Bài giảng Kỹ thuật Vi xử lý - Chương 3: Vi xử lý 8088-Intel - Hồ Viết Việt

122 trang ngocly 3300

Download

Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Kỹ thuật Vi xử lý - Chương 3: Vi xử lý 8088-Intel - Hồ Viết Việt", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

bai_giang_ky_thuat_vi_xu_ly_chuong_3_vi_xu_ly_8088_intel_ho.pdf

Nội dung text: Bài giảng Kỹ thuật Vi xử lý - Chương 3: Vi xử lý 8088-Intel - Hồ Viết Việt

Bay giảng Kỹ thuậtVi xử lý Ngành Điện tử-Viễn thông Đại học Bách khoa Đà Nẵng củaHồ Viết Việt, Khoa ĐTVT Tài liệu tham khảo [1] Kỹ thuậtvi xử lý, Văn Thế Minh, NXB Giáo dục, 1997 [2] Kỹ thuậtvi xử lý và Lập trình Assembly cho hệ vi xử lý, Đỗ Xuân Tiến, NXB Khoa học& kỹ thuật, 2001
Chương 3 Vi xử lý 8088-Intel 3.1 Kiến trúc và hoạt động của 8088 - Nguyên lý hoạt động -Sơ đồ khối chức năng 3.2 Cấu trúc thanh ghi của 8088 3.3 Phương pháp quản lý bộ nhớ 3.4 Mô tả tập lệnh Assembly
Nguyên lý hoạt động của một bộ vi xử lý Lấy - Giải mã - Thực hiện lệnh Tìm và copy các byte lệnh từ bộ nhớ Tạo ra các tín hiệu điều khiển Giải mã lệnh để thực hiện lệnh
Chu kỳ lệnh và Chu kỳ máy • Chu kỳ lệnh: Tổng thời gian tìm lệnh, giải mã lệnh và thực hiện 1 lệnh • Nói chung, Chu kỳ lệnh của các lệnh khác nhau là khác nhau • Chu kỳ lệnh bao giờ cũng bằng một số nguyên lần chu kỳ máy • Chu kỳ máy bằng nghịch đảo của tần số hoạt động (tốc độ đồng hồ) của bộ vi xử lý
3.1 Kiến trúc và Hoạt động của 8088
Đơnvị giao tiếpBus -BIU • Phát các tín hiệu địa chỉ đến bộ nhớ và các cổng I/O thông qua A-Bus • Đọc mã lệnh từ bộ nhớ thông qua D-Bus • Đọc dữ liệu từ bộ nhớ thông qua D-Bus •Ghi dữ liệu vào bộ nhớ thông qua D-Bus • Đọc dữ liệu từ các cổng I thông qua D-Bus •Ghi dữ liệu ra các cổng O thông qua D-Bus
Đơn vị thực hiện - EU •Bao gồm CU và ALU •CU :Giải mã lệnh để tạo ra các tín hiệu điều khiển nhằm thực hiện lệnh đã được giải mã •ALU: thực hiện các thao tác khác nhau đối với các toán hạng của lệnh
Tổ chức của microprocessor CPU Control registers ALU Control General BIU Address purpose Control Data registers Status Registers
Xử lý lệnh của các vi xử lý trước 8086/8088 •Một thủ tục đơn giản gồm 3 bước: –Lấy lệnh từ bộ nhớ –Giải mã lệnh –Thực hiện lệnh •Lấy các toán hạng từ bộ nhớ (nếucó) •Lưu trữ kết quả Fetch Decode Execute Fetch Decode Execute Microprocessor 1 1 1 2 2 2 Bus Busy Idle Busy Busy Idle Busy
Cơ chế Pipelining Pipelining Fetch Fetch Fetch Fetch Store Fetch Fetch Load Fetch Bus 1 2 3 4 1 5 6 2 7 Decode Decode Decode Decode Idle Decode Decode Idle Decode Instruction 1 2 3 4 5 6 7 Unit Exec. Exec. Exec. Exec. IdleIdle Exec. Exec. Idle Exec. Execution 1 2 3 4 5 6 7 Unit Memory request Memory request
3.2 Cấu trúc thanh ghi của 8088 8088 có 14 thanh ghi 16-bit
Cấu trúc thanh ghi củahọ x86 General Purpose Special Registers AH AL Accumulator Index Registers AX Instr Pointer IP EAX EIP Stack Pointer SP BH BL Base Flags FLAG ESP BX EFLAG Base Pointer BP EBX EBP CH CL Count Dest Index DI CX Segment Registers EDI ECX CS Code Segment Source Index SI DH DL Data DS ESI DX Data Segment EDX ES Extra Segment SS Stack Segment FS GS
Cấu trúc thanh ghi 8086/8088 700 7 Accumulator AH AL AX Base BH BL BX Counter CH CL CX Data DH DL DX 15 0 Code Segment CS Data Segment DS Stack Segment SS Extra Segment ES 15 0 Instruction Pointer IP } Stack Pointer SP Base Pointer BP } Source Index SI Destination Index DI }
Các thanh ghi đa năng 700 7 Accumulator AH AL AX Base BH BL BX Counter CH CL CX Data DH DL DX - Có thể truy cập như các thanh ghi 8-bit -Lưu trữ tạm thời dữ liệu để truy cập nhanh hơn và tránh khỏi phải truy cập bộ nhớ - Có công dụng đặc biệt đối với một số câu lệnh
Các thanh ghi segment 15 0 Code Segment CS Data Segment DS Stack Segment SS Extra Segment ES - Lưu trữ địa chỉ segment của một ô nhớ cần truy cập -Kết hợp với các thanh ghi offset nhất định
Các thanh ghi offset Instruction Pointer IP Stack Pointer SP Base Pointer BP Source Index SI Destination Index DI - Lưu trữ địa chỉ offset của một ô nhớ cần truy cập -Kết hợp với các thanh ghi segment nhất định
