器的值不变。

POPF指令的功能正好相反，此指令在执行时从堆栈中弹出一个字送到标志寄存器中，同时堆栈指针SP的值加2。

PUSHF和POPF指令一般用在子程序和中断处理程序的首尾，起保存主程序标志和恢复主程序标志的作用。

4．输入／输出数据传送指令

输入／输出指令用来完成累加器（AX／AL）与I／O端口之间的数据传送功能。

执行输入指令时，CPU可以从一个8位端口读入一个字节到AL中，也可以从两个连续的8位端口读一个字到AX中。

执行输出指令时，CPU可以将AL中的—个字节写到一个8位端口中，或者将AX中的一个字写到两个连续的8位端口中。

例如：

INAL，50H；将50H端口的字节读入AL

INAX，70H；将70、71端口的值读入AX,将70H端口的内容读入AL,71H端口的内容读入AH

INAL，DX；从DX所指的端口中读取一个字节

OUT44H，AL；将AL中的一个字节输出到44H端口。

OUT80H，AX；将AL中的内容输出到80H，AH中的内容输出到81H

OUTDX，AL；将AL中的内容输出到DX所指的端口中

OUTDX，AX；将AL中的内容输出到DX所指的端口中；AH中的内容输出到DX＋1所指的端口中

*********************************************************

2.2.4算术运算类指令

86系列CPU指令系统中，具有完备的加，减，乘，除算术运算指令，可处理不带符号或带符号的8/16位二进制整数，以及不带符号的装配型/拆开型十进制整数。

表2-4给出了86系列指令系统中算术运算类指令。

表2-4算术运算类指令

指令

类型

指令

格式

指令

功能

状态标志位

备注

OSZAPC

加

法

ADD目标，源

ADC目标，源

INC目标

加法（字节/字）

带进位加法（字节/字）

加1（字节/字）

······

·····-

源：

通用寄存器、存储器、立即数

目标：

通用寄存器、存储器

源：

通用寄存器、存储器、立即数

目标：

通用寄存器、存储器

目标：

通用寄存器、存储器

减

法

SUB目标，源

SBB目标，源

DEC目标

NEG目标

CMP目标,源

减法（字节/字）

带借位减法（字节/字）

减1（字节/字）

取补

比较

······

·····-

·····1

······

源：

通用寄存器、存储器、立即数

目标：

通用寄存器、存储器

源：

通用寄存器、存储器、立即数

目标：

通用寄存器、存储器

目标：

通用寄存器、存储器

目标：

通用寄存器、存储器

源：

通用寄存器、存储器、立即数

目标：

通用寄存器、存储器

乘

法

MUL源

IMUL源

无符号乘法（字节/字）

有符号乘法（字节/字）

·****·

源：

通用寄存器、存储器

源：

通用寄存器、存储器

除

法

DIV源

IDIV源

CBW

CWD

无符号除法（字节/字）

有符号除法（字节/字）

字节转换成字

字转换成双字

******

------

源：

通用寄存器、存储器

源：

通用寄存器、存储器

十

进

制

调

整

AAA

DAA

AAS

DAS

AAM

AAD

加法的ASCII码调整

加法的十进制调整

减法的ASCII码调整

减法的十进制调整

乘法的ASCII码调整

除法的ASCII码调整

***·*1

*·····

***·*1

*·····

*··*·*

*··-·*

说明：

·运算结果影响标志位，-运算结果不影响标志位，*标志位为任意值，“1”将标志位置1

1．加法指令

（1）不带进位位的加法指令

ADD用来执行两个字或两个字节的相加操作，结果放在原来存放目的操作数的地方。

例如：

ADDAL，50H；AL和50H相加，结果放在AL中

ADDCX，l000H；CX中的内容和1000H相加，结果放在CX中

ADDDI，SI；DI和SI的内容相加，结果放在DI中

ADD[BX＋DI]，AX；BX十DI和BX十DI十1两个存储单元的内容和AX中的内容相加，

；结果放在BX＋DI和BX＋DI＋1所指的存储单元中

ADDAX，[BX＋2000H]；BX＋2000H和BX＋2001H所指的两单元的内容和AX的内容相加，

；结果放在AX中

（2）带进位位的加法指令

ADC在形式上和功能上都和ADD指令类似，只有一点区别，就是ADC指令被执行时，将进位标志CF的值加在和中。

例如：

ADCAX，SI；AX和SI中的内容以及CF的值相加，结果放在AX中

ADC指令为实现多字节的加法运算提供了方便。

【例子】有两个4字节的无符号数相加，这两个数分别放在2000H和3000H开始的存储单元中，低位在前，高位在后，要求进行运算后，得到的和放在2000H开始的内存单元中。

