→ → Команда безусловного перехода относится к логической операции. Арифметические команды. Вопросы для самопроверки

Команда безусловного перехода относится к логической операции. Арифметические команды. Вопросы для самопроверки

Команды микропроцессора.

Теперь остановимся подробнее на выполняемых командах. Весь набор команд любого микропроцессора можно разделить на несколько групп.

Первая группа - это команды перемещения данных. Повинуясь этим командам, процессор копирует содержимое одной ячейки памяти в другую, копирует информацию из ячейки памяти в один из внутренних регистров либо, наоборот, копирует содержимое регистра в одну из ячеек памяти. Кроме того, данные могут копироваться из одного внутреннего регистра в другой.

Следует заметить, что так называемые команды перемещения, по сути, не перемещают данные из ячейки в ячейку, а копируют эти данные. Операция перемещения в цифровой технике бессмысленна. В общепри­нятом понимании переместить означает убрать из одного места и поме­стить в другое. Но убрать данные из ячейки памяти невозможно!

Любой бит любой ячейки памяти всегда равен либо нулю, либо единице. То есть всегда содержит какое-либо число. Поэтому команды перемещения считывают байт данных из ячейки-источника и записывают их в ячейку-приемник. При этом в ячейке-источнике данные не изменяются.

Ко второй группе относятся команды преобразования данных. Именно в эту группу входят команды сложения, вычитания, логических преобразований, сдвига разрядов и т. д.

К третьей группе относятся команды передачи управления. Вот об этом классе команд я хотел бы поговорить подробнее. Сложно пред­ставить себе программу, состоящую лишь из одной последовательной цепочки команд. Подавляющее число алгоритмов требуют разветвления программы. Это значит, что программа должна уметь выполнять разные последовательности действий в зависимости от некоторого условия.

Пример.

Допустим, что наше микропроцессорное устройство имеет кнопки управления. При нажатии каждой кнопки должно выполняться свое определенное действие. Например, при нажатии одной кнопки исполнительный механизм должен повернуться влево. При нажа­тии другой - повернуться вправо и т. п. Для того, чтобы это было возможно, программа периодически считывает состояние кнопок. Затем программа должна оценить их состояние. Если нажата первая кнопка, выполняется некая последовательность команд, выдающая на соответствующий порт код, приводящий к включению двигателя в прямом направлении. Если нажата вторая кнопка, то выполняется другая последовательность команд, выдающая в тот же порт совсем другой код. Этот код должен вызвать включение двигателя в реверсном направлении.

Очевидно, что для реализации данного алгоритма придется прервать последовательное выполнение команд. Для того, чтобы программа имела возможность менять алгоритм своей работы в зависимости от какого-либо условия, в системе команд любого процессора обязательно имеются команды передачи управления. К командам передачи управления отно­сятся следующие виды команд: команды условного перехода; команды безусловного перехода; команды перехода к подпрограмме; команды организации цикла. Рассмотрим все эти виды команд по порядку.

Команды условного и безусловного перехода

Оба этих вида команд предназначены для того, чтобы прерывать после­довательное выполнение программы и вызывать так называемый переход. Причем условный переход происходит только при соблюдении какого-либо условия. Безусловный переход выполняется всегда, как только программа встретит соответствующую команду. В качестве условий перехода может выступать одно из следующих логических выражений:

♦ величина А равна величине В;

♦ величина А не равна величине В;

♦ величина А меньше величины В;

♦ величина А больше величины В;

♦ величина А меньше или равна величине В;

♦ величина А больше или равна величине В.

В качестве величин для сравнения может выступать содержимое любых внутренних регистров процессора, содержимое любых ячеек памяти или просто константы.

Пример.

Рассмотрим пример применения условного и безусловного переходов. Для наглядности изобразим цепочку команд в программной памяти в виде последовательности графических элементов (см. рис. 2.2). Ход выполнения программы показан при помощи стрелок. Квадратиками обозначены обычные команды (команды перемещения и команды пре­образования данных). Кружочек с вопросом - это команда условного перехода. Скругленный элементе восклицательным знаком - это безусловный переход. Такая программа имеет две ветви. В случае, если условие есть ложь, выполняется ветвь номер 1. В случае, если условие - истина, выполняется ветвь номер 2.