Thanh ghi cờ 15 0 x x x x OF DF IF TF SF ZF x AF x PF x CF - Không phải tất cả các bit đều được sử dụng -Mỗi bit được sử dụng được gọi là một cờ -Các cờ đều có tên và có thể được Lập/Xoá riêng lẽ -Bao gồm các cờ trạng thái và các cờ điều khiển
Flags register AC (Alignment check) (VM) Virtual mode (RF) Resume (NT) Nested task (IOPL) Input/output privilege level (O) Overflow (D) Direction (I) Interrupt (T) Trace (S) Sign (Z) Zero (A) Auxiliary Carry (P) Parity (C) Carry 8086, 8088, 80186 8086, 8088, 80186 80386, 80486DX 80286 80486SX
3.3 Phương pháp quản lý bộ nhớ -Bộ nhớ được xem là một tập hợp các ô nhớ -Mỗi ô nhớ được nhận dạng bằng một Địa chỉ vật lý duy nhất 20-bit - Trong hoạt động truy cập một ô nhớ, Địa chỉ vật lý của nó được tạo ra từ hai giá trị 16-bit: Địa chỉ segment và Địa chỉ Offset - Địa chỉ logic = Địa chỉ segment:Địa chỉ offset
Mối liên hệ giữa ĐCVL và ĐCLG A=Bus 19 0 Địa chỉ vật lý 15 0 15 0 Thanh ghi offset. Thanh ghi Segment 0000
3.4 Mô tả tập lệnh Assembly của 8086/8088 - Khuôn dạng: Mnemonics Các toán hạng - Nhóm lệnh chuyển số liệu - Nhóm lệnh số học - Nhóm lệnh logic - Nhóm lệnh Rẽ nhánh - Nhóm lệnh thao tác string - Nhóm lệnh hỗn hợp
Nhóm lệnh chuyển số liệu Data Transfer Instructions -Chuyển số liệu (sao chép số liệu) từ vị trí này sang vị trí khác -Nguồn số liệu không thay đổi - Đich sẽ có giá trị như giá trị của Nguồn -Các lệnh chuyển số liệu không ảnh hưởng đến các cờ trạng thái trên thanh ghi cờ -Một số lệnh tiêu biểu: MOV, XCHG
Data Transfer Instructions - MOV Khuôn dạng: MOV Đích,Nguồn - Tác dụng: (Đích) Å (Nguồn) - Đích: có thể là: 1. Một thanh ghi 8 hoặc 16 bit của VXL 2. Một vị trí nhớ (1 hoặc 2 ô nhớ liên tiếp nhau) -Nguồn: có thể là: 1. Một thanh ghi 8 hoặc 16 bit củaVXL 2. Một vị trí nhớ (1 hoặc2 ônhớ liên tiếp nhau) 3. Một giá trị cụ thể
Mộtsố lưuý đối vớiMOV - Đích và Nguồn phải có cùng kích cỡ - Đích và Nguồn không thể đồng thời thuộc bộ nhớ -Nếu Đích là một thanh ghi segment của VXL thì Nguồn không thể là một giá trị cụ thể (nói cách khác, không thể nạp giá trị trựctiếp cho một thanh ghi segment bằng lệnh MOV)
Data Transfer Instructions - XCHG Khuôn dạng: XCHG T/h1,T/h2 - Tác dụng: (T/h1) Å (T/h2) - T/h1: có thể là: 1. Một thanh ghi 8 hoặc 16 bit của VXL 2. Một vị trí nhớ (1 hoặc 2 ô nhớ liên tiếp nhau) - T/h2: có thể là: 1. Một thanh ghi 8 hoặc 16 bit củaVXL 2. Một vị trí nhớ (1 hoặc2 ônhớ liên tiếp nhau)
Mộtsố lưuý đối vớiXCHG - T/h1 và T/h2 phải có cùng kích cỡ - T/h1 và T/h2 không thể đồng thời thuộc bộ nhớ - T/h1 và T/h2 không thể là các thanh ghi segment
Các mode địa chỉ - Khi thực hiện lệnh, VXL sẽ thực hiện những thao tác nhất định trên số liệu, các số liệu này được gọi chung là các toán hạng. - Các toán hạng trong một câu lệnh có thể là một phần của câu lệnh (ở dạng mã máy), có thể nằm ở một thanh ghi của VXL hoặc ở Bộ nhớ -Cách xác định toán hạng trong các câu lệnh được gọi là các mode (định) địa chỉ
Các mode địa chỉ - Mode địa chỉ thanh ghi: MOV AX,BX - Mode địa chỉ tức thì: MOV AL,55h - Các mode địa chỉ bộ nhớ: Các cách thức xác định địa chỉ vât lý của toán hạng nằm trong bộ nhớ: Mode địa chỉ trực tiếp Các mode địa chỉ gián tiếp
Mode địa chỉ trựctiếp (Direct Addressing Mode)
Mode địa chỉ gián tiếp thanh ghi (Register Indirect Addressing Mode)
Mode địa chỉ cơ sở-chỉ số (Based-Indexed Addressing Mode)
Nhớ các mode địachỉ bộ nhớ như thế nào? •Tất cả bắt đầu trong bảng sau đây: BX SI BP DI DISP •Lấyra0 hoặc1 phầntử từ mỗicột • (Không lấy2 phầntử từ mộtcột) •Phải lấy ít nhất 1 phần tử từ bảng
Các ví dụ Addressing Instruction Comment Memory Contents Mode MOV AX, BX Move to AX the 16-bit value in BX Register 89 D8 OP MODE MOV AX, DI Move to AX the 16-bit value in DI Register 89 F8 OP MODE MOV AH, AL Move to AL the 8-bit value in AX Register 88 C4 OP MODE MOV AH, 12h Move to AH the 8-bit value 12H Immediate B4 12 OP DATA8 MOV AX, 1234h Move to AX the value 1234h Immediate B8 34 OP DATA16 Move to AX the constant defined as MOV AX, CONST Immediate B8 lsb msb CONST OP DATA16 Move to AX the address or offset of MOV AX, X Immediate B8 lsb msb the variable X OP DATA16 Move to AX the value at memory MOV AX, [1234h] Direct A1 34 12 location 1234h OP DISP16 Move to AX the value in memory MOV AX, [X] Direct A1 lsb msb location DS:X OP DISP16
