6.4. Формат команд вм86

Команды МП занимают в памяти от 1 до 6 байт и имеют один из представленных на рис. 6.4 форматов. Перед командой может присутствовать один или несколько байтов-префиксов, фиксирующих определенный режим исполнения команды, например префикс замены сегментного регистра. Большое число форматов объясняется стремлением разработчиков реализовать эффективное кодирование команд.

Рис. 6.4. Формат команд ВМ86

Код операции (биты X), как правило, содержится в первом байте, иногда для этой цели используется также часть или весь второй байт. В форматах команд, оперирующих как словами, так и байтами, отведен специальный бит w, служащий признаком длины операнда: при w = 1 операнд имеет длину слова, при w = 0 операндом является байт. Если при этом применяется непосредственный операнд, то поле data(w) будет иметь соответственно два или один байт в зависимости от значения w. В одном из двух форматов команд с непосредственным операндом предусмотрен специальный бит s—признак расширения байта в слово с учетом знака, дающий возможность кодирования 16-разрядных непосредственных данных в одном байте. Если слово упаковывается в байт, то w = 1 и s = 1.

Поля reg и seg используются в командах с регистровым способом адресации для указания на регистры МП. Поле reg длиной 3 бита кодирует один из восьми регистров адреса/данных. При байтовом операнде в качестве этих регистров выступают байтовые регистры AL—BH. При 16-разрядном операнде это поле кодирует регистры AX—SP. Кодирование выполняется согласно табл. 6.2. Двухразрядное поле seg применяется для ссылки на один из четырех сегментных регистров. Правила кодирования указаны в табл. 6.3.

Таблица 6.2

Код reg	Регистр		Код reg	Регистр
	w = 0	w = 1		w = 0	w = 1
0	AL	AX	4	АН	SP
1	CL	CX	5	СН	BP
2	DL	DX	6	DH	SI
3	BL	BX	7	ВН	DI

Таблица 6.3

Код	Регистр
0	ES
1	CS
2	SS
3	DS

Для команд с прямой адресацией в логическом пространстве адресов предусмотрено два формата. В одном из них зарезервировано 32-разрядное поле для указания полного логического адреса seg:offset. При этом за кодом команды следует смещение offset, а потом селектор sel, как этого требуют правила хранения двойных слов в памяти.

В другом формате, использующем внутрисегментную прямую адресацию, предусмотрено 16-разрядное поле для кодирования только смещения offset полного логического адреса. Альтернативой внутрисегментного прямого способа адресации является относительный. Короткий относительный адрес указывается в 8-разрядном поле disp8, которое интерпретируется как представленное в дополнительном коде целое со знаком и дает возможность осуществить внутрисегментную адресацию в пределах +127  –127 от текущего положения IP.

В большинстве команд применяемый способ доступа к данным определяется байтом mod XXX r/m или mod reg г/m. Он всегда следует непосредственно за кодом команды и называется постбайтом. Первый тип постбайта используется в однооперандных командах, когда поля mod и r/m определяют одну из 32 возможных схем вычисления адреса операнда согласно табл. 6.4, а свободные биты XXX служат для расширения поля кода операции. Второй тип постбайта определяет местоположение двух операндов. В качестве одного из операндов всегда выступает содержимое регистра адреса/данных, кодируемого полем reg в соответствии с табл. 6.2, другой определяется полями mod и r/m.

Таблица 6.4

Код		Схема вычисления адреса	Код		Схема вычисления адреса
mod	г/m		mod	r/m
0	0	(BX) + (SI)	1	4	(SI) + disp8
	1 2	(BX) + (DI) (BP) + (SI)		5 6	(DI) + disp8 (BP) + disp8
	3	(BP) + (DI)		7	(BX) + disp8
	4	(SI)
	5 6 7	(DI) offset (BX)	2	0 1 2	(BX) + (SI) + disp16 (BX) + (DI) + disp16 (BP) + (SI) + disp16
1	0 1	(BX) + (SI) + disp8 (BX) + (DI) + disp8		3 4 5	(BP) + (DI) + disp16 (SI) + disp16 (DI) + disp16
	2 3	(BP) + (SI) + disp8 (BP) + (DI) + disp8		6 7	(BP) + disp16 (BX) + disp16
			3	X	reg (см. табл. 6.2)

Из табл. 6.4 можно получить обобщенную схему вычисления адреса

offset = base + index + disp

которая содержит три компонента. В качестве базы используется содержимое базового регистра BX или BP, в качестве индекса index—содержимое одного из индексных регистров SI или DI. Смещение кодируется непосредственно в команде и интерпретируется как целое со знаком. Сложение выполняется по модулю 2¹⁶, т. е. с циклическим переходом через границу в 64К байт. В зависимости от значения смещение disp может быть как 8- так и 16-разрядным. В обоих случаях смещение следует непосредственно за постбайтом в одноименном поле disp(mod).