Допустим, что условный переход производит сравнение кода нажатой клавиши с некоторой константой. Тогда действие, выполняемое услов­ным оператором, можно записать так: «Если код нажатой клавиши равен 0, перейти к выполнению ветви номер 2». Соответственно, в случае невы­полнения условия (например, считанное число равно 1), программа про­должит свою работу в обычном режиме и перейдет, таким образом, к выполнению ветви номер 1.

Нарушение естественного порядка следования команд, когда адрес следующей выполняемой команды автоматически вычисляется программным счетчиком, осуществляется путем загрузки в программный счетчик и, при необходимости, в сегментный регистр CS новых адресов. Эти действия выполняются при помощи команд условных и безусловных переходов.

Безусловные переходы

Безусловный переход - это переход, который выполняется всегда. Безусловный переход осуществляется с помощью команды JMP . У этой команды один операнд, который может быть непосредственным адресом, регистром или ячейкой памяти, содержащей адрес. Примеры безусловных переходов:

Jmp metka ;Переход на метку jmp bx ;Переход по адресу в BX jmp word ;Переход по адресу, содержащемуся в памяти по адресу в BX

Условные переходы

Условный переход осуществляется, если выполняется определённое условие, заданное флагами процессора. Cостояние флагов изменяется после выполнения арифметических, логических и некоторых других команд. Если условие не выполняется, то управление переходит к следующей команде.

Существует много команд для различных условных переходов. Давайте рассмотрим подробнее все эти команды:

Команда Переход, если Условие перехода
JZ/JE нуль или равно ZF=1
JNZ/JNE не нуль или не равно ZF=0
JC/JNAE/JB есть переполнение/не выше и не равно/ниже CF=1
JNC/JAE/JNB нет переполнения/выше или равно/не ниже CF=0
JP число единичных бит чётное PF=1
JNP число единичных бит нечётное PF=0
JS знак равен 1 SF=1
JNS знак равен 0 SF=0
JO есть переполнение OF=1
JNO нет переполнения OF=0
JA/JNBE выше/не ниже и не равно CF=0 и ZF=0
JNA/JBE не выше/ниже или равно CF=1 или ZF=1
JG/JNLE больше/не меньше и не равно ZF=0 и SF=OF
JGE/JNL больше или равно/не меньше SF=OF
JL/JNGE меньше/не больше и не равно SF≠OF
JLE/JNG меньше или равно/не больше ZF=1 или SF≠OF
JCXZ содержимое CX равно нулю CX=0

У всех этих команд один операнд - имя метки для перехода. Сравнения «выше» и «ниже» относятся к беззнаковым числам, а «больше» и «меньше» - к числам со знаком.

Команды CMP и TEST

Для формирования условий переходов используются команды CMP и TEST . Команда CMP предназначена для сравнения чисел. Она выполняется аналогично команде SUB : из первого операнда вычитается второй, но результат не записывается на место первого операнда, изменяются только значения флагов. Например:

Cmp al,5 ;Сравнение AL и 5 jl c1 ;Переход, если AL

Команда TEST работает аналогично команде AND , но также результат не сохраняется, изменяются только флаги. С помощью этой команды можно проверить состояние различных битов операнда. Например:

Test bl,00000100b ;Проверить состояние 2-го бита BL jz c2 ;Переход, если 2-й бит равен 0

В группе команд передачи управления различают четыре ти­па команд: безусловные переходы, условные переходы, циклы и прерывания .

Команды безусловных переходов. Включают три мнемокода: JMP (безусловный переход), CALL (вызов подпрограммы) и RET (возврат из подпрограммы).

Команда JMP позволяет осуществить переход в любую точку программы, расположенную как в текущем программном сегмен­те, так и в другом сегменте. При переходе в пределах текущего программного сегмента используются первые три формата ко­манды JMP.

