I mov ax,a │ Фрагмент программы,

i+4 ADD AX,B │ состоящий из трех

i+8 MOV C,AX │ команд

… …

i+N Число А │

… … │

i+M Число B │ Данные для программы

… … │

i+K Число C │

Рис. 5.3. Программа для выполнения операции С ← [А] + [В]

Выполнение каждой команды производится в два этапа. На первом этапе, называемом фазой выборки команды, из памяти извлекается команда, хранящаяся по адресу, указанному в регистре PC. Эта команда помещается в регистр команды (Instruc­tion Register, IR). После этого начинается второй этап, называемый фазой выпол­нения команды. На этом этапе процессор анализирует команду в регистре IR, что­бы узнать, какое действие ему следует выполнить. Затем он производит это дей­ствие, для чего обычно требуется выбрать операнды из памяти или из регистров, выполнить арифметическую или логическую операцию и сохранить результаты по указанному адресу. В ходе этой двухфазной процедуры содержимое регистра PC в определенный момент увеличивается таким образом, чтобы он указывал на следующую команду. Когда выполнение команды завершается, регистр PC содер­жит адрес следующей команды, то есть можно начинать этап выборки новой ко­манды. В большинстве процессоров фаза выполнения делится, в свою очередь, на несколько фаз, соответствующих выборке операндов, выполнению операции и со­хранению результатов.

Ветвление

Ниже будет рассмотрена процедура сложения n чисел. Программа, приведена на рис. 5.4. Адре­са, по которым хранятся n чисел, символически обозначены как NUM1, NUM2,..., NUMn. Для сложения каждого из этих чисел с содержимым регистра R0 исполь­зуется отдельная команда Add. После того как все числа сложены, результат за­писывается в память по адресу SUM.

Адреса Имена Команды/данные Комментарий программы

памяти ячеек

памяти

I mov eax,num1 │

i+4 ADD EAX,NUM2 │ Команды программы

i+8 ADD EAX,NUM3 │

… … │

i+4n-4 ADD EAX,NUMn │

MOV SUM,EAX │

… … │ Данные для программы

i+4K SUM DEF 00000000h │ Сумма, начальное значение = 0

NUM1 def │ 1-е число

NUM2 def │ 2-е число

NUM3 def │ 3-е число

… … │

i+4K+4n NUMn def │ n-е число

Рис. 5.4. Прямолинейная программа для сложения n чисел

Но вместо того чтобы использовать длинный список команд Add, можно по­местить всего одну такую команду в программный цикл (рис. 5.5). Цикл — это последовательность команд, выполняемых необходимое количество раз. В на­шей программе цикл начинается по адресу STARTLOOP и заканчивается командой JUMP>0. На каждом шаге этого цикла определяется адрес следующего числа, и это число извлекается из памяти и добавляется к содержимому регистра R0. Ад­рес операнда можно задать разными способами, о которых подробно рассказыва­ется в разделе «Режимы адресации». А пока мы должны сосредоточить внимание на том, как созда­ются и выполняются программные циклы.

Предположим, что количество складываемых чисел n, хранится в памяти по адресу N (рис. 5.5). Регистр ECX используется в качестве счетчика, определяюще­го количество повторений цикла. Поэтому в начале программы в регистр ECX за­гружается содержимое памяти, находящееся по адресу N. В теле цикла команда DEC ECX (decrement) уменьшает значение ECX на единицу. (Например, команда INC ECX (Increment), увеличивает свой операнд на единицу.) Тело цикла выполняется раз за разом до тех пор, пока результат операции Decre­ment остается большим нуля.

MOV ECX,N ; Загрузка значения счетчика

ADD EAX,0 ; Обнуление регистра суммы

STARTLOOP Определение адреса следующего

числа и прибавление этого

числа к EAX

DEC ECX : Уменьшение на 1 счетчика ECX

JUMP>0 STARTLOOP

MOV SUM,EAX : Пересылка суммы по адресу SUM

… …

SUM DEF 00000000h : Сегмент данных программы

N DEF n

NUM1 def

NUM2 def

NUM3 def

… …

NUMn def

Рис. 5.5. Цикл для сложения n чисел

Теперь введем понятие команда перехода. Указанная команда за­гружает в счетчик команд (IP) заданное значение. Процессор выбирает из памяти и выполняет команду, хранящуюся по адресу и определяемую командой перехода, а не следующей командой в порядке увеличения адресов, как в случае прямоли­нейной программы. Вызов команды условного перехода приводит к переходу в другую точку программы только в случае выполнения заданного условия. Если это условие не выполняется, значение в регистре PC увеличивается обычным об­разом и из памяти выбирается и выполняется очередная команда в порядке уве­личения адресов.

В программе, представленной на рис. 5.5., команда

JUMP>0 STARTLOOP

«переход, если больше нуля» является командой условного перехода, выпол­няющей перемещение по адресу STARTLOOP в том случае, если результат предыдущей инструкции, уменьшившей значение в регистре ECX, больше нуля. Это означает, что цикл повторяется до тех пор, пока в списке чисел остаются необработанные элементы, которые следует добавить к содержимому регистра EAX. В конце n-го прохода по циклу команда Decrement возвращает значение 0, поэтому переход на начало цикла не осуществляется, а выполняется следующая по порядку коман­да — Move. Команда Move перемещает окончательный результат суммирования из регистра EAX в память по адресу SUM.

Проверка условия с последующим выбором одного из нескольких альтерна­тивных путей реализации программы, называемая ветвлением, выполняется го­раздо чаще, чем просто программные циклы. Такая возможность имеется в систе­мах команд любых компьютеров, поскольку ветвления и циклы относятся к чис­лу фундаментальных операций, без которых невозможно запрограммировать сколько-нибудь нетривиальную задачу.