Один или два компонента из трех могут отсутствовать. В зависимости от этого различают семь базовых способов адресации памяти данных, которые представлены в табл. 6.5. Эти способы вместе с регистровым и непосредственным образуют полный набор методов адресации данных. Составы используемых в табл. 6.5 условных обозначений адресных регистров приведены в табл. 6.6.

Таблица 6.5

Наименование	Обозначение	Операнд
Регистровая Прямая	reg addr16	(reg) M(addr16)
Косвенная регистровая	[rireg]	M((rireg))
По базе с 8-разрядным смещением	[bireg]. disp8 [bireg + disp8]	M((bireg) + disp8)
По базе с 16-разрядным смещением или индексная	[bireg]. disp16 [bireg + disp16] addr16 [bireg] [addr16 + bireg]	M((bireg) + disp16) M(addr16 + (bireg))
По базе с индексированием без смещения	[breg] [ireg] [breg + ireg]	M((breg) + (ireg))
По базе с индексированием и 8-разрядным смещением	[breg] [ireg]. disp8 [breg + ireg]. disp8 [breg] [ireg + disp8] [breg + ireg + disp8]	M((breg) + (ireg) + disp8)
По базе с индексированием и 8-разрядным смещением или с двойным индексированием	[breg] [ireg]. disp16 [breg + ireg]. disp16 [breg] [ireg + disp16] [breg + ireg + disp16] addr16 [breg] [ireg] addr16 [breg + ireg] [addr16 + breg] [ireg]	M((breg) + (ireg) + disp16) M(addr16 + (breg) + (ireg))
Непосредственная	data	data

Таблица 6.6

Назначение	Мнемоника	Регистры
		AX BX	CX	DX	BP	SI	DI
Регистр косвенного адреса Базовый или индексный регистр Базовый регистр Индексный регистр	rireg bireg breg ireg	– + – + – + – –	–	–	–	+	+
			–	–	+	+	+
			–	–	+	–	–
			–	–	–	+	+

Одноразрядный признак d/v выполняет двойную функцию. В некоторых командах он задает направление операции (функция d). При d = 1 поля mod r/m постбайта определяют операнд-источник src. При d = 0 ситуация меняется, поля mod r/m относятся к dst, а поле reg играет роль src. В командах сдвига и вращения этот флажок используется в качестве модификатора кода операции (функция v). Если v = 0, то реализуется обычный сдвиг вправо (влево) на один разряд, в противном случае (v = 1) выполняется параметрический сдвиг на число разрядов, кодируемых содержимым CL.

Поле port8 содержит короткий 8-разрядный адрес порта, расположенного в начальном диапазоне 0—255 адресов пространства ВВ. В других случаях это поле резервируется для кодирования типа вектора прерывания vect.

В командах условного перехода 4-разрядное поле cc применяется для кодирования 16 условий перехода. Младший разряд поля cc указывает на инверсию условия, а три старших определяют тип условия согласно табл. 6.7, который зависит от типа используемых данных. В соответствии с этим множество условий разделено на три группы: логических условий С—РО, анализа чисел со знаком L—NLE и сравнений чисел без знака B—NBE.

Таблица 6.7

Мнемоника сс	Код cc	Условие перехода	Наименование
С	2	CF = 1	Перенос
NC	3	CF = 0	Нет переноса
S	8	SF = 1	Отрицательный
NS	9	SF = 0	Положительный
E/Z	4	ZF = 1	Равно/нулевой
NE/NZ	5	ZF = 0	Не равно/не нулевой
О	0	OF = 1	Переполнение
NO	1	OF = 0	Нет переполнения
Р/РЕ	A	PF = 1	Четный
NP/PO	В	PF = 0	Нечетный
L/NGE GE/NL LE/NG G/NLE	С D E F	SFОF = 1 SFOF = 0 (SFOF) V ZF = 1 (SFOF) V ZF = 0	Меньше/не больше и не равно Больше или равно/не меньше Меньше или равно/не больше Больше/не меньше и не равно
B/NAE AE/NB BE/NA A/NBE	2 3 6 7	CF = 1 CF = 0 CFVZF = 1 CFVZF = 0	Меньше/не больше и не равно Больше или равно/не меньше Меньше или равно/не больше Больше/не меньше и не равно
П р и м е ч а н и е. C—Carry, N—Not, S—Sign, E—Equal, Z—Ziro, О—Overflow, P—Parity, РЕ—Parity Even, PO—Parity Odd, L—Less, G—Great, В—Below, A—Above.