Các ví dụ Addressing Instruction Comment Memory Contents Mode Move to the memory location MOV [X], AX Direct A3 lsb msb pointed to by DS:X the value in AX OP DATA16 Move to AX the 16-bit value pointed MOV AX, [DI] Indexed 8B 05 to by DS:DI OP MODE Move to address DS:DI the 16-bit MOV [DI], AX Indexed 89 05 value in AX OP MODE Move to AX the 16-bit value pointed Register MOV AX, [BX] 8B 07 to by DS:BX Indirect OP MODE Move to the memory address DS:BX Register MOV [BX], AX 89 07 the 16-bit value stored in AX Indirect OP MODE Move to memory address SS:BP Register MOV [BP], AX 89 46 the 16-bit value in AX Indirect OP MODE Move to AX the value in memory at Register MOV AX, TAB[BX] 8B 87 lsb msb DS:BX + TAB Relative OP MODE DISP16 Move value in AX to memory Register MOV TAB[BX], AX 89 87 lsb msb address DS:BX + TAB Relative OP MODE DISP16 Move to AX the value in memory at Base Plus MOV AX, [BX + DI] 8B 01 DS:BX + DI Index OP MODE
Các ví dụ Addressing Instruction Comment Memory Contents Mode Move to the memory location Base Plus MOV [BX + DI], AX 89 01 pointed to by DS:X the value in AX Index OP MODE Move word in memory location Base Rel MOV AX, [BX + DI + 1234h] 8B 81 34 12 DS:BX + DI + 1234h to AX register Plus Index OP MODE DISP16 MOV word [BX + DI + Move immediate value 5678h to Base Rel C7 81 34 12 78 56 1234h], 5678h memory location BX + DI + 1234h Plus Index
Mã máy Mộtlệnh có thể dài từ1 đến6 byte • Byte 1 gồm: – Opcode (6 bit) xác định phép toán cần thực hiện – Bit D xác định toán hạng ở REG của Byte 2 là nguồn hay đích: 1: Đích 0: Nguồn – Bit W xác định kích cỡ của toán hạng là 8 bit hay 16 bit 0: 8 bit 1: 16 bit • Byte 2 gồm:Mode field (MOD), Register field (REG) Register/memory field (R/M field)
Anatomy of an instruction Opcode Mode Displacement Data/Immediate • Opcode contains the type of instruction we execute plus two special bits, D and W D W • The mode byte is used only in instructions that use register addressing modes and encodes the source and destination for instructions with two OPCODE operands • D stands for direction and defines the data flow of the instruction MODREG R/M – D=0, data flows from REG to R/M – D=1, data flows from R/M to REG • W stands for the size of data – W=0, byte-sized data – W=1, word (in real mode) or double-word sized (in protected mode)
AnatomyAnatomy ofof anan instructioninstruction Opcode Mode Displacement Data/Immediate • MOD field specifies the addressing mode D W • 00 – no displacement • 01 – 8-bit displacement, sign extended OPCODE • 10 – 16-bit displacement • 11 – R/M is a register, register addressing mode • If MOD is 00,01, or 10, the R/M field selects one of the memory addressing modes MODREG R/M
Registers in the REG and R/M fields Code W=0 (Byte) W=1 (Word) W=1 (DWord) 000 AL AX EAX 001 CL CX ECX 010 DL DX EDX 011 BL BX EBX 100 AH SP ESP 101 CH BP EBP 110 DH SI ESI 111 BH DI EDI
Example • Consider the instruction 8BECh Code W=0 W=1 W=1 • 1000 1011 1110 1100 binary 000 AL AX EAX 001 CL CX ECX • Opcode 100010 -> MOV 010 DL DX EDX 011 BL BX EBX • D=1 data goes from R/M to REG 100 AH SP ESP 101 CH BP EBP 110 DH SI ESI • W=1 data is word-sized 111 BH DI EDI • MOD=11, register addressing • REG=101 destination, R/M=100 source • MOV BP, SP
Displacement addressing • If MOD is 00, 01, or 10 R/M has an entirely different meaning MOD FUNCTION R/M Code Function 00 No displacement 000 DS:BX+SI 01 8-bit sign-extended displacement 10 16-bit displacement 001 DS:BX+DI 11 R/M is a register (register addressing mode) 010 SS:BP+SI Examples: 011 SS:BP+DI If MOD=00 and R/M=101 mode is [DI] 100 DS:SI If MOD=01 and R/M=101 mode is 101 DS:DI [DI+33h] 110 SS:BP If MODE=10 and R/M=101 modes is 111 DS:BX [DI+2233h]