Флаги кодов условий регистра состояния

Процессор отслеживает результаты выполнения различных операций, и сохраня­ет их для использования в последующих инструкциях условного перехода. Эту информацию он записывает в специальные биты регистра состояния, называемые флагами кодов ус­ловий. В зависимости от результата выполненной операции отдельные флаги ус­танавливаются в 1 или 0. Флаги процессора Intel:

CF – флаг переноса;флаг переполнения;

PF – флаг четности;

AF – флаг дополнительного переноса;

ZF – флаг нуля;

SF – флаг знака;

TF – флаг перехвата;

IF – флаг разрешения прерывания;

DF – флаг направления обработки строк;

OF – флаг переполнения.

• CF (Carry Flag - флаг переноса). Устанавливается в 1, если результат предыдущей операции не уместился в приемнике и произошел перенос из старшего бита или если требуется заем (при вычитании), иначе устанавливается в 0.

• PF (Parity Flag - флаг четности). Проверяет младшие восемь битов результатов операций над данными. Нечетное число битов приводит к установке этого флага в 0, а четное - в 1. Не следует путать флаг четности с битом контроля на четность. 1

• AF (Auxiliary Carry Flag - вспомогательный флаг переноса). Устанавливается в 1, если арифметическая операция приводит к переносу четвертого справа бита (бит номер 3) в регистровой однобайтовой команде. Данный флаг имеет отношение к арифметическим операциям над символами кода ASCII и к десятичным упакованным полям.

• ZF (Zero Flag - флаг нуля). Устанавливается в качестве результата арифметических команд и команд сравнения. Как это ни странно, ненулевой результат приводит к установке нулевого значения этого флага, а нулевой - к установке единичного значения. Кажущееся несоответствие является, однако, логически правильным, так как 0 означает "нет" (т.е. результат не равен нулю), а единица означает "да" (т.е. результат равен нулю). Команды условного перехода JE и JZ проверяют этот флаг.

• SF (Sign Flag - флаг знака). Устанавливается в соответствии со знаком результата (старшего бита) после арифметических операций:

• положительный результат устанавливает 0, а отрицательный - 1. Команды условного перехода JG и JL проверяют этот флаг. .

• TF (Trap Flag - флаг трассировки). Этот флаг устанавливается, если используется команда Т в отладчике DEBUG. Если этот флаг установлен в единичное состояние, то процессор переходит в режим пошагового выполнения команд, т.е. в каждый момент выполняется одна команда под пользовательским управлением.

• IF (Interrupt Flag - флаг прерывания). При нулевом состоянии этого флага прерывания запрещены, при единичном - разрешены.

• DF (Direction Flag - флаг направления). Используется в строковых операциях для определения направления передачи данных. При нулевом состоянии команда увеличивает содержимое регистров SI И DI, вызывая передачу данных слева направо, при нулевом - уменьшает содержимое этих регистров, вызывая передачу данных справа налево.

• OF (Overflow Flag - флаг переполнения). Фиксирует арифметическое переполнение, т.е. перенос в(из)) старший (знаковый) бит при знаковых арифметических операциях.

Ниже приводятся наиболее часто используемые из них:

Флаги S и Z указывают, является результат арифметической операции отри­цательным или нулевым. Кроме арифметических команд на эти флаги воз­действует команда TST, анализирующая значение в регистре или в памяти компьютера и устанавливающая либо очищающая флаги S и Z в соответствии с этими значения­ми. Флаг O указывает на то, что произошло переполнение. Как вы помните, пере­полнение происходит, когда результат арифметической операции превышает зна­чение, которое можно представить с помощью количества битов, выделенного операнду. Процессор устанавливает флаг O для того, чтобы программист мог оп­ределить, что произошло переполнение, и перейти к подпрограмме, способной исправить данную ошибку. Кроме того, в результате установки бита O в большинстве компьютеров может автоматически выполняться программное прерывание, позволяющее решить эту проблему средствами самой операционной системы.

Флаг С устанавливается в 1, если в ходе арифметической операции осуществ­ляется перенос из позиции старшего бита. Этот флаг позволяет выполнять ариф­метические операции над операндами, длина которых больше длины слова про­цессора. Такие операции реализуются в арифметике с многократно увеличенной точностью.

Примером команды условного перехода, проверяющей один или более флагов условий, может служить команда JGT (Переход если >0, описанная раньше. Она вы­полняет переход к другой точке программы в том случае, если проверяемое значе­ние не отрицательно и не равно нулю. Это означает, что переход возможен, если ни S, ни Z не равен 1. Существует и множество других команд условного перехо­да, позволяющих проверять самые разнообразные условия. Задаются такие усло­вия в виде логических выражений, включающих флаги их кодов.

В процессорах Intel флаги кодов условий автоматически устанавлива­ются командами, которые выполняют арифметические и логические операции.

Однако это не всегда так. Многие компьютеры поддерживают две версии коман­ды Add. Одна из них, Add, не воздействует на флаги, а другая, AddSetCC (Adscc), воздей­ствует. Благодаря этому программисты и компиляторы могут проявлять боль­шую гибкость при создании программ, предназначенных для конвейерного выполнения. В процессоре I-32 и команда ADD и команда ADC, устанавливают флаги условия, но команда ADC при сложении прибавляет еще и значение флага CF.

Пример выполнения команд устанавливающих флаги регистра состояний.

1. Команда сложения. Перед выполнением команды, значение CF=1

Фрагмент программы:

MOV CX,1110001101000101b

MOV AX,1111111000011001b

ADD AX,CX

После выполнения команды ADD:

Регистр AX содержит: 1110000101011111;

флаги регистра состояния следующие:

OF=0

CF=1

SF=1

ZF=0

DF=0

IF =0

TF=0

AF=0

PF=1