Логические команды
Следующий класс команд - логические команды. Эти команды, точно так же, как и арифметические команды, преобразуют данные, но делают это не арифметически. В то время как команды сложения и вычитания связаны со школьной арифметикой, логические команды работают со значениями 0 и 1, которые использует ЭВМ. В общем случае, эти команды позволяют программе выполнять битовые операции.
Четырьмя основными логическими командами являются AND (и), OR (или), XOR (исключающее или), NOT (не). Существуют и другие логические функции, состоящие из этих четырех функций, но в микропроцессоре 8088 для них нет соответствующих команд. Эти четыре команды работают непосредственно с нулями и единицами двоичного кода.
Простейшая функция выполняется командой NOT. Эта команда основывается на определении единицы и нуля, как истины (TRUE) и лжи (FALSE) соответственно. Предложение NOT TRUE (не истина) - это FALSE (ложь), а предложение NOT FALSE (не ложь) - это TRUE (истина). Команда NOT инвертирует все биты числа данных. Иначе говоря, команда NOT эквивалентна вычитанию данных из величины, состоящей из всех единиц. Рисунок 4.17 показывает, как оператор NOT действует на единственный бит. Остальные три логические функции имеют два операнда. На рис.4.18 показаны результаты действий, произведенных каждой функцией над парой бит. Поскольку микропроцессор 8088 работает с байтами или словами, он повторяет результаты таблицы с каждым битом операнда. Например, байтовая команда выполняет логическое И со значениями нулевого бита обеих операндов а помещает результат в бит 0 результата. Затем эта команда повторяет функцию И с битами от первого до седьмого. В результате получается побитовая функция И над отдельными битами операндов.
Функция AND равна 1 только тогда, когда оба операнда равны 1. В терминах истинности, результат есть истина только тогда, когда и X, и Y истинны. Функция OR дает 1, если хотя бы один из операндов равен 1. Результат есть истина, если либо X, либо Y являются истинными. Результат функции XOR равен 1, только если один из операндов равен 1, а другой равен 0. Если же оба операнда равны 0, или оба равны 1, то результат равен 0. Функция исключающее ИЛИ в точности соответствует сложению, у которого игнорируется перенос.
Рисунок 4.19 иллюстрирует логические команды микропроцессора 8088. Команде NOT требуется один операнд, а ее форма идентична команде NEG. Остальные логические команды копируют синтаксис команд сложения и вычитания.
Когда микропроцессор 8088 делает логическую операцию, он устанавливает флаги в соответствии с результатом. Так как операция не арифметическая, флаги переноса и переполнения всегда устанавливаются равными 0. Флаг дополнительного переноса после логических операций остается неопределенным, в то время как другие флаги (знак, нуль) правильно отражают результат операции. Исключение представляет команда NOT, которая не изменяет ни одного флага.
Первоочередное назначение логических операций в микропроцессоре 8088 - работа с битами. Самой малой единицей данных, с которой может работать этот микропроцессор, является байт. Ни одна из арифметических команд не может непосредственно выделить или изменить единственный бит, а логические команды позволяют программе обрабатывать отдельные биты.
Почему интересны однобитовые операции? Во многих случаях программа должна хранить значение индикатора - истина - ложь. Этот бит может означать, что печатающее устройство занято, что нажата регистровая клавиша, или что инициализация программы выполнена. В таких случаях расточительно отводить байт для хранения единственного бита информации. Программа может объединить несколько таких битов в одном байте, если у нее есть способ выделения отдельных битов для их проверки и установки. Такое объединение однобитовых флагов очень широко используется в устройствах ввода-вывода, которые имеют различные адреса. Устройству ввода-вывода гораздо проще работать с разными битами по одному адресу, чем распознавать многие адреса.
Логические команды могут выделить отдельные биты в байте или слове так, что они могут быть установлены, сброшены, проверены. Для выделения битов эти команды используют маску. Значение маски используется командой побитно. Чтобы установить какой-либо один бит, нужно использовать команду OR. В этом случае все значения маски - нули, кроме единицы на месте устанавливаемого бита. Команда OR над маской и другим операндом устанавливает 1 в выбранном бите, а другие биты результата оставляют неизменными. Аналогично, оператор AND может сбросить единственный бит. В маске все разряды единичные, кроме сбрасываемого бита. Этот бит сбросится в 0, а остальные останутся без изменений.
Программисты не используют функцию исключающее или столь же часто, как команды AND и OR, но она тоже бывает полезна. Команда может выполнить взаимное дополнение одного бита с данными. Запишите маску для команды XOR так, чтобы на месте инвертируемого бита была 1, а на всех других местах 0. Когда команда XOR выполнится, биты, соответствовавшие нулям, останутся без изменений, а биты, соответствовавшие единицам маски, инвертируются. Если начальное значение бита было 0, 1 XOR 0 дает 1, дополнение к 0, а если начальное значение было 1, 1 XOR 1 дает 0, дополнение к 1.
Последняя логическая команда - TEST (проверка). Эта команда идентична команде AND, за исключением того, что она не записывает результат, но устанавливает флаги в соответствии с ним, т.е. команда TEST соответствует команде AND, как команда CMP соответствует команде SUB. Эта команда проверяет заданный бит, или набор битов внутри байта или слова.
Как работает команда проверки? Предположим, программа хочет проверить младший значащий бит байта, бит 0. Программа порождает маску 01H либо в регистре, либо как непосредственное значение. Команда TEST (или AND) дает результат с гарантированными нулями по всем позициям, за исключением бита 0; значение бита 0 отражает значение оригинала. Если нулевой бит оригинала содержит 0, то бит остается нулевым. Если он сначала единичен, результат ненулевой, и флаг нуля сбрасывается; если же бит 0, результат нулевой, и флаг нуля устанавливается. Таким образом, программа может проверить единственный бит, выполняя команды TEST и AND с маской, которая имеет единственную единицу на месте проверяемого бита; регистр флагов отразит состояние этого единственного бита. Команда TEST проверяет заданный бит без разрушения других битов, поскольку эта команда не изменяет поле результата.