Обзор системы команд процессоров семейства х86

Обзор системы команд процессоров семейства х86

Исчерпывающую информацию по системе команд процессоров х86 можно получить из следующих источников:

В приведенных изданиях описание команд дано «в алфавитном порядке», но содержит всю необходимую программисту информацию.

Данный обзор предназначен для того, чтобы помочь учащимся сориентироваться в огромном множестве команд процессора х86. При изложении будем следовать классификации, приведенной ранее в документе 02_2_Структура_системы_команд. В этом обзоре сделана попытка, не фиксировать внимание на специфике отдельных команд архитектуры х86, а отмечать ту их функциональность, которая имеется в любом процессоре.

Общая характеристика системы команд процессоров х86.

(Рисунки и таблицы заимствованы из P6VOL2.pdf, )

Семейство процессоров х86 принято относить к классу процессоров CISC (Complicated Instruction Set Computer – с усложненным набором команд). Эта совокупность свойств проявляется в нескольких аспектах:

‑ Общее количество команд в наборе:
          целочисленные           ‑ 210
          плавающей точки        ‑   85
          ММХ                              ‑   57
          ММХ Pentium III           ‑   16
          XMM                              ‑   70
                            Всего:        ‑ 438

‑ Базовая структура основных команд обработки – двухоперандная, один из операндов всегда располагается в регистре процессора, второй может находиться в регистре либо в памяти, причем операнд-приемник может быть как в регистре, так и в памяти.

‑ Длина команды может лежать в пределах от 1 до 15 байтов

‑ Форматы кодирования усложнены, в них исключений не меньше, чем правил

‑ Используются сложные многокомпонентные способы адресации.

‑ Структуру регистровой модели, набора команд и способов адресации нельзя назвать вполне ортогональной: многие команды, регистры в сильной степени специализированы.

‑ Команды пересылки не изменяют содержимого признаков.

1.Команды пересылки.

1.1.Пересылки общего назначения MOV

Позволяют пересылать (правильнее сказать – скопировать, так как содержимое источника сохраняется) операнд по схемам «регистр – регистр», «регистр – память» или «память – регистр». Имеется целый ряд ограничений на допустимые комбинации мест положений источника и приемника, в частности, нет возможности пересылки непосредственного операнда в сегментный регистр.

Не позволяют производить пересылку по схеме «память-память» (за исключением строковой (блочной) команды MOVSx).

1.2. Пересылки из/в стек: PUSH (втолкнуть в стек), POP (извлечь из стека). Используют регистр (E)SP в качестве указателя стека. Указатель стека всегда указывает на последний занятый элемент стека. Операция push sp сохраняет в стеке «старое» значение sp (в процессоре 8086 сохранялось новое значение sp).

1.3. Пересылки двоичных слов, представляющих собой адреса операндов или части (компоненты) адресов.

1.3.1. Команды загрузки «длинных адресов»: LDS, LES, LFS, LGS, LSS (Load xxx Segment)– пересылают четыре (либо два в зависимости от режима процессора) байта из памяти в регистр – указатель (в процессорах 386+ им может быть любой из регистров общего назначения), и два байта из памяти в сегментный регистр.

1.3.2. Команда загрузки исполнительного (эффективного) адреса LEA (Load Effective Address) – аналогична команде mov  reg, mem, но загружает в указанный регистр reg не содержимое элемента памяти mem, а адрес этого элемента. Можно провести аналогию с операцией разадресации в Си:

    iR = iB;     эквивалентно     mov  reg,  iB    (присваивание)

    pR = &iB     эквивалентно     lea   reg,   iB    (разадресация)

1.4. Пересылки между элементами вычислительного ядра (регистры процессора, элементы памяти) и периферийными устройствами.

IN ‑ ввести содержимое из порта периферийного устройства в регистр AL или AX или EAX) OUT ‑ вывести содержимое регистра AL или AX или EAX в порт периферийного устройства, Номер порта может быть указан в команде (в пределах 0…255), либо в регистре DX.

1.5. XLAT / XLATB  (transLATe Byte from table)‑ команда, позволяющая по номеру, содержащемуся в регистре AL, извлечь из таблицы байт с этим номером и переслать его в тот же регистр AL (на место номера). Начало таблицы указывается содержимым ds:[e]bx и программист его туда должен поместить заранее.

1.6. Строковые (блочные) операции.

Все строковые команды в х86 формально не имеют операндов, но их действие определяется значением нескольких параметров, которые должны быть занесены предварительно в несколько регистров перед собственно строковой командой.
‑ Пара регистров ds:[e]si определяет адрес источника (1).
‑ Пара регистров es:[e]di определяет адрес приемника (2).
‑ Содержимое регистра [e]cx используется для счета обрабатываемых элементов (3).
‑ Бит (флаг) направления передачи df в регистре состояния процессора (регистре флагов) определяет направление перебора адресов элементов (4) при операции с цепочкой.
‑ Кроме того, мнемоника самой команды содержит указание на длину обрабатываемых элементов строки (5).
Таким образом, строковая команда фактически использует до пяти параметров.

Для выполнения действия с блоком элементов, перед цепочечной командой следует поставить специальный байт – префикс повторения REPxx. При выполнении цепочечной команды пересылки с префиксом повторения будет циклически повторяться следующая последовательность действий.
1) Элемент данных из адреса ds:[e]si пересылается по адресу es:[e]di.
2) Оба адреса после этого автоматически увеличиваются (при df=0) либо уменьшаются (при df=1).
3) Содержимое [e]cx автоматически уменьшается на 1,
г) Если содержимое [e]cx не достигло нулевого значения, шаги а)…с) повторяются.

Таким образом, в строковых командах фактически реализована автоиндексация (автоматическая модификация адресов при обработке элементов, расположенных в памяти подряд).