可以用如下程序段实现这种多字节的加法：

CLC；清进位位CF

MOVSI，2000H；取第一个数的首地址

MOVAX，[SI]；将第一个数的低16位取到AX

MOVDI,3000H；取第二个数的首地址

ADDAX，[DI]；第一个数和第二个数的低16位相加

MOV[SI],AX；低16位相加的结果送到2000H，200lH单元

MOVAX,[SI＋2]；取第一个数的高16位送到AX中

ADCAX,[DI＋2]；两个数的高16位连同进位位相加

MOV[SI＋2]，AX；高16位相加的结果送到2002H、2003H单元

（3）增量指令

INC只有1个操作数，指令在执行时，将操作救的内容加1，再送回该操作数。

这条指令一般用在循环程序中修改指针和循环次数。

例如：

INCAL；将AL中的内容加1

INCCX；将CX中的内容加I

INCBYTEPTR[BX＋DI＋500]；将BX十DI十500所指的存储单元的内容加1

在编程中要注意，INC指令不影响进位标志CF的状态。

2．减法指令

（1）不带借位的减法指令

SUB完成两个字节或两个字的相减。

例如：

SUBBX，CX；将BX中的内容减去CX中的内容。

结果放在BX中

SUB[BP＋2]，CL；将SS段的BP＋2所指的单元中的值减去CL中的值。

；结果放在BP＋2所指的堆栈单元中

SUBAL，20；AL中的数减去20，结果放在AL中

SUBSI，5010H；SI中的数减去50l0H，结果放在SI中

（2）带借位的减法指令

SBB在形式上和功能上都和SUB指令类似，只是SBB指令在执行减法运算时，还要减去CF的值。

在减法运算中，CF的值就是两数相减时，向高位产生的借位，所以，SBB在执行减法运算时，是用被减数减去减数，并减去低位字节相减时产生的借位。

和带进位位的加法指令类似，SBB主要用在多字节减法运算中。

例如：

SBBAX，2030H；将AX的内容减去立即数2030H，并减去进位位CF的值

SBBWORDPTR[DI],1000H；DI和DI＋1所指的单元中的数减去1000H及CF，；结果

；放在DI和DI＋1所指的单元中

（3）减量指令

DEC只有1个操作数，执行时，将操作数的值减1，再将结果送回操作数。

例如：

DECAX；将AX的内容减1，再送回AX中

DECBL；将BL的内容减1，结果送回BL中

DECBYTEPTR[DI＋2]；将DI＋2所指的单元中的内容减1，结果送回此单元

（3）取补指令

NEG对指令中给出的操作数取补码，再将结果送回。

因为对一个操作数取补码相当于用0减去此操作数，所以NEG指令执行的也是减法操作。

例如：

NEGAL；将AL中的数取补码，送回AL

NEGCX；将CX中的内容取补码，送回CX

（4）比较指令

CMP也是执行两个数的相减操作，但不送回相减的结果，只是使结果影响标志位。

例如：

CMPAX，2000H；将AX的内容和2000H相比较，结果影响标志位

CMPAX，[BX＋DI＋100]；将累加器和两个存储单元的数相比较，结果影响标志

；位，地址由BX＋DI＋100和BX＋DI＋101指出

CMPDX，DI；将DX和DI的内容相比，结果影响标志位

一般情况下，CMP指令后面经常会有一条条件转移指令，用来检查标志位的状态是否满足了某种关系。

CMP指令对标志位的影响如表2-5所示。

表2-5CMP指令执行后标志位的状态

数据类型

目的操作数与源操作数的关系

CFZFSFOF

带符号位

的操作数

0100

-010

-001

-000

-011

不带符号位

的操作数

0100

10--

