microcomputer_principle_05_算术运算和逻辑运算
Carpe Tu Black Whistle
  2023-02-19 08:46:28 2023-02-19 08:46   2023-02-24 12:54:05    2.4k Words  9 Mins  

算术运算类指令

  • 加法运算指令
  • 减法运算指令
  • 乘法指令
  • 除法指令

不同于数据数据传送类指令
算术运算类指令，执行大多对状态标志位会产生影响

加法指令

  • 普通加法指令 ADD
  • 带进位位的加法指令ADC
  • 加1指令INC

ADD

  • format:
    • ADD OPRD1, OPRD2
  • manipulation:
    • OPRD1+OPRD2 –> OPRD1
  • e.g.
    • MOV AL, 78H
    • ADD AL, 99H

ADD指令的执行对全部6个状态标志位都产生影响

ADC

  • 指令格式、对操作数对要求、对标志位对影响与ADD完全一致
  • manipulation：
    • OPRD1+OPRD2+CF –> OPRD1
    • 这里的CF，是指低位运算的进位。

ADC指令多用于多字节数相加，使用前要先将CF清零

INC指令

  • format:
    • INC OPRD(不能是段寄存器，不能是立即数)
  • manipulation:
    • OPRD+1 –> OPRD

INC指令的执行不影响CF，但会影响其余5个状态标志位
常用与在程序中修改地址指针

加法指令例

按字节运算程序设计

addition

求内存数据段中M1为首和M2为首的两个20字节数之和，并将结果写入M2为首的区域中。

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      LEA SI, M1
      LEA DI, M2
      MOV CX, 20
      CLC           ;--> make CF=0
NEXT: MOV AL, [SI]
      ADC [DI], AL  ; 若CF不进行初始化，首次运算可能会出现+1误操作
      INC SI
      INC DI
      DEC CX
      JNZ NEXT
      HLT

按”字”运算
double-bytes

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      LEA SI, M1
      LEA DI, M2
      MOV CX, 10
      CLC
NEXT: MOV AX, [SI]  ;使用`16bit`的AX
      ADC [DI], AX
      ADD SI, 2     ;间址寄存器移动两位
      ADD DI, 2     ;间址寄存器移动两位
      DEC CX
      JNZ NEXT
      HLT

减法指令

  • 普通减法指令SUB
  • 考虑借位的减法指令SBB
  • 减1指令DEC
    (以上3条与加法指令都一一对应)
  • 比较指令CMP
  • 求补指令NEG

    减法指令对操作数的要求与对应的加法指令相同

SUB指令

  • format:
    • SUB OPRD1, OPRD2
  • manipulation:
    • OPRD1-OPRD2 —-> OPRD1
    • dest-src –> dest

对标志位的影响与ADD指令相同
但是，这里涉及减数与被减数关系

SBB指令

  • 指令格式、对操作数的要求、对标志位的影响与SUB指令完全一样
  • 指令的操作：
    • OPRD1-OPRD2-CF —-> OPRD1

      SBB指令多用于两个多字节数的相减运算
      使用前，请CLEAR CARRY FLAGS–> CLC make CF=0

DEC指令

  • format:
    • DEC OPRD
  • manipulation:
    • OPRD-1 –> OPRD

指令对操作数的要求及对标志位的影响与INC相同
指令常用于在程序中修改技术值

应用程序例

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      MOV BL, 2
NEXT1:MOV CX, 0FFFFH;当立即数的最高位为符号(A-F)
NEXT2:DEC CX        ;/前面必须加上0
      JNZ NEXT2     ;ZF=0转NEXT2
      DEC BL
      JNZ NEXT1     ;ZF=0转NEXT1
      HLT           ;暂停执行

NEG指令

又名为 求补指令

  • format:
    • NEG OPRD
    • OPRD (8/16bit寄存器或存储器操作数)
  • manipulation:
    • 0 - OPRD –> OPRD

对一个负数取补，就相当于用零减取次数

  • 执行NEG指令后，一般情况下都会使CF=1，除非给定的操作数为零才会使CF=0；
  • 当指定的操作数为80H(-128)或为8000H(-32768)，则执行NEG指令后，结果不变，但OF置1，其它情况下OF均为0

