第三章 80868088的指令系统

3．1 指令的基本格式一、指令构成微计算机的指令系统通常由几十种或百余种指令组成(可见表2－1)。

每种指令又由两个字段(Field)构成：l．操作码(OP-Code)字段该字段指示计算机所要执行的操作类型，由一组二进制代码表示，在汇编语言中又用助记将(Mnemonic)代表。

8086执行指令时，首先将操作码从指令队列取入执行部件EU中的控制单元，经指令译码器识别后，产生执行本指令操作所需的时序性控制信号，控制计算机完成规定的操作。

2．操作数(Oprand)字段该字段则是指出指令执行的操作所需的操作数。

在操作数字段中，可以是操作数本身，或是操作数地址或是操作数地址的计算方法。

微计算机中此字段通常可有一个或两个，称前者为单操作数指令，称后者为双操作数指令。

而双操作数又分别称为源操作数src (source)和目的操作数dst(destination)。

在指令执行之前，src和dst均为参加运算处理的两个操作数，指令执行之后，在dst中则存放运算处理的结果。

指令的基本格式如下：二、80868086的指令长度可在1～6字节的范围，如图3－1所示。

其中B l和B0为基本字节，B3～B6将根据不同指令作相应的安排。

(1)B1字节各字段定义如下：OP--指令操作码。

D--表示方向。

D＝1寄存器为目的，D＝0寄存器为源。

W--表示字节或字处理方式。

W=0为字节指令，W=1为字指令。

(2)B2字节各字段定义如下：MOD--给出指令的寻址方式。

8086的一条指令中，最多可使用两个操作数，它们不能同时位于存储器中，最多只能有一个是存储器操作数。

当MOD=11时为存储器方式，即有一个操作数位于存储器中；MOD＝00，没有位移量； MOD01，只有低8位位移量，需将符号扩展8位，形成16位； MOD＝10有16位位移量。

当MOD=1l时，为寄存器方式，两个操作数均为寄存器。

REG--表示指令中只有一个操作数，这个操作数为寄存器，可见表3－1，表中左部示出寄存器对应的编码。

R／M--R／M受MOD制约。

当 MOD=11(即寄存器方式时)，由此字段给出指令中第二个操作数所在的寄存器编码；当MOD≠11时，此字段用来指出应如何计算指令中使用的存储器操作数的有效地址。

MOD和R ／M字段表示的有效地址 EA计算方法如表3－1所示，共2 4种。

(3) B3～B6字节这四个字节一般是给出存储器操作数地址的位移量(即偏移量)和／或立即操作数。

位移量可为8位，也可为16位，这由MOD来决定。

8086规定16位的字位移量的低位字节放于低地址单元，高位字节放于高地址单元。

若指令中只有8位位移量， 8086在计算有效地址时，自动用符号将其扩展成一个16位的双字节数，以保证有效地址的计算不产生错误，实现正确的寻址。

指令中的立即操作数位于位移量的后面。

若B3，B4有位移量，立即操作数就位于B5，B6。

若指令中无位移量，立即操作数就位于B3，B4字节。

总之，指令中缺少的项将由后面存在的项向前顶替，以减少指令长度。

3.2 8086的寻址方式8086的操作数可隐含在操作码中，也可以是操作数字段中的操作数本身，还可以是存放操作数的地址，如寄存器，I／0端口及存储器。

对存储器，给出的或是存储器地址，或是产生存储器地址的信息。

从表3－l可见，共有2 4种计算存储器有效地址EA(Effect Address)的方法。

这些有效地址均在除代码段以外的存储段中，它表示的是离段起始地址的距离。

以上所有能寻得操作数来源的方式，称为寻址方式。

8086的寻址方式也是8位的8080／8085的母集，对不同的操作数8086有不同的方法对它们进行存取，特别是对存储器操作数，增加了许多支持数组处理和字符串处理的寻址方式。

这样，可使指令方便灵活地寻址整个存储器空间，同时，对支持高级语言的使用也是必不可少的。

一、固定寻址( Inherent Addressing)8086的单操作数指令，其操作是规定在CPU中某个固定的寄存器中进行，这个寄存器又被隐含在操作码中，因此，这种寻址方式的指令大多为单字节指令，例如，加减法的十进制调整指令，其操作总是固定在AL寄存器中进行；还有为双操作数指令，例如寄存器人栈和出栈指令PUSH REG和POP REG，其中有一个操作数地址也是固定的堆栈栈顶；还有乘、除法指令虽不是单字节指令，但被乘数，被除数总是放在AL 或AX中。

固定寻址指令中，对固定操作数是被隐含了的。

固定寻址的指令，不需要计算EA，执行速度快，加之大多为单字节指令，因此特别适合在微处理机中使用。

二、立即数寻址( Immediate Addressing)这种方式下的操作数直接存放在指令中，是紧跟在操作码之后的DATA，它作为指令的组成部分放在代码段中，随着取指令一起取到指令队列，执行时直接从指令队列中取，而不必执行总线周期。

立即数可以是8位，也可以是16位。

如果是16位数，则低位字节数存放在低地址单元，高位字节数存放在高地址单元。

例如：MOV AL，C3H ；执行后，(AL)=C3HMOV AX，2050H ；执行后，(AX)=2050H，其中：(AH)＝20H，(AL)＝50H。

这种寻址方式只能用于源操作数，且因操作数是直接从指令中取得，不执行总线周期，所以这种寻址方式的显著特点是执行速度快，主要用来给寄存器赋初值。

三、寄存器寻址(Register Addressing)其操作数来源于CPU的内部寄存器，指令中直接给出寄存器名。

对于16位的操作数，寄存器可以是：AX，BX，CX，DX，SI，DI，SP和BP；对于8位的操作数，寄存器可以是AL，BL，CL，DL及 AH，BH，CH，DH，可见表3-2中MOD=11时的情况。