Code W=0 W=1 W=1 Example 000 AL AX EAX 001 CL CX ECX 010 DL DX EDX 011 BL BX EBX 100 AH SP ESP • Instruction 8A15h 101 CH BP EBP 110 DH SI ESI • 1000 1010 0001 0101 111 BH DI EDI • Opcode 100010 -> MOV R/M Code Function • D=1, data flows from R/M to REG 000 DS:BX+SI • W=0, 8-bit argument 001 DS:BX+DI • MOD=00 (no displacement) 010 SS:BP+SI 011 SS:BP+DI •REG=010 (DL) 100 DS:SI • REG=101 ([DI] addressing mode) 101 DS:DI • MOV DL, [DI] 110 SS:BP 111 DS:BX
Direct Addressing Mode •MOD is always 00 • R/M is always 110 • REG encodes the register to/from we take data as usual • Third byte contains the lower-order bytes of the displacement, fourth byte contains the high order byte of the displacement
Direct Addressing • Example: 8816 00 10 • 1000 1000 0001 0110 0000 0000 0001 0000 Code W=0 W=1 W=1 • Opcode 100010 -> MOV 000 AL AX EAX 001 CL CX ECX 010 DL DX EDX • W=0 (byte-sized data) 011 BL BX EBX 100 AH SP ESP • D=0 data flows from REG 101 CH BP EBP 110 DH SI ESI • MOD 00, REG=010 (DL), R/M=110 111 BH DI EDI • Low-order byte of displacement 00 • High-order byte of displacement 10 • MOV [1000h], DL
Segment MOV instructions • Different opcode 100011 • Segments are selected by setting the REG field Example MOV BX, CS REG Code Segment reg. Opcode 10001100 000 ES MOD=11 (register addressing) 001 CS 010 SS REG=001 (CS) 011 DS R/M=011 (BX) 100 FS 101 GS 8CCB
Mã máy REG xác định thanh ghi cho toán hạng thứ nhất
Mã máy MOD và R/M cùng nhau xác định toán hạng thứ hai
Mã máy MOD và R/M cùng nhau xác định toán hạng thứ hai
Ví dụ Mã hoá lệnh MOV BL,AL • Opcode đối với MOV là 100010 • Ta mã hoá AL sao cho AL là toán hạng nguồn: – D = 0 (AL là toán hạng nguồn) • W bit = 0 (8-bit) • MOD = 11 (register mode) • REG = 000 (mã của AL) • R/M = 011 (mã củaBL) Kết quả:: 10001000 11000011 = 88 C3
Nhóm lệnh Số học •Bên cạnh tác dụng, cần chú ý đến ảnh hưởng của lệnh đối với các cờ trạng thái •Cáclệnh số học th/thường: ADD, SUB, •Các lệnh số học khác: CMP. NEG, INC, DEC, • Ảnh hưởng đến các cờ trạng thái –CF – OF Phụ thuộc vào quá trình thực hiện phép toán –AF –ZF = 1 nếu Kết quả bằng 0 – SF = 1 nếu MSB của Kết quả = 1 – PF = 1 nếu byte thấp của kết quả có Parity chẳn
Arithmetic Instructions - ADD Khuôn dạng: ADD Đích,Nguồn - Tác dụng: (Đích) Å (Đích)+(Nguồn) - Đích: có thể là: 1. Một thanh ghi 8 hoặc 16 bit của VXL 2. Một vị trí nhớ (1 hoặc 2 ô nhớ liên tiếp nhau) -Nguồn: có thể là: 1. Một thanh ghi 8 hoặc 16 bit củaVXL 2. Một vị trí nhớ (1 hoặc2 ônhớ liên tiếp nhau) 3. Một giá trị cụ thể
Ảnh hưởng của ADD –ZF = 1nếu Kết quả bằng 0 – SF = 1 nếuMSBcủa Kết quả = 1 – PF = 1 nếu byte thấp của kết quả có Parity chẳn •CF được lập nếu tràn không dấu (có nhớ từ MSB) •OF được lập nếu tràn có dấu: - Có nhớ từ MSB, Không có nhớ vào MSB - Có nhớ vào MSB, Không có nhớ từ MSB •AF được lập nếu có nhớ từ nibble thấp vào nibble cao (từ bit 3 vào bit 4)
Các cờ trên thanh ghi cờ • Các bit nhất định trên thanh ghi cờ điều khiển hoạt động hoặc phản ánh trạng thái của vi xử lý –Các cờ điều khiển (TF, IF, DF) •Quyết định cách đáp ứng của vi xử lý trong các tình huống nhất định –Các cở trạng thái (CF, PF, AF, ZF, SF, OF) •Bị ảnh hưởng bởi các phép toán nhất định •Phục vụ cho các lệnh có điều kiện
Các cờ điều khiển • DF - Direction flag (Cờ hướng) – DF = 1: huớng xuống –DF = 0: hướng lên • IF – Interrupt flag (Cờ ngắt) – IF = 1: cho phép ngắt ngoài –IF = 0: cấm ngắt ngoài (đối với ngắtcheđược) • TF - Trace flag – TF = 1: vi xử lý thực hiện từng lệnh một
Các cờ trạng thái •Carry • Zero – carry or borrow at – result is 0 MSB in add or subtract •Sign – last bit shifted out – result is negative • Parity •Overflow – low byte of result has – signed overflow even parity occurred during add or • Auxiliary subtract – carry or borrow at bit 3
(Signed) Overflow • Can only occur when adding numbers of the same sign (subtracting with different signs) • Detected when carry into MSB is not equal to carry out of MSB – Easily detected because this implies the result has a different sign than the sign of the operands • Programs can ignore the Flags!