CMP指令

  • format:
    • CMP OPRD1, OPRD2
  • manipulation:
    • OPRD1-OPRD2

指令执行的结果不影响目标操作数，仅影响标志位！

  • use to:
    • 用于比较两个数的大小，可作为条件转移指令转移的条件
    • 指令对操作数的要求及对标志位的影响与SUB指令相同

比较大小时，有符号数和无符号数，在 表述范围和数的表达形式上都不太一样，比较大小的时候，两个判定条件都不太一样。

  • 无符号数比较：
    • CMP AX, BX
    • if AXBX –> CF=0
    • if AX < BX –> CF=1
    • if AX=BX –> CF=0, ZF=1
  • 两个带符号数的比较
    • CMP AX, BX

两个数的大小由OF和SF共同决定

  • OF=SF –> AXBX
  • OFSF –> AX<BX

CMP指令例

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      LEA BX, MAX
      LEA SI, BUF
      MOV CL, 20
      MOV AL, [SI]
NEXT: INC SI
      CMP AL, [SI]
      JNC GOON      ; CF=0 转移
      XCHG [SI], AL
GOON: DEC CL
      JNZ NEXT
      MOV [BX], AL
      HLT

maxnimum

乘法运算指令

  • 由分别针对无符号数和有符号数运算指令
    • 有不同的指令助记符
  • 乘、除运算指令均采用隐含寻址方式
  • 请注意该类指令对操作数对要求

乘法指令分为：

  • 无符号的乘法指令 MUL
  • 带符号的乘法指令 IMUL

NOTE:

乘法指令采用隐含寻址，隐含了存放被乘数的累加器AL或AX，以及存放结果的AX或AX，DX；

二进制中，两个8bit二进制数相乘，无论大小，结果一律为16bit字长
两个16bit相乘，结果为32bit字长，32bit字长要存储只能再借助DX存储器(高16位

无符号数乘法指令

  • format:
    • MUL OPRD
    • 不能是立即数
  • manipulation
    • OPRD为字节数 –> ALOPRD –> AX
    • OPRD为16bit数 –> AXOPRD –> DXAX
  • e.g.
    • MUL BYTE PTR[BX]

PTR也是指令，用BYTE来指明[BX]内容长度位1字节

MUL

有符号数乘法指令

  • format:
    • IMUL OPRD
  • 指令格式及对操作数的要求与MUL指令相同。
  • 指令执行原理：
    1. 将两个操作数取补码（对负数按位取反加1，正数不变）；
    2. 做乘法运算；
    3. 将乘积取补码。

除法指令

无符号除法指令

  • format:
    • DIV OPRD

有符号除法指令

  • format:
    • IDIV OPRD

若OPRD是字节数

  • execute: AX/OPRD
  • result:
    • AL = 商 AH = 余数

若OPRD是双字节数

  • execute: DXAX/OPRD
  • result:
    • AX = 商 DX = 余数

除法运算中，被除数的长度为除数的两倍

算术运算指令小结

  • 指令执行影响状态标志位
  • 乘法指令执行结果为相乘数的双倍字长；除法指令要求被除数的双倍字长。
  • e.g.
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MOV SI, 1200H
MOV WORD PTR[SI], 8765H
MOV AL, [SI]
INC SI
MUL BYTE PTR[SI]

以上示例代码，实现了将8765H存入1200H所指的一个字WORD的内存单元
并且实现了87H65H

  • e.g. 在上例基础上修改末3位指令
    • MOV AX, [SI]
    • MUL WORD PTR[SI]

实现了字与字的乘法8765H8765H

  • 算术运算累指令的执行会影响状态标志位。其中：

    • INC和DEC指令的执行不会影响CF

  • 该类指令中，全部双操作数指令对操作数的要求与MOV指令完全相同；所有单操作数指令都要求操作数：

    • 不能是立即数
    • 如果是存储器操作数，需要声明操作数的字长（用PTR运算符

  • 乘法运算中： 乘积是乘数的双倍字长

  • 除法指令要求被除数是除法数的双倍字长

逻辑运算

  • 基本逻辑运算：

    • 与、或、非
    • 异或

  • 逻辑运算指令 –> 实现逻辑操作的指令

  • 对操作数的要求：

    • 大多与MOV指令相同。
    • ‘非’运算指令要求操作数不能是立即数；(存储器操作数，需要声明字长)