例如：INC CX ；执行后，(CX)<-(CX)＋1MOV DS，AX ；指令执行前，若(AX)=2100H，执行后，(DS)＝2100H，并且(AX)不变。

一条指令中，可以对源操作数采用寄存器寻址方式，也可以对目的操作数采用寄存器寻址方式，还可以两者都用寄存器寻址方式。

采用寄存器寻址方式的指令在执行时，操作就在CPU内部进行，不需要执行总线周期，因此，执行速度快。

3.3 指令执行时间通常，计算机一条指令的执行时间是指取指令和执行指令所花时间的总和。

但是，在8086CPU中，执行部件EU和总线接口部件BIU是并行工作的，BIU可以预先把指令取到指令队列缓冲器存放，形成取指和执行的重叠，这样，在计算指令的执行时间时，就不把取指时间计算在内。

执行指令的时间，除了EU中的基本执行时间外，有些指令在执行过程中可能需多次访问内存，包括取操作数和存放操作结果等，这都要执行总线的读／写周期；而在每次访问内存之前，又需要计算有效地址EA，计算有效地址所需的时间又由寻址方式决定。

不同寻址方式下计算有效地址所需的时间如表3－2所示。

不同功能的指令，其基本执行时间也不相同，这里，将一些常用类指令的基本执行时间列举在表3－3中，其余指令的可参见附录一"时钟周期数"一栏中的第一项数据。

就是同一类指令，因寻址方式不同，访问存储器次数不一，因而执行时间也不同，这里，仅列出加法指令( ADD)的情况，如表3－4所示。

表中"时钟周期"一栏中的第二项"EA"为计算有效地址所需的时间。

'以上所有的时间均用时钟周期数来计量。

综上所述：执行一条指令所花的总时间=基本执行时间十计算EA的时间十执行总线读/写周期的时间。

其中后两项对存储器操作数才有。

除上面讨论的这些因素外，在考虑一第指令所需的执行时间时，还应注意到宇操作数在内存或I/O端口的存放格式也是一个影响因素。

8086的数据总线是16位的，因此，CPU和存储器、I/O端口之间传送数据时，在一个总线周期(基本总线周期为4T)中可以传送 16位数据，即一个字。

但要做到这点，是有条件的。

在第二章讨论存储器组织时，若存／取的字操作数是从偶地址开始的规则字，其存／取可在一个总线周期完成；若存／取的字操作数是从奇地址开始的非规则字时，其存／取需在二个总线周期完成。

因此，这种情况下，每访问内存一次，便需多加一个总线周期的时间。

如果，指令执行的是字节操作，而这个字节数是对偶地址单元或偶数端口进行的存／取，那么，在一个总线周期中，只有数据总线的低8位起传输作用，而高8位则处于空闲状态。

相反，若字节数是对奇地址单元或奇数端口进行存／取，则在一个总线周期中，只有数据总线高8位起传输使用，而低8位则处于空闲状态。

请看例题例1 设8086的时钟频率为5MHZ（即时钟周期=0.2uS），试求ADD指令在各种寻址方式下，指令的执行时间t。

解：根据表3－4：l．两操作数为：寄存器，寄存器，结果在寄存器。

这种情况下，对于字操作数或字节操作数均花3个时钟周期，即t=3×0.2=0.6 us2．两操作数为：寄存器，存储器（用相对基址加变址寻址），结果存寄存器，这时需访问一次内存。

在这种情况下，对于字节操作或对规则字操作，所需时间为t=9＋EA=9＋12=21（T）第一项9为这种寻址方式下指令基本运算和基本操作时间，第二项为计算EA的时间，则t=21×0.2=4.2 us对于非规则字的操作，则应在上面的时间上再加上一个总线周期时间，如 4T，即t＝（21＋4）T＝5.0ns3．两个操作数为：存储器（用基址变址寻址），寄存器，结果存存储器，这时需访问二次内存。

对于字节操作或对规则字操作，指令执行时间为：t=16＋EA=16+8=24（T）=4.8us第一项的16为这种寻址方式下指令基本运算和基本操作时间，第二项为计算EA时间。

对于非规则字操作，指令执行时间应在上面的时间上加上两个总统周期，则t=（6＋8＋4＋4）T=32T=6.4us还有其它三种寻址方式下，ADD的执行时间，请读者练习计算。

从这个例子可以看出：对于同一种ADD指令，因寻址方式不同，执行指令的时间相差甚远，这是指令的时间指标概念。

从表3－4还可以看到：同一类指令使用不同的寻址方式，其指令长度也不一样，即占有的内存的字节数相差也很大，这是指令的空间指标的概念，合起来就是指令的时／空指标。

指令是程序的基本组成单元，那么当要求程序有较高的时／空利用率时，就要求程序设计者，不仅要研究程序的算法，数据结构，还要研究指令与寻址方式的选用，才能编制出理想的程序。

3.48086指令系统从本节开始，我们开始具体学习8086每一条指令的功能与格式。

8086指令系统包含133条基本指令，这些指令与寻址方式组合，再加上不同的操作数类型----字或字节，可构成上千种指令。

按功能的不同，可将这些指令分为六类：1．数据传送类 4．串操作类2．算术运算类 5．控制转移类3．逻辑运算与移位类 6．处理器控制类我们也按这种分类，来逐步学习。