Question

附录 A

i8086 - i80286 体系结构

Intel iAPX 8086, 8088, 80186 和 80286 机器体系结构有相同的寄存器类型、内存储器结构和输入/输出端口结构 [Int86,Int87]。这些体系结构是向下兼容的，因此 80286 支持被 8086 结构所支持的全部机器指令。这些 16 位字长机器的寄存器按照其用途分成五组不同类别：数据、指针、索引、控制和段寄存器；这个分类见图 A-1 所示。

类型	寄存器	功能
数据	ax	累加器
	bx	在某些寻址模式中作为基址寄存器
	cx	计数器
	dx	一般用途
指针	sp	堆栈指针
	bp	基址指针
索引	si	源
	di	目的
控制	ip	指令指针
	flags	标志或状态字
段	cs	代码段
	ds	数据段
	ss	堆栈段
	es	附加段

图 A-1: 寄存器分类

数据寄存器或通用寄存器能够被当作字寄存器或字节寄存器来存取。每个寄存器有一个高字节和一个低字节，遵循以下命名约定：用一个 h 代替寄存器名字中的 x 表示存取该寄存器的高字节；用一个 l 代替寄存器名字中的 x 表示存取该寄存器的低字节。标志寄存器是一个专用寄存器，它保持跟踪由各种不同指令设置的条件码。这个寄存器的结构见图 A-2 所示。从中可见，并非所有的位都被使用，未使用的位被 Intel 保留。

内存的结构是一个 8 位字节(8-bit bytes) 数组，按照小头约定进行存储 (little-endian 即，一个字中最重要的字节存放在最高的内存地址上)。内存被划分成几个段存储体，每个段是一个线性的 64K 字节序列；因此内存寻址是通过一对的段和偏移量。

图 A-2: 标志寄存器的结构

输入/输出端口结构由最多 64Kb 的 8 位端口或 32Kb 的 16 位端口组成，位于一个和内存空间分开的地址空间里。

A.1 指令格式

一个 80286 指令的长度从 1 字节到 6 字节不等。操作码有两种类型：单字节操作码和复合操作码。单字节操作码用一个指令的第一个字节保存操作码，其后依次是域字节、最多两字节的位移、和最多两字节的数据。域字节包含关于寄存器、立即操作数以及位移数据的信息。复合操作码在指令的第一个字节中存放操作码的一部分，而其余部分放在该指令第二个字节其中的 3 位（见图 A-3)。第一个字节决定指令属于哪一个组表(group table)，而第二个字节的 3 位操作码决定在该表中的索引 (即，表中有 8 项)。第二个字节的其余位被用作域字节。指令其它部分的结构跟单字节操作码一样[LG86]。

图 A-3: 复合操作码的第 2 字节

在 80286 中，几乎所有的字节组合都是有效的操作码。有 229 个单字节操作码，29 个复合操作码和 6 个前缀指令。机器语言指令、助记符和操作数的一个完整列表在 A.2 节。

域字节被用来计算操作数的有效地址(EA)。这个字节由 3 个字段组成：reg 字段三位决定采取哪一个寄存器的值，r/m 字段三位指示第二寄存器或者内存操作数，mod 字段两位决定位移字节数(DISP)，无论 r/m 被当作一个寄存器或内存操作数来使用，或者指令的有效地址既不是变址的也不是基址变址的。这个字节的结构见图 A-4 所示。一个解释域字节的算法见图 A-5 所示。

图 A-4: 域字节

case (mod) of { 0: if (r/m == 6) /* get 2 bytes displacement */ EA = dispHi:dispLo; else /* no extra bytes */ DISP = 0; 1: /* get 1 byte displacement */ DISP = dispLo sign-extended to 16 bits; 2: /* get 2 bytes displacement */ DISP = dispHi:dispLo; 3: /* Indexed */ r/m is treated as a register field; }

图 A-5: 解释域字节的算法

变址和基址变址操作数的 EA 是根据 r/m 字段来计算；每个值被映射为一个变址寄存器、或者是一个变址寄存器与基址寄存器的组合，如图 A-6 所示。

r/m 的值	变址寄存器（组)
0	bx + si
1	bx + di
2	bp + si
3	bp + di
4	si
5	di
6	bp
7	bx

图 A-6: r/m 字段的映射

最后的有效地址是位移(DISP) 和由 r/m 位指定的寄存器（组) 的相加计算结果。

mod 值与 r/m 值的每一个组合使用一个默认的段寄存器来定址，这些默认段见图 A-7 所示。一个操作数的有效地址是由 mod 字段与 r/m 字段共同决定的，但最后的实际地址是 EA 再加上乘以 16 的默认段寄存器的内容。通常，当使用 bp 寄存器的时候，默认段是 ss，否则默认段是 ds。

mod r / m	0	1	2
0	DS	DS	DS
1	DS	DS	DS
2	SS	SS	SS
3	SS	SS	SS
4	DS	DS	DS
5	DS	DS	DS
6	DS	SS	SS
7	DS	DS	DS

图 A-7: 默认段

段覆盖前缀是一个单字节操作码，允许下一个指令例外地不使用默认的段寄存器（即，它只对跟随它后面的那一个指令是有效的)。段由这个前缀字节的两个位域（位 3 和位 4) 确定。其余所有域是固定值，如图 A-8 示例。