Signed Overflow Example 10010110 00110110 + 10100011 + 01100011 00111001 10011001 Carry in = 0, Carry out = 1 Carry in = 1, Carry out = 0 Neg+Neg=Pos Pos+Pos=Neg Signed overflow occurred Signed overflow occurred OF = 1 (set) OF = 1 (set)
Examples of No Signed Overflow 10010110 10010110 + 01100011 + 11110011 11111001 10001001 Carry in = 0, Carry out = 0 Carry in = 1, Carry out = 1 Neg+Pos=Neg Neg+Neg=Neg No Signed overflow occurred No Signed overflow occurred OF = 0 (clear) OF = 0 (clear)
Unsigned Overflow • The carry flag is used 10010110 to indicate if an + 11110011 unsigned operation 10001001 overflowed • The processor only Carry out = 1 adds or subtracts - it Unsigned overflow occurred does not care if the CF = 1 (set) data is signed or unsigned!
DEBUG's Register Display -R 000 SP=0010 BP=0000 SI=0000 DI=0000 00F IP=004F NV UP DI PL NZ NA PO NC • The state of the Flags are shown in line 2 • OV/NV: (no)oVerflow DN/UP: direction • EI/DI: En(Dis)abled Interrupts • NG/PL: sign ZR/NZ: (not)Zero • AC/NA: (no)Auxiliary PE/PO: Even/Odd • CY/NC: (no)Carry (set/clear)
Arithmetic Instructions - SUB Khuôn dạng: SUB Đích,Nguồn - Tác dụng: (Đích) Å (Đích)-(Nguồn) - Đích: có thể là: 1. Một thanh ghi 8 hoặc 16 bit của VXL 2. Một vị trí nhớ (1 hoặc 2 ô nhớ liên tiếp nhau) -Nguồn: có thể là: 1. Một thanh ghi 8 hoặc 16 bit củaVXL 2. Một vị trí nhớ (1 hoặc2 ônhớ liên tiếp nhau) 3. Một giá trị cụ thể
Ảnh hưởng của SUB –ZF = 1nếu Kết quả bằng 0 – SF = 1 nếuMSBcủa Kết quả = 1 – PF = 1 nếubytethấp của kết quả có Parity chẳn •CF được lập nếu tràn không dấu (có mượn vào MSB) •OF được lập nếu tràn có dấu: -Có mượn từ MSB, Không có mượn từ MSB -Có mượn từ MSB, Không có mượn vào MSB •AF được lập nếu có mượn từ nibble cao vào nibble thấp(từ bit 4 vào bit 3)
Arithmetic Instructions - CMP Khuôn dạng: CMP Đích,Nguồn - Tác dụng: (Đích)-(Nguồn) - Đích: có thể là: 1. Một thanh ghi 8 hoặc 16 bit của VXL 2. Một vị trí nhớ (1 hoặc 2 ô nhớ liên tiếp nhau) -Nguồn: có thể là: 1. Một thanh ghi 8 hoặc 16 bit củaVXL 2. Một vị trí nhớ (1 hoặc2 ônhớ liên tiếp nhau) 3. Một giá trị cụ thể
Arithmetic Instructions – INC, DEC, NEG •INC T/h • Trong đó: T/h có thể là các thanh ghi hoặc vị trí nhớ • Tác dụng: (T/h) Å (T/h)+1 • DEC T/h • Trong đó: T/h có thể là các thanh ghi hoặc vị trí nhớ • Tác dụng: (T/h) Å (T/h)-1 •Lưu ý: Các lệnh INC và DEC không ảnh hưởng đến cờ CF •Lệnh NEG T/h: Đảo dấu của T/h (Lấybù2) • Lệnh NEG sẽ lập cờ OF nếu giá trị của T/h là giá trị âm nhất trong dải giá trị của các số có dấu tương ứng
Nhóm lệnh Logic •Cần chú ý đến ảnh hưởng của lệnh đối với các cờ trạng thái •Cáclệnh logic th/thường: NOT, AND, OR, XOR NOT A: ~A AND A,B: A &= B OR A,B : A |= B XOR A,B: A ^= B • NOT không ảnh huởng đến các cờ trạng thái. •Các lệnh khác: –CF = 0 –OF = 0 –ZF = 1 nếu Kết quả bằng 0 – SF = 1 nếu MSB của Kết quả = 1 – PF = 1 nếu byte thấp của kết quả có Parity chẳn – AF không xác định
Một số ví dụ AL 1100 1010 AL 0011 0101 NOT AL BL 0110 1101 AL 0011 0101 OR AL, BL AL 0111 1101 AL 0011 0101 BL 0110 1101 AL 0011 0101 AND AL, BL BL 0000 1111 AL 0010 0101 OR AL, BL AL 0011 1111 AL 0011 0101 BL 0000 1111 AL 0011 0101 AND AL, BL BL 0110 1101 AL 0000 0101 XOR AL, BL AL 0101 1000
Một số ứng dụng • Bài toán Xoá bit: Xoá một bit nào đó của một toán hạng mà không làm ảnh hưởng đến các bit còn lại của toán hạng đó • Bài toán Kiểm tra bit: Xác định một bit nào đó của một toán hạng là bằng 0 hay 1 (thông qua giá trị củamộtcờ trạng thái) • Bài toán Lập bit: Lập một bit nào đó của một toán hạng mà không làm ảnh hưởng đến các bit còn lại của toán hạng đó