00--

3．乘法指令

乘法运算是双操作数运算，但是，在指令中却只指定了—个操作数，另一个操作数是隐含规定的，乘法运算的隐含规则如图2—10所示。

其中的操作数可以是寄存器操作数或存储器操作数，而隐含的为AL或AX。

从图2—10中可以看出，两个8位数相乘，其结果是16位数；两个16位数相乘，其结果是32位数。

图2-10乘法运算规则

4．除法指令

除法运算也是双操作数运算，它的隐含规则如图2—11所示，其中的操作数与乘法指令相同。

在除法运算中，如果除数是8位的，则要求被除数是16位的；如果除数是16位的，则要求被除数是32位的。

如果被除数的位数不够，则应在进行除法以前，预先将被除数扩展到所需要的位数。

对于带符号数，这种扩展应该保持被扩展数的值（包括符号位）不变，因此应该是带符导位的扩展。

例如，0111000B应扩展成0000000001110000B，11110000应扩展成1111111111110000B。

CBW和CWD指令就是分别用于这两种扩展的。

对于带符号数的除法，86系列是按表2-6所示的方式来处理商和余数的。

图2-11除法运算规则

表2-6带符号数除法的商和余数

被除数

除数

商

余数

-9

-2

-4

-1

从表2-6可以看出.余数始终与被除数同号，也就是说，商是往0靠拢的。

********************************************************************************

2.2.5逻辑运算和移位指令

8086指令系统提供了对8位数和16位数的逻辑操作指令。

这些指令分为两类：

一类是逻辑运算指令，另一类是移位指令。

表2-7给出了86系列指令系统中逻辑运算和移位类指令。

表2-7逻辑运算和移位指令

指令

类型

指令

格式

指令

功能

状态标志位

备注

OSZAPC

逻

辑

运

算

NOT目标

AND目标，源

OR目标，源

XOR目标，源

TEST目标，源

非（字节/字）

与（字节/字）

或（字节/字）

异或（字节/字）

测试（字节/字）

------

0··*·0

··*·0

0··*·0

目标：

通用寄存器、存储器

源：

通用寄存器、存储器、立即数

目标：

通用寄存器、存储器

源：

通用寄存器、存储器、立即数

目标：

通用寄存器、存储器

源：

通用寄存器、存储器、立即数

目标：

通用寄存器、存储器

源：

8位或16位立即数

目标：

通用寄存器、存储器

移

位

SHL目标,计数值

SAL目标,计数值

SHR目标,计数值

SAR目标,计数值

逻辑左移（字节/字）

算术左移（字节/字）

逻辑右移（字节/字）

算术右移（字节/字）

···*··

目标：

通用寄存器、存储器

计数值：

1或CL,移位次数

目标：

通用寄存器、存储器

计数值：

1或CL,移位次数

目标：

通用寄存器、存储器

计数值：

1或CL,移位次数

目标：

通用寄存器、存储器

计数值：

1或CL,移位次数

循

环

移

位

ROL目标,计数值

R0R目标,计数值

RCL目标,计数值

RCR目标,计数值

循环左移（字节/字）

循环右移（字节/字）

带进位循环左移（字节/字）

带进位循环右移（字节/字）

·--*-·

目标：

通用寄存器、存储器

计数值：

1或CL,移位次数

目标：

通用寄存器、存储器

计数值：

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