Первый формат обеспечивает переход в произвольную точку программы внутри текущего программного сегмента, для чего к содержимому IP добавляется в дополнительном коде 16-разряд­ное смещение, старший разряд которого является знаковым. Вто­рой, укороченный формат позволяет перейти к точке программы, отстоящей не более чем на -128-f-127 адресов от команды JMP. Наконец, третий формат осуществляет загрузку указателя команд 16-разрядным числом, которое размещено по исполни­тельному адресу ЕА, определяемому постбайтом. Этот переход называется косвенным, так как используется косвенная адреса­ция.

Для реализации безусловного перехода к точке программы, расположенной вне текущего программного сегмента, когда тре­буется перезагрузка сегментного регистра CS, используются четвертый и пятый форматы команды JMP.

Четвертый формат определяет прямой межсегментный пере­ход, при котором во втором и третьем байтах формата указан относительный адрес точки перехода, а в четвертом и пятом бай­тах- новое значение CS. Пятый формат с помощью постбайта позволяет определить исполнительный адрес ЕА, по которому на­ходится относительный адрес точки перехода (в байтах памяти с адресами ЕА, ЕА+1), и новое значение CS (в байтах памяти ЕА+2, ЕА+3).

Команда CALL позволяет вызвать подпрограмму, располо­женную как в текущем программном сегменте, так и в другой области памяти. Она имеет такие же форматы, что и команда JMP, за исключением укороченного. В отличие от команды JMP аналогичного формата по команде CALL перед изменением зна­чений IP или IP и CS происходит автоматическая запись в стек текущих значений этих регистров, что обеспечивает запомина­ние точки возврата из подпрограммы.

Для возврата из подпрограммы используется команда RET, под действием которой происходит передача управления по ад­ресу возврата, занесенному в стек при выполнении предыдущей команды CALL. При возврате из подпрограмм, расположенных в текущем программном сегменте, применяются первые два фор­мата команды RET, причем второй формат отличается от перво­го тем, что к содержимому указателя стека добавляется констан­та, записанная во 2-м и 3-м байтах команды. Это позволяет одновременно с возвратом из подпрограммы сбрасывать пара­метры, записанные в стек при выполнении этой подпрограммы и не используемые в дальнейшем.

Для межсегментного возврата применяются третий и четвер­тый форматы RET, которые обеспечивают восстановление содер­жимого как указателя команд, так и программного сегмента.

Команды условных переходов. Осуществляют передачу уп­равления в зависимости от результатов предыдущих операций. Различают три разновидности условных переходов, которые ис­пользуются для установления соотношений чисел со знаком, чи­сел без знака и произвольных чисел. В первых двух разновидно­стях для одних и тех же соотношений между числами выбирают­ся различные мнемокоды команд, поскольку одним и тем же соотношениям чисел со знаком и чисел без знака соответствуют различные значения флагов.

В мнемокодах команд условных переходов при сравнении чи­сел со знаком для обозначения условия «больше» используется буква G (Greater - больше), а для обозначения - «меньше» буква L (Less - меньше). Для аналогичных условий при сравне­нии чисел без знака используются соответственно буквы A (Abo­ve - над) и В (Below - под). Условие равенства обозначается буквой Е (Equal - равно), а невыполнение некоторого условия - буквой N (Not - не). Следует отметить, что допускается исползование двух различных мнемокодов для каждой команды; на­пример, мнемокоды JL и JNGF - эквивалентны, поскольку ус­ловия «меньше» и «не больше или равно» - идентичны.

Полный список мнемокодов команд, проверяемых условий, а также соответствующие булевские комбинации флагов и их зна­чения приведен в табл. 1.4.