Nhóm lệnh logic •Các lệnh logic khác: Lệnh TEST, Các lệnh dịch (Shift) và Các lệnh quay (Rotate) •Lệnh TEST chỉ khác lệnh AND là không giữ lại kết quả của phép toán •Các lệnh dịch và Các lệnh quay đều có hai khuôn dạng: Khuôn dạng 1: Mnemonic Toán hạng,1 Khuôn dạng 2: Mnemonic Toán hạng,CL • Tác dụng của một câu lệnh theo khuôn dang 2 giống như tác dụng liên tiếp của N câu lệnh tương ứng theo khuôn dạng 1, với N là giá trị của thanh ghi CL
Các lệnh Dịch trái: SHL, SAL CF Register 0
ShiftShift rightright SHRSHR Register CF 0
Shift right SAR Register CF
Rotate through Carry L/R (Quay trái/phải thông qua carry) RCL RCR
RotateRotate left/rightleft/right ((QuayQuay trtrááii//phphảảii khkhôôngng quaqua carrycarry)) ROL ROR
Nhóm lệnh rẽ nhánh • Làm thay đổi trật tự thực hiện lệnh bình thường của vi xử lý • Lệnh nhảy không điều kiện: JMP • Các lệnh nhảy có điều kiện: Jxxx • Lệnh lặp: LOOP và các biến thể của nó • Các lệnh có liên quan đến Chương trình con: -CALL (gọi chương trình con) - RET (trở về chương trình gọi) • Các lệnh có liên quan đến Chương trình con phục vụ ngắt -INT (gọi chương trình con phụcvụ ngắt-Gọi ngắt) - IRET (quay về chương trình gọi ngắt)
Lệnh nhảy không điều kiện •JMP nhãn –Nhảy gần: E9 xx xx (3 byte) –Nhảy ngắn: EB xx (2 byte) –Nhảy xa: EA xx xx xx xx (5 byte) • Nhãn: tên do ngườIlập trình tựđặt ra theo qui tắc đặt tên của Assembler và có thể đặt vào trước một câu lệnh bất kỳ trong chương trình cùng với dấu : nhãn: Câu lệnh cần thực hiện • Nhãn sẽ được dịch thành địa chỉ • Khoảng cách nhảy: Khoảng cách đại số (có dấu) từ lệnh nhảy đến lệnh cần thực hiện
Cơ chế thực hiện lệnh nhảy •Cáclệnh nhảyngắnvàgầnchỉ làm thay đổi giá trị của thanh ghi IP –Lệnh nhảyngắncộng khoảng cách nhảy 8-bit có dấu vào giá trị hiệnthời củaIP –Lệnh nhảygầncộng khoảng cách nhảy 16-bit có dấu vào giá trị hiệnthời củaIP •Lệnh nhảyxalàmthayđổi cả CS và IP – Gán cho CS và IP các giá trị mới
Mã máy của lệnh nhảy 1106:0100 EB2A JMP 012C • 012C-0102=002A 1106:0102 EBFC JMP 0100 • 0100-0104=FFFC 1106:0104 E97F00 JMP 0186 • 0186-0106=0080 (too far for short!) • 0186-0107=007F 1106:0107 E9F5FE JMP FFFF • FFFF-010A=FEF5
Các lệnh nhảy có điều kiện • Jxxx nhãn – Có gần 40 menmonic khác nhau •Các lệnh nhảy điều kiện đơn: phụ thuộc vào giá trị của 1 cờ. • JNZ/JNE - Nhảy nếu cờ ZF = 0, nghĩa là kết quả của phép toán trước đó khác không •JC -Nhảy nếu CF = 1, nghĩa là câu lệnh trước đó lập cờ carry • JZ/JE •JNC
Các lệnh nhảy có điều kiện •Tất cả các lệnh nhảy có điều kiện phải là nhảy ngắn – khoảng cách nhảy: -128 to +127 bytes •Tổ hợp với lệnh nhảy không điều kiện để có thể vượt qua giới hạn này. •Các lệnh nhảy điều kiện kép: phụ thuộc vào giá trị của nhiều cờ • JB/JNAE • JNL/JGE
ứng dụng của các lệnh nhảy có điều kiện •Kết hợp vớiJMP để xây dựng các cấu trúc lập trình cơ bản: -Cấu trúc điều kiện -Cấu trúc lặp •Các lệnh nhảy thường theo sau các lệnh làm thay đổi giá trị của các cờ trạng thái: –CMP – TEST
Cấu trúc điều kiện mov ax,n cmp ax,7 jz nhan1 lệnh 1 jmp nhan2 nhan1:lệnh 2 nhan2:lệnh 3
Cấu trúc lặp mov ax,n nhan1: cmp ax,0 jz nhan2 lệnhi sub ax,2 jmp nhan1 nhan2: lệnhk
Cấu trúc điều kiện - AND char n; int w,x; ;if(n>='A'&&w==x) if (n>='A' && w==x) mov ah,n cmp ah,'A' whatever(); jl nogo mov ax,w cmp ax,x jne no_go ;then-part call whatever nogo:
Cấu trúc điều kiện-OR char n,k; unsigned int w; ;if(n k || w<=10) mov ah,n cmp ah,k whatever(); jne then_ cmp w,10 ja end_if then_: call whatever end_if:
Lệnh LOOP •LOOP nhan –Giảm CX đi 1 mov cx,9 –Nếu (CX) <> 0 thì JMP nhan. Nếu không nhan: lệnh 1 thì tiếp tục thực hiện lệnh 2 lệnh theo trật tự bình lệnh 3 thường loop nhan
LOOPZ/E và LOOPNZ/E •Các biến thể của •Lưu ý: LOOP giảm LOOP CX nhưng không ảnh • Giá trị của cờ ZF có huởng đến các cờ thể làm kết thúc sớm • LOOPZ == LOOPE vòng lặp • Loop while ZF/equal • LOOPNZ==LOOPNE && CX!=0 •Cáclệnh trong vòng • Loop while (NZ/ not lặpcóthể tác động đến equal) && CX!=0 cờ ZF (CMP ?)