При символическом кодировании команд ВМ86 на языке ассемблера ASM86 придерживаются несколько необычных принципов. Один из них состоит в применении групповой мнемоники и отказе от различного рода модификаторов именной части команды, указывающих на типы операндов и способы доступа к ним. Это означает, что одно и то же имя, например MOV, используется как для 8-, так и 16-разрядных операндов. При этом допускаются всевозможные способы адресации, включая непосредственный. В системе команд ВМ80 для данных случаев применялись различные имена. Принцип групповой мнемоники приводит к тому, что символической команде с одним и тем же именем соответствует несколько машинных команд с разными форматами и кодами операций.

В условиях неизменной именной части вся информация о типах операндов и способах доступа к ним должна содержаться в адресных полях команды. Если способ доступа кодируется формой записи адресного выражения, что соответствует общепринятому, то тип используемых операндов связан с типом адресного выражения, введение которого служит еще одной особенностью языка ассемблера ASM86, сближающей его с языком высокого уровня.

Основу любых адресных выражений образуют такие простейшие элементы, как константы, переменные и метки. Обычно на уровне языка ассемблера они ничем не отличаются друг от друга. Язык ASM86 различает их, присваивая в момент определения различные атрибуты, включая тип (TYPE). Так, константам (возможно именованным), не имеющим ничего, кроме значения, присваивается тип CONSTANT (константа). Переменные имеют не только имя и значение, но и смещение (OFFSET), сегмент (SEGMENT) и тип, который может быть трех видов: BYTE (байт), WORD (слово) и DWORD (двойное слово). Меткам кроме имени тоже присваиваются такие атрибуты, как смещение, сегмент и тип. Различают два типа меток: NEAR (внутрисегментные) и FAR (межсегментные). Если OFFSET определяет смещение переменной или метки внутри сегмента, то атрибут SEGMENT связан с именем и соответственно с селектором логического сегмента, в котором была определена данная переменная или метка. Наконец, TYPE указывает на разрядность переменной в байтах (1, 2 и 4) или число байтов, необходимых для представления метки. Внутрисегментная метка требует только 16-разрядного поля для кодирования нового значения смещения, загружаемого в IP, межсегментная метка—двойного слова для указания полного логического адреса seg:offset загружаемого в CS:IP соответственно.

Каждое адресное выражение также имеет тип, связанный с типом входящих в его состав элементов: констант, переменных, меток. Этот тип проверяется на допустимость его применения в конкретной операции и затем используется для генерации адекватной машинной команды. Так, если метки образуют основу операндов в командах передачи управления, то переменные—основу адресных выражений во всех других командах. Например, по команде MOV AX, NAME будет сформирована машинная команда с непосредственным операндом, если NAME—поименованная константа, или с прямой адресацией, если NAME—переменная типа WORD. В остальных случаях будет выдано сообщение об ошибке.

В некоторых случаях невозможно определить тип адресного выражения. Например, DEC [BX] может быть интерпретировано, не только как декрементировать байт, адресуемый BX, но и как декрементировать слово. Такие адресные выражения называются анонимными ссылками. Иногда может возникнуть необходимость в применении некоторого объекта по назначению, отличному от того, которое предписано его типом, например осуществить переход по значению переменной или использовать имя метки в качестве переменной для организации доступа к программному коду, как к обычному элементу данных. Во всех этих ситуациях появляется необходимость в явном определении типа адресного выражения. Для этого требуются специальные операторы указания типа [38]

Оператор BYTE PTR WORD PTR DWORD PTR

Тип BYTE WORD DWORD

Оператор NEAR PTR FAR PTR

Тип NEAR FAR

Доступ к отдельным атрибутам с целью работы с ними обеспечивает другой набор операторов, возвращающих значение соответствующего атрибута и имеющих тип CONSTANT. Среди них:

OFFSET SEG TYPE

Возвращает смещение объекта Возвращает селектор объекта Возвращаеттип объекта

Проверки на типы, свойственные языкам высокого уровня, оберегают программы от ошибок, связанных с неправильным использованием имен. Однако они вносят ограничения, не характерные для низкоуровневых языков ассемблера. Возможность применения операторов указания типа и операторов доступа к атрибутам снимают эти ограничения, позволяет программисту использовать символьное программирование.