Таблица 1.4

Мнемокод команды Условие Значение флагов
Для чисел со знаком
JL/JNGE Меньше/не больше или равно SF + OF = l
JNL/JGE Не меньше/больше или равно SF + OF = 0
JG/JNLE Больше/не меньше или равно (SF + OF) V ZF = 0
JNG/JLE Не больше/меньше или равно Для чисел без знака (SF + OF) V ZF = l
JB/JNAE Меньше/не больше или равно CF = 1
JNB/JAE Не меньше/больше или равно CF = 0
JA/JNBE Больше CF V ZF = 0
JNA/JBE Не больше Для прочих данных CF V ZF = 1
JE/JZ Равно/по нулю ZF = 1
JNE/JNZ Не равно/по нулю ZF = 0
JS По минусу SF = 1
JNS По плюсу SF = 0
JO По переполнению OF = l
JNO По отсутствию переполнения OF = 0
JP/JPE По четному паритету PF = 1
JNP/JPO По нечетному паритету PF = 0

Все команды условных переходов имеют одинаковый двух­байтовый формат, в первом байте которого задается код опера­ции (КОП), а во втором - 8-разрядное смещение, которое рас­сматривается как число со знаком и, следовательно, позволяет осуществлять изменение адреса в диапазоне от -128 до +127. При необходимости более отдаленного («дальнего») перехода по выполнению условия используется дополнительно команда безусловного перехода.

Время выполнения каждой из команд условных переходов указано для двух случаев: 1) условие выполнено и управление действительно передается в соответствии со смещением, 2) ус­ловие не выполнено, так что управление передается следующей команде.

Команды организации циклов. Введены в ЦП для удобства выполнения вычислительных циклов. К ним относятся следующие мнемокоды: LOOP (цикл, пока (СХ) не равно 0), LOOPNZ/LOOPNE (цикл, пока не нуль/не равно), LOOPZ/LOOPE (цикл, пока нуль/равно) и JCXZ (переход по нулю в СХ). Каждая из этих команд имеет двухбайтовый формат, во втором байте кото­рого указывается 8-разрядное смещение, используемое для орга­низации перехода. Это смещение рассматривается как число со знаком и перед вычислением адреса перехода оно расширяется со знаком до 16 разрядов.

Используя команды циклов совместно с командами манипу­ляции элементами строк, можно составлять достаточно сложные программы преобразования строк. Рассмотрим пример составле­ния программы для перевода строки данных, записанных в шестнадцатеричной системе счисления, в некоторый код, для которого перекодировочная таблица находится в памяти с начального ад­реса, указанного в ВХ, как это требуется для использования команды табличного преобразования кодов XLAT. Пусть далее исходная строка содержит 80 элементов и находится в памяти с относительного начального адреса 100, а строка-результат дол­жна быть размещена с относительного адреса 200. Программа, выполняющая перекодировку исходной строки в строку-резуль­тат, при значении флага направления DF=0 будет иметь вид:

MOV SI ,100
MOV DI ,200
MOV СХ, 80

Здесь использована команда табличного преобразования кодов XLAT, описанная в 1.2.

Команды прерывания. Включают три мнемокода: INT (пре­рывание), INTO (прерывание при переполнении) и IRET (воз­врат из прерывания).

Команда прерывания INT при v = 1 имеет двухбайтовый фор­мат, второй байт которого содержит 8-разрядное число, определя­ющее тип (type) или уровень прерывания. По команде INT type процессор переходит к выполнению программы обслуживания прерывания указанного уровня, причем автоматически выполня­ются действия, необходимые для обеспечения возврата в точку прерывания. Эти действия состоят в следующем: содержимое регистра флагов F записывается в стек (PUSHF), сбрасывают­ся флаги IF и TF, текущие значения регистра CS и указателя команд IP записываются в стек.

Для определения начального адреса программы обслужива­ния в соответствии со значением type используется таблица уровней прерывания. Для каждого из 256 уровней прерываний в этой таблице от­ведено по четыре байта: первые два байта определяют значение указателя команд IP, вторые - значение сегментного регистра CS. Эта четверка байтов определяет начальные адреса программ обслуживания (пары значений CS, IP), которые должны быть предварительно записаны в ячейки памяти по абсолютным адре­сам 0-3FFH. Адрес таблицы, соответствующий указанному в команде INT type уровню прерывания, определяется в ЦП сле­дующим образом. После запоминания в стеке текущих значений CS и ГР осуществляются загрузки: CS = type x 4 + 2 и IP = type x 4. Новые значения CS и IP, взятые соответственно из ячеек с адресами type x 4 + 2 и type x 4, определяют начальный адрес требуемой программы обслуживания.