Chương trình con •Chương trình con trong ngôn ngữ Assembly được gọi là Thủ tục (Procedure) •Một thủ tục có thể được thực hiện nhiều lần • Có liên quan đến stack: -lưu giữ Địa chỉ quay về -lưu giữ giá trị của các thanh ghi của vi xử lý
Stack ? •Cấutrúcdữ liệuLIFO ở RWM - PUSH : ghi dữ liệu vào stack, -POP: đọc dữ liệu từ stack • (SS:SP) trỏ đến đỉnh của stack • (SS:BP) truy cập stack ngẫu nhiên (không theo LIFO)
Stack Initialization • The .stack directive hides an array allocation statement that looks like this – The_Stack DB Stack_Size dup (?) • On program load – SS is set to a segment address containing this array (usually The_Stack starts at offset 0) – SP is set to the offset of The_Stack+Stack_Size which is one byte past the end of the stack array • This is the condition for an empty stack
Initial Stack Configuration .stack 12 ;Reserve space for the stack • Loader determines actual segment address for the start of the stack – This is an empty stack Stack Size: 000C SS:0340SS:0340 SP:000CSP:000C
How Does The Stack Work? • The stack grows backwards through memory towards the start of the stack segment Stack Size: 000C SS:0340SS:0340 SP:0008SP:0008 • Push decrements stack pointer Pop increments stack pointer
PUSH • PUSH nguồn – Push nguồn vào stack • PUSHF – Push thanh ghi cờ vào stack •Lệnh PUSH trước hết sẽ giảm SP đi2 rồi lưu giá trị của nguồn vào vị trị nhớ được trỏ bởi (SS:SP)
Ví dụ PUSH Stack Size: 000C 3C 09 A4 40 2C FF A2 43 07 06 4C 2A 09 46 SS:0340SS:0340 SP:0008SP:0008 PUSH AX AX:AX: 01230123 3C 09 A4 40 2C FF A2 23 01 06 4C 2A 09 46 SS:0340SS:0340 SP:0006SP:0006
POP •POP đích – Pop dữ liệu từ đỉnh stack vào đích •POPF – Pop dữ liệu từ đỉnh stack vào thanh ghi cờ •Lệnh POP trướchết copy dữ liệu đượctrỏ bởi (SS:SP) đến đích rồi tăng SP lên 2
Ví dụ POP 3C 09 A4 40 2C FF A2 23 01 06 4C 2A 09 46 SS:0340SS:0340 SP:0006SP:0006 POP ES 3C 09 A4 40 2C FF A2 23 01 06 4C 2A 09 46 SS:0340SS:0340 SP:0008SP:0008 ES:ES: 01230123
Tràn stack! Stack Size: 000C SS:0340SS:0340 SP:FFFESP:FFFE • Stack Overflow • Stack Underflow Stack Size: 000C SS:0340SS:0340 SP:000DSP:000D
Thủ tục Tên_Thủ_tục PROC kiểu ;thân của thủ tục RET ;quay về chuơng trình gọi Tên_Thủ_tục ENDP • kiểu là NEAR hoặcFAR –ngầm định là NEAR •Một thủ tục có thể có nhiều lệnh RET
Lệnh CALL và RET •Gọi một thủ tục (NEAR) CALL Tên_Thủ_tục – push IP vào stack – copy địa chỉ của Tên_Thủ_tục vào IP •Trở về từ một thủ tục(NEAR) RET –pop giá trị ở đỉnh stack vào IP
Thủ tụcFar •Gọi thủ tục (FAR) CALL Tên_thủ_tục –lầnlượt push CS và IP vào stack – copy địa chỉ của Tên_thủ_tục vào CS và IP •Trở về từ thủ tục (FAR) RET –pop giá trị từ đỉnh stack lần lượt vào IP và CS
Gọi ngắt •Gọi ngắt là một lời gọi thủ tục đặc biêt –FAR – Thanh ghi cờ phải được bảo toàn •INT Số ngắt – Thanh ghi cờđược push, TF và IF bị xoá – CS và rồI IP được push – Địachỉ củamộtchương trình con phụcvụ ngắt (Vector ngắt) tương ứng vớiSố ngắt được copy vào CS và IP
Trở về từ ngắt •IRET • Tác dụng của lênh: – Giá trị ở đỉnh của stack được pop vào IP – Giá trịở đỉnh của stack được pop vào CS – Giá trịởđỉnh của stack được pop vào thanh ghi cờ •Chương trình bị ngắt tiếp tục thực hiện dường như không có chuyện gì xảy ra
Xuất ký tự ra màn hình PC •Ngắt21h –Ngắt này hỗ trợ rất nhiều dịch vụ trên PC –Nhận dạng dịch vụ bằng số dịch vụ (số hàm). Số dịch vụ cần được nạp voà thanh ghi AH –Tuỳ theo từng dịch vụ, có thể cần thêm một số đối số khác được nạp vào các thanh ghi xác định • AH = 2, DL = Mã ASCII của ký tự cần xuất – Ký tự được hiển thị tại vị trí hiện thờI của con trỏ
Xuất xâu ký tự ra màn hình PC •Dịch vụ 09h của ngắt 21h – DX = Địa chỉ Offset của xâu (trong đoạndữ liệu) –DS = Địa chỉ segment của xâu – Xâu ký tự phải kết thúc bằng ký tự '$' • Để nạp địa chỉ offset của xâu vào DX, có thể: – LEA DX, Tênxâu – MOV DX, OFFSET Tên xâu
Nhập 1 ký tự từ bàn phím PC •Dịch vụ 01h của ngắt 21h • Khi NSD gõ một ký tự từ bàn phím: –Ký tự sẽ hiện trên màn hình –AL sẽ chứa mã ASCII của ký tự đó •AL=0 nếu ký tự được nhập là ký tự điều khiển
Nhóm lệnh thao tác string • Chúng ta hiểu: string là một mảng byte hoặc từ nằm trong bộ nhớ • Các thao tác string: – Sao chép –Tìm kiếm –Lưu trữ – So sánh
Các đặc điểm •Nguồn: (DS:SI), Đích: (ES:DI) – DS, ES chứa Địa chỉ Segment của string –SI, DI chứa Địa chỉ Offset của string •Cờ hướng DF (0 = Up, 1 = Down) –DF = 0 -Tăng địa chỉ (trái qua phải) –DF = 1 -Giảm địa chỉ (phảIqua trái)
Chuyển (Sao chép) •MOVSB, MOVSW – Chuyển 1 byte hoặc 1 word từ vị trí nhớ này sang vị trí nhớ khác – Tác dụng của lệnh: • Sao chép byte/word từ (DS:SI) đến(ES:DI) •Tăng/Giảm SI và DI 1 hoặc 2 giá trị –NếuCX chứa một giá trị khác không: • REP MOVSB hoặc REP MOVSW sẽ tựđộng sao chép (CX) lần và CX sẽ về không
Ví dụ:Sao chép mảng ; Sao chép 10 byte từ mảng a sang mảng b, giả sử (DS) = (ES) mov cx, 10 mov di, offset b mov si, offset a cld ;xoá cờ DF rep movsb
Ví dụ: Tịnh tiến các ô nhớ mov cx, 7 mov di, offset a+9 mov si, offset a+6 std ;lập cờ DF rep movsb SI DI a
Ví dụ pattern db "!@#*" db 96 dup (?) mov cx,96 mov si, offset pattern mov di, offset pattern+4 cld rep movsb DI SI ! @ # * a
Lưu trữ string STOSB, STOSW •Thường được sử dụng • Copy AL hoặc AX có tiền tố REP và số vào một mảng byte lần lặp trong CX hoặc word – Đích (ES:DI) •Tăng hoặc Giảm DI –phụ thuộcDF
Ví dụ: arr dw 200 dup (?) mov ax,50A0h mov di,offset arr mov cx,200 DI cld AX 50 A0 rep stosw A0 50 A0 50 arr
Nạp String •LODSB, LODSW –Byte hoặcword tại (DS:SI) được copy vào AL hoặcAX –SI tăng hoặc giảm1 hoặc2 giá trị phụ thuộc DF •Thường được dùng với STOSx trong một vòng lặp để xử lý từng phần tử trong một mảng
Ví dụ: mov di, offset b mov si, offset a mov cx,30 cld lp: lodsb and al,0DFh stosb loop lp
Quét String SCASB, SCASW • So sánh AL hoặcAX với byte hoặc word tạI (ES:DI) và tự động tăng hoặc giảm DI •Lệnh này ảnh hưởng đến các cờ trạng thái –Tuỳ theo kết quả so sánh – Dùng trong một vòng lặp REPs • REPZ, REPE, REPNZ, REPNE
Ví dụ arr db 'abcdefghijklmnopqrstuvwxyz' mov di, offset arr mov cx,26 cld mov al,target repne scasb jne nomatch
So sánh String CMPSB, CMPSW • So sánh byte hoặc word tại (DS:SI) với byte hoặc word tạI (ES:DI), tác động đến các cờ và tăng hoặc giảm SI và DI •Thường dùng để so sánh hai mảng với nhau
Ví dụ mov si, offset str1 mov di, offset str2 cld mov cx, 12 repe cmpsb jl str1smaller jg str2smaller ;the strings are equal - so far ;if sizes different, shorter string is less
Nhóm lệnh hỗn hợp - Các lệnh Lập/Xoá trực tiếp các cờ: STC, CLC STD, CLD STI, CLI -Lệnh NOP (No Operation): Không làm gì!!! -Lệnh NOP thường được dùng trong các vòng lặp tạo trễ (delay)bằng phần mềm - Các lệnh Nhập/Xuất dữ liệu đối với các cổng I/O IN OUT
Lệnh IN -Nếu Địa chỉ của cổng Nhỏ hơn hoặc bằng FFh: IN Acc, Địa chỉ cổng - Trong đó: Acc có thể là AL hoặc AX -Nhập dữ liệu từ cổng vào Acc -Nếu Địa chỉ của cổng Lớn hơn FFh: MOV DX, Địa chỉ cổng IN Acc, DX - Trong đó: Acc có thể là AL hoặcAX -Nhập dữ liệu từ cổng vào Acc
Lệnh OUT -Nếu Địa chỉ của cổng Nhỏ hơn hoặc bằng FFh: OUT Địa chỉ cổng, Acc - Trong đó: Acc có thể là AL hoặc AX -Xuất dữ liệu từ Acc ra cổng -Nếu Địa chỉ của cổng Lớn hơn FFh: MOV DX, Địa chỉ cổng OUT DX, Acc - Trong đó: Acc có thể là AL hoặcAX -Xuất dữ liệu từ Acc ra cổng
Tóm tắt chương - Tính tương thích về Cấu trúc thanh ghi của các vi xử lý họ x86 - Tính tương thích về Tập lệnh của các vi xử lý họ x86