  • 对标志位的影响

    • 除’非’运算指令，其余指令的执行都会影响除AF外的5个标志；
    • 无论结果如何，都会使标志位OF=CF=0。
    • ‘非’运算指令的执行不影响标志位。

AND

  • format:
    • AND OPRD1, OPRD2
  • manipulation:
    • 两操作数相”与”，结果送目标地址。
    • AND OPRD1, OPRD2 –> OPRD1
  • use to
    • 实现两操作数按位相与的运算
      • AND BL, [SI]
    • 使目标操作数的某些位不变，某些位清零
      • AND AL, 0FH
    • 在操作数不变的情况下使CF和OF清零
      • AND AX, AX

指令应用例

  • 从地址为3F8H端口中读入一个字节数，如果该数bit1位为1，则可从38FH端口将DATA为首地址的1个字输出，否则就不能进行数据传送。
  • 要求：编写相应的程序段。
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      MOV DX, 3F8H
WATT: IN AL, DX
      AND AL, 02H
      JZ WATT     ;--> ZF=1 转移
      MOV DX, 38FH
      MOV AX, DATA
      OUT DX, AX

思路:
and e.g.

OR

  • format:
    • OR OPRD1, OPRD2
  • manipulation:
    • 两操作数相‘或’，结果送目标地址
  • use to:
    • 实现两操作数相’或‘的运算
      • OR AX, [DI]
    • 使某些位不变，某些位置‘1’
      • OR CL, 0FH
    • 在不改变操作数的情况下使OF=CF=0
      • OR AX, AX

将一个二进制数9转化为字符’9’

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MOV AL, 9
OR AL, 30H

MOV AL, 9
ADD AL, 30H

NOT

  • format:
    • NOT OPRD
  • manipulation:
    • 操作数按位取反再送回原地址
  • NOTE:
    • 指令的执行对标志位无影响
  • e.g.
    • NOT BYTE PTR[BX]

XOR

  • format:
    • XOR OPRD1, OPRD2
  • manipulation:
    • 两操作数相“异或”，结果送目标地址
  • e.g.
    • XOR BL, 80H (高位取反)
    • XOR, AX, AX

逻辑运算指令总体比算术运算指令的性能略微高，
XOR运算清零，比算术清零更快

TEST

TEST 指令和ADD指令基本相同，除了：
TEST 运算结果不送回目标地址

  • format：
    • TEST OPRD1, OPRD2
  • manipulation:
    • 执行“与”运算，但运算结果不送回目标地址。
  • 应用：
    • 常用于测试某些位的状态

从地址位3F8H的端口中读入一个字节数，当该数的bit1，bit3，bit5位同时为1时，可从38FH端口将DATA为首地址的一个字输出，否则就不能进行数据传送。
（编写相应的程序段）

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      LEA SI, DATA
      MOV DX, 3F8H
WATT: IN AL, DX
      TEST AL, 02H
      JZ WATT       ; ZF=1转移
      TEST AL, 08H
      JZ WATT
      TEST AL, 20H
      JZ WATT

      MOV DX, 38FH
      MOV AX, [SI]
      OUT DX, AX

更好的解法

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      LEA SI, DATA
      MOV DX, 3F8H
WATT: IN AL, DX
      AND AL, 2AH
      CMP AL, 2AH ; XOR AL, 2AH
      JNZ WATT

      MOV DX, 38FH
      MOV AX, [SI]
      OUT DX, AX
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  • Post author: Carpe Tu
  • Create time: 2023-02-19 08:46:28
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  1. 1. 算术运算类指令
    1. 1.1. 加法指令
      1. 1.1.1. ADD
      2. 1.1.2. ADC
      3. 1.1.3. INC指令
      4. 1.1.4. 加法指令例
    2. 1.2. 减法指令
      1. 1.2.1. SUB指令
      2. 1.2.2. SBB指令
      3. 1.2.3. DEC指令
      4. 1.2.4. NEG指令
      5. 1.2.5. CMP指令
    3. 1.3. 乘法运算指令
      1. 1.3.1. 无符号数乘法指令
      2. 1.3.2. 有符号数乘法指令
    4. 1.4. 除法指令
    5. 1.5. 算术运算指令小结
  2. 2. 逻辑运算
    1. 2.1. AND
      1. 2.1.1. 指令应用例
    2. 2.2. OR
    3. 2.3. NOT
    4. 2.4. XOR
    5. 2.5. TEST