图 A-8: 段覆盖前缀

重复前缀操作码有两个：repne 和 repe。当寄存器 cx 不等于 0 或等于 0 的时候，这些操作码重复下一个指令的执行。它们通常与字符串指令一起使用，比如 movs 和 ins，以字符串未结束作为重复条件。

A.2 指令集

i80286 指令集依照机器操作码、汇编助记符和汇编操作数来描述指令，遵循下列约定：

l reg8: 8 位寄存器。

l reg16: 16 位寄存器。

l mem8: 8 位内存数值。

l mem16: 16 位内存数值。

l immed8: 8 位立即数值。

l immed16: 16 位立即数值。

l immed32: 32 位立即数值。

l segReg: 16 位段寄存器。

图 A-9 显示全部的单字节操作码。复合操作码通过一个表的索引参照，每个表有 8 个可能值。这些表在图 A-10、图 A-11、图 A-12 和图 A-13 中显示。它们是摘录自参考文献[Int86,Int87]中的图。

机器操作码	汇编助记符和操作数
00	ADD reg8/mem8,reg8
01	ADD reg16/mem16,reg16
02	ADD reg8,reg8/mem8
03	ADD reg16,reg16/mem16
04	ADD AL,immed8
05	ADD AX,immed16
06	PUSH es
07	POP es
08	OR reg8/mem8,reg8
09	OR reg16/mem16,reg16
0A	OR reg8,reg8/mem8
0B	OR reg16,reg16/mem16
0C	OR al,immed8
0D	OR ax,immed16
0E	PUSH cs
0F	Not used
10	ADC reg8/mem8,reg8
11	ADC reg16/mem16,reg16
12	ADC reg8,reg8/mem8
13	ADC reg16,reg16/mem16
14	ADC al,immed8
15	ADC ax,immed16
16	PUSH ss
17	POP ss
18	SBB reg8/mem8,reg8
19	SBB reg16/mem16,reg16
1A	SBB reg8,reg8/mem8
1B	SBB reg16,reg16/mem16
1C	SBB al,immed8
1D	SBB ax,immed16
1E	PUSH ds
1F	POP ds
20	AND reg8/mem8,reg8
21	AND reg16/mem16,reg16
22	AND reg8,reg8/mem8
23	AND reg16,reg16/mem16
24	AND al,immed8
25	AND ax,immed16
26	Segment override
27	DAA
28	SUB reg8/mem8,reg8
29	SUB reg16/mem16,reg16
2A	SUB reg8,reg8/mem8
2B	SUB reg16,reg16/mem16
2C	SUB al,immed8
2D	SUB ax,immed16
2E	Segment override
2F	DAS
30	XOR reg8/mem8,reg8
31	XOR reg16/mem16,reg16
32	XOR reg8,reg8/mem8
33	XOR reg16,reg16/mem16
34	XOR al,immed8
35	XOR ax,immed16
36	Segment override
37	AAA
38	CMP reg8/mem8,reg8
39	CMP reg16/mem16,reg16
3A	CMP reg8,reg8/mem8
3B	CMP reg16,reg16/mem16
3C	CMP al,immed8
3D	CMP ax,immed16
3E	Segment override
3F	AAS
40	INC ax
41	INC cx
42	INC dx
43	INC bx
44	INC sp
45	INC bp
46	INC si
47	INC di
48	DEC ax
49	DEC cx
4A	DEC dx
4B	DEC bx
4C	DEC sp
4D	DEC bp
4E	DEC si
4F	DEC di
50	PUSH ax
51	PUSH cx
52	PUSH dx
53	PUSH bx
54	PUSH sp
55	PUSH bp
56	PUSH si
57	PUSH di
58	POP ax
59	POP cx
5A	POP dx
5B	POP bx
5C	POP sp
5D	POP bp
5E	POP si
5F	POP di
60	PUSHA
61	POPA
62	BOUND reg16/mem16,reg16
63	Not used
64	Not used
65	Not used
66	Not used
67	Not used
68	PUSH immed16
69	IMUL reg16/mem16,immed16
6A	PUSH immed8
6B	IMUL reg8/mem8,immed8
6C	INSB
6D	INSW
6E	OUTSB
6F	OUTSW
70	JO immed8
71	JNO immed8
72	JB immed8
73	JNB immed8
74	JZ immed8
75	JNZ immed8
76	JBE immed8
77	JA immed8
78	JS immed8
79	JNS immed8
7A	JP immed8
7B	JNP immed8
7C	JL immed8
7D	JNL immed8
7E	JLE immed8
7F	JG immed8
80	Table2 reg8
81	Table2 reg16
82	Table2 reg8
83	Table2 reg8, reg16
84	TEST reg8/mem8,reg8
85	TEST reg16/mem16,reg16
86	XCHG reg8,reg8
87	XCHG reg16,reg16
88	MOV reg8/mem8,reg8
89	MOV reg16/mem16,reg16
8A	MOV reg8,reg8/mem8
8B	MOV reg16,reg16/mem16
8C	MOV reg16/mem16,segReg
8D	LEA reg16,reg16/mem16
8E	MOV segReg,reg16/mem16
8F	POP reg16/mem16
90	NOP
91	XCHG ax,cx
92	XCHG ax,dx
93	XCHG ax,bx
94	XCHG ax,sp
95	XCHG ax,bp
96	XCHG ax,si
97	XCHG ax,di
98	CBW 99CWD
9A	CALL immed32
9B	WAIT
9C	PUSHF
9D	POPF
9E	SAHF
9F	LAHF
A0	MOV al,[mem8]
A1	MOV ax,[mem16]
A2	MOV [mem8],al
A3	MOV [mem16],ax
A4	MOVSB
A5	MOVSW
A6	CMPSB
A7	CMPSW
A8	TEST al,[mem8]
A9	TEST ax,[mem16]
AA	STOSB
AB	STOSW
AC	LODSB
AD	LODSW
AE	SCASB
AF	SCASW
B0	MOV al,immed8
B1	MOV cl,immed8
B2	MOV dl,immed8
B3	MOV bl,immed8
B4	MOV ah,immed8
B5	MOV ch,immed8
B6	MOV dh,immed8
B7	MOV bh,immed8
B8	MOV ax,immed16
B9	MOV cx,immed16
BA	MOV dx,immed16
BB	MOV bx,immed16
BC	MOV sp,immed16
BD	MOV bp,immed16
BE	MOV si,immed16
BF	MOV di,immed16
C0	Table1 reg8
C1	Table1 reg8, reg16
C2	RET immed16
C3	RET
C4	LES reg16/mem16,mem16
C5	LDS reg16/mem16,mem16
C6	MOV reg8/mem8,immed8
C7	MOV reg16/mem16,immed16
C8	ENTER immed16, immed8
C9	LEAVE
CA	RET immed16
CB	RET
CC	INT 3
CD	INT immed8
CE	INTO
CF	IRET
D0	Table1 reg8
D1	Table1 reg16
D2	Table1 reg8
D3	Table1 reg16
D4	AAM
D5	AAD
D6	Not used
D7	XLAT [bx]
D8	ESC immed8
D9	ESC immed8
DA	ESC immed8
DB	ESC immed8
DC	ESC immed8
DD	ESC immed8
DE	ESC immed8
DF	ESC immed8
E0	LOOPNE immed8
E1	LOOPE immed8
E2	LOOP immed8
E3	JCXZ immed8
E4	IN al,immed8
E5	IN ax,immed16
E6	OUT al,immed8
E7	OUT ax,immed16
E8	CALL immed16
E9	JMP immed16
EA	JMP immed32
EB	JMP immed8
EC	IN al,dx
ED	IN ax,dx
EE	OUT al,dx
EF	OUT ax,dx
F0	LOCK
F1	Not used
F2	REPNE
F3	REP
F4	HLT
F5	CMC
F6	Table3 reg8
F7	Table3 reg16
F8	CLC
F9	STC
FA	CLI
FB	STI
FC	CLD
FD	STD
FE	Table4 reg8
FF	Table4 reg16

图 A-9: 单字节操作码

索引	汇编助记符
0	ROL
1	ROR
2	RCL
3	RCR
4	SHL
5	SHR
6	Not used
7	SAR

图 A-10: 表 1 操作码

索引	汇编助记符
0	ADD
1	OR
2	ADC
3	SBB
4	AND
5	SUB
6	XOR
7	CMP

图 A-11: 表 2 操作码

索引	汇编助记符
0	TEST
1	Not used
2	NOT
3	NEG
4	MUL
5	IMUL
6	DIV
7	IDIV

图 A-12: 表 3 操作码

索引	汇编助记符
0	INC
1	DEC
2	CALL
3	CALL
4	JMP
5	JMP
6	PUSH
7	Not used

图 A-13: 表 4 操作码