Рассмотренная выше команда прерывания INT при значении поля v = 0 имеет однобайтовый формат, т. е. не требует специаль­ного указания уровня прерывания. Эта команда автоматически воспринимается процессором как прерывание третьего уровня (type=3) и обычно используется в программах в качестве контрольной точки.

Команда прерывания при переполнении INTO вызывает пе­реход на обслуживание прерывания четвертого уровня (type = 4) в случае, когда значение флага переполнения OF = 1. Команда INTO обычно используется после арифметических команд над числами со знаком. Обычно несколько первых уровней прерыва­ний (до 32) резервируются под обработку ряда специфических ситуаций, таких, например, как попытка деления на нуль, переполнение и тому подобных.

Особенность обработки прерываний зарезервированных уров­ней состоит в том, что процессор переходит к их обслуживанию независимо от значения флага IF разрешения прерываний.

Однобайтовая команда IRET ставится в конце каждой про­граммы обслуживания прерывания и обеспечивает возврат из прерывания. По этой команде процессор извлекает из стека значение указателя команд IP и программного сегмента CS, а также восстанавливает прежнее содержимое регистра флагов F (как и по команде POPF). При необходимости содержимое остальных регистров ЦП, соответствующее прерываемой программе, может быть запомнено в стеке при переходе на программу обслужива­ния и затем восстановлено при возврате из нее с помощью команд обращения к стеку.

логическое ИЛИ , сложение по модулю 2 (Исключающее ИЛИ);
  • логические, арифметические и циклические сдвиги;
  • проверка битов и операндов;
  • установка и очистка битов (флагов) регистра состояния процессора ( PSW ).

    • Команды логических операций позволяют побитно вычислять основные логические функции от двух входных операндов. Кроме того, операция И (AND ) используется для принудительной очистки заданных битов (в качестве одного из операндов при этом используется код маски, в котором разряды, требующие очистки, установлены в нуль). Операция ИЛИ (OR ) применяется для принудительной установки заданных битов (в качестве одного из операндов при этом используется код маски, в котором разряды, требующие установки в единицу, равны единице). Операция "Исключающее ИЛИ" (XOR ) используется для инверсии заданных битов (в качестве одного из операндов при этом применяется код маски, в котором биты, подлежащие инверсии, установлены в единицу). Команды требуют двух входных операндов и формируют один выходной операнд.

    Команды сдвигов позволяют побитно сдвигать код операнда вправо (в сторону младших разрядов) или влево (в сторону старших разрядов). Тип сдвига (логический, арифметический или циклический) определяет, каково будет новое значение старшего бита (при сдвиге вправо) или младшего бита (при сдвиге влево), а также определяет, будет ли где-то сохранено прежнее значение старшего бита (при сдвиге влево) или младшего бита (при сдвиге вправо). Например, при логическом сдвиге вправо в старшем разряде кода операнда устанавливается нуль, а младший разряд записывается в качестве флага переноса в регистр состояния процессора. А при арифметическом сдвиге вправо значение старшего разряда сохраняется прежним (нулем или единицей), младший разряд также записывается в качестве флага переноса.

    Циклические сдвиги позволяют сдвигать биты кода операнда по кругу (по часовой стрелке при сдвиге вправо или против часовой стрелки при сдвиге влево). При этом в кольцо сдвига может входить или не входить флаг переноса. В бит флага переноса (если он используется) записывается значение старшего бита при циклическом сдвиге влево и младшего бита при циклическом сдвиге вправо. Соответственно, значение бита флага переноса будет переписываться в младший разряд при циклическом сдвиге влево и в старший разряд при циклическом сдвиге вправо.

    Для примера на рис. 3.12 показаны действия, выполняемые командами сдвигов вправо.

