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Arithmetic & Logic Instructions

约 1768 个字 33 行代码 预计阅读时间 9 分钟

在原先 8086 汇编语言笔记的基础上新增部分指令

算术指令

加法指令

ADD

  • 指令格式： add dest, src
  • 指令效果： dest += src

ADC

  • 指令格式： adc dest, src
  • 指令效果： dest += src + CF
  • 注意： 即带进位加法，add with carry

INC

  • 指令格式： inc op
  • 指令效果： op++
  • 注意： inc 指令不影响 CF

习题

求 12345678h+4243BCBCh 的和，要求结果存放在寄存器DX:AX中：

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mov ax, 5678h
mov dx, 1234h
add ax, 0BCBCh
adc dx, 4243h

XADD

  • 指令格式： xadd dest, src
  • 指令效果： src = dest; dest += src
    • 例如 xadd ah(1000h), bh(2000h)，执行完后 ah = 3000h, bh = 1000h
  • 注意： exchange and add

减法指令

SUB

  • 指令格式： sub dest, src
  • 指令效果： dest -= src

SBB

  • 指令格式： sbb dest, src
  • 指令效果： dest = dest - src - CF
  • 注意： 即带借位减法，subtract with borrow

DEC

  • 指令格式： dec op
  • 指令效果： op--
  • 注意： dec 指令不影响 CF

NEG

  • 指令格式： neg op
  • 指令效果： op = -op
  • 注意： 相当于取反加一(求补码, op = not op + 1)，非零数求补后 CF = 1，0 求补后 CF = 0

CMP

  • 指令格式： cmp op1, op2
  • 指令效果： compare op1 - op2
  • 注意： cmp 指令并不计算差值，但会像 sub op1, op2 影响状态标志，后面通常接跳转指令

CMPXCHG

  • 指令格式： cmpxhg dest, src
  • 指令效果：
    • 如果 dest == accu，那么 dest = src，ZF = 1
    • 如果 dest <> accu，那么 accu = dest，ZF = 0
  • 注意： cmpxhg 指令隐式使用了 A 系列寄存器作为操作数，并且会影响状态标志 ZF

试写出对存放在DX:AX中的32位数进行求补(neg)的汇编指令序列

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neg ax    ; 若 ax 非零，则产生进位 CF=1
pushf     ; 保存 CF 状态
neg dx
popf      ; 恢复 CF 状态
sbb dx, 0 ; 减去 neg ax 产生的进位

乘法指令

MUL

  • 指令格式： mul src
  • 指令效果： 非符号数乘法
    • src 为 8 位时，ax = al * src
    • src 为 16 位时，dx:ax = ax * src
    • src 为 32 位时，edx:eax = eax * src
  • Example: DX:AX=123400h ➡ DX=0012h, AX=3400h

IMUL

  • 指令格式： imul src
  • 指令效果： 符号数乘法
    • src 为 8 位时，ax = al * src
    • src 为 16 位时，dx:ax = ax * src
    • src 为 32 位时，edx:eax = eax * src

IMUL 的第二类用法

Intel 第二代CPU为IMUL新增了用法，支持两个或三个操作数。以下四组指令都实现对eax乘10，不同的是，lea和imul指令并不能处理乘法的溢出：

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10
mov ebx, 10
mul ebx               ; edx:eax = eax * ebx

mov ebx, 10
imul eax, ebx         ; eax = eax * ebx

imul eax, eax, 10     ; eax = eax * Imm

add eax, eax
lea eax, [eax+eax*4]  ; eax = eax*2 + eax*8

除法指令

DIV

  • 指令格式： div src
  • 指令效果： 非符号数除法
    • src 为 8 位时，al = ax / src, ah = ax % src
    • src 为 16 位时，ax = dx:ax / src, dx = dx:ax % src
    • src 为 32 位时，eax = edx:eax / src, edx = edx:eax % src
  • 注意： 若除数为 0 或者保存商的寄存器无法容纳商时会发生除法溢出，此时 CPU 会在除法指令上方插入并执行一条 int 00h 指令(除法的异常处理)

IDIV

  • 指令格式： idiv src
  • 指令效果： 符号数除法
    • src 为 8 位时，al = ax / src, ah = ax % src
    • src 为 16 位时，ax = dx:ax / src, dx = dx:ax % src
    • src 为 32 位时，eax = edx:eax / src, edx = edx:eax % src
  • 注意： 若除数为 0 或者保存商的寄存器无法容纳商时会发生除法溢出，此时 CPU 会在除法指令上方插入并执行一条 int 00h 指令

逻辑运算和移位指令

逻辑运算指令

AND

  • 指令格式： and dest, src
  • 指令效果： dest = dest & src

OR

  • 指令格式： or dest, src
  • 指令效果： dest = dest | src

XOR

  • 指令格式： xor dest, src
  • 指令效果： dest = dest ^ src

NOT

  • 指令格式： not op
  • 指令效果： op = ^op
  • 注意： 所有逻辑运算中，只有 NOT 不影响任何状态标志

TEST

  • 指令格式： test dest, op
  • 指令效果： test dest & src
  • 注意： test 指令并不保存结果值，但会像 and dest, src 一样影响状态标志

80386 - Pentium 4 有四种测试单个比特的 test 指令

ch5_1.png

  • BT AX, 4 测试 AX 的第四位，CF = AX[4]
  • BTS CX, 9 设置 CX[9] = 1
  • BTR CX, 9 设置 CX[9] = 0
  • BTC CX, 9 设置 CX[9] = ~CX[9]

移位指令

SHL

  • 指令格式： shl dest, count
  • 指令效果： dest <<= count & 1Fh
  • 注意： 右侧补0，左侧溢出位落入 CF；count 只能是 idata 或 cl
    • 若为 .386，则 idata 可为任意大小的 8 位常数
    • 若为 8086，则 idata 只能为 1
    • 其它移位指令和 shl 指令规定相同，不再做阐述

SHR

  • 指令格式： shr dest, count
  • 指令效果： dest >>= count & 1Fh
  • 注意： 左侧补0，右侧溢出位落入 CF；count 只能是 idata 或 cl

SAL

  • 指令格式： sal dest, count
  • 指令效果： dest <<= count & 1Fh
  • 注意： 算术左移指令，与 SHL 完全相同

SAR

  • 指令格式： sar dest, count
  • 指令效果： dest >>= count & 1Fh
  • 注意： 左侧不变，右侧溢出位落入 CF；count 只能是 idata 或 cl
    • 使用算术右移做除法，得到的结果与 IDIV 并不一致，IDIV 将结果向 0 取整，SAR 将结果向 -inf 取整
通过对被除数进行补偿，达到 SAR 和 IDIV 等价的效果，具体是如果被除数为负则加上 \(2^k-1\) 
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int idiv(int x) { return x/8; }

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; x86-64 clang 13.0.0 -O3
lea eax, [rdi+7]  ; eax = rdi + 7
test edi, edi     ; if edi >= 0
cmovns eax, edi   ;   eax = edi
sar eax, 3        ; return eax >> 3
; 实际上这一套操作比直接 idiv 的运行速度更快

ROL

  • 指令格式： rol dest, count
  • 指令效果： 对 dest 循环左移 count & 1Fh 位，最高位回到最低位同时移到 CF 中
  • 注意： rotate left；count 只能是 idata 或 cl

ROR

  • 指令格式： ror dest, count
  • 指令效果： 对 dest 循环右移 count & 1Fh 位，最低位回到最高位同时移到 CF 中
  • 注意： rotate right；count 只能是 idata 或 cl

RCL

  • 指令格式： rcl dest, count
  • 指令效果： 带进位循环左移，即 CF 加在 dest 左侧一起循环左移
  • 注意： count 只能是 idata 或 cl

RCR

  • 指令格式： rcr dest, count
  • 指令效果： 带进位循环右移，即 CF 加在 dest 右侧一起循环右移
  • 注意： count 只能是 idata 或 cl

试写出把32位数 3F7E59ACh 逻辑