    Команды проверки битов и операндов предназначены для установки или очистки битов регистра состояния процессора в зависимости от значения выбранных битов или всего операнда в целом. Выходного операнда команды не формируют. Команда проверки операнда ( TST ) проверяет весь код операнда в целом на равенство нулю и на знак (на значение старшего бита), она требует только одного входного операнда. Команда проверки бита (BIT ) проверяет только отдельные биты, для выбора которых в качестве второго операнда используется код маски. В коде маски проверяемым битам основного операнда должны соответствовать единичные разряды.


    Рис. 3.12.

    Наконец, команды установки и очистки битов регистра состояния процессора (то есть флагов) позволяют установить или очистить любой флаг, что бывает очень удобно. Каждому флагу обычно соответствуют две команды, одна из которых устанавливает его в единицу, а другая сбрасывает в нуль. Например, флагу переноса C (от Carry ) будут соответствовать команды CLC (очистка) и SEC или STC (установка).

    3.3.4. Команды переходов

    Команды переходов предназначены для организации всевозможных циклов, ветвлений , вызовов подпрограмм и т.д., то есть они нарушают последовательный ход выполнения программы. Эти команды записывают в регистр- счетчик команд новое значение и тем самым вызывают переход процессора не к следующей по порядку команде, а к любой другой команде в памяти программ. Некоторые команды переходов предусматривают в дальнейшем возврат назад, в точку, из которой был сделан переход, другие не предусматривают этого. Если возврат предусмотрен, то текущие параметры процессора сохраняются в стеке. Если возврат не предусмотрен, то текущие параметры процессора не сохраняются.

    Команды переходов без возврата делятся на две группы:

    • команды безусловных переходов ;
    • команды условных переходов .

    В обозначениях этих команд используются слова Branch (ветвление ) и Jump (прыжок).

    Команды безусловных переходов вызывают переход в новый адрес независимо ни от чего. Они могут вызывать переход на указанную величину смещения (вперед или назад) или же на указанный адрес памяти. Величина смещения или новое значение адреса указываются в качестве входного операнда.

    Команды условных переходов вызывают переход не всегда, а только при выполнении заданных условий. В качестве таких условий обычно выступают значения флагов в регистре состояния процессора ( PSW ). То есть условием перехода является результат предыдущей операции, меняющей значения флагов. Всего таких условий перехода может быть от 4 до 16. Несколько примеров команд условных переходов :

    • переход, если равно нулю;
    • переход, если не равно нулю;
    • переход, если есть переполнение;
    • переход, если нет переполнения;
    • переход, если больше нуля;
    • переход, если меньше или равно нулю.
    нового значения. Если же условие перехода не выполняется, счетчик команд просто наращивается, и процессор выбирает и выполняет следующую по порядку команду.

    Специально для проверки условий перехода применяется команда сравнения ( CMP ), предшествующая команде условного перехода (или даже нескольким командам условных переходов ). Но флаги могут устанавливаться и любой другой командой, например командой пересылки данных, любой арифметической или логической командой . Отметим, что сами команды переходов флаги не меняют, что как раз и позволяет ставить несколько команд переходов одну за другой.

    Совместное использование нескольких команд условных и безусловных переходов позволяет процессору выполнять разветвленные алгоритмы любой сложности. Для примера на рис. 3.13 показано разветвление программы на две ветки с последующим соединением, а на рис. 3.14 - разветвление на три ветки с последующим соединением.

    Команды переходов с дальнейшим возвратом в точку, из которой был произведен переход, применяются для выполнения подпрограмм , то есть вспомогательных программ. Эти команды называются также командами вызова подпрограмм (распространенное название - CALL ). Использование подпрограмм позволяет упростить структуру основной программы, сделать ее более логичной, гибкой, легкой для написания и отладки. В то же время надо учитывать, что широкое использование подпрограмм , как правило, увеличивает время выполнения программы.


    Рис. 3.13.


    Рис. 3.14.

    Все команды переходов с возвратом предполагают безусловный переход (они не проверяют никаких флагов). При этом они требуют одного входного операнда, который может указывать как абсолютное значение нового адреса, так и смещение, складываемое с текущим значением адреса. Текущее значение счетчика команд (текущий адрес) сохраняется перед выполнением перехода в стеке.

    Для обратного возврата в точку вызова



     

     
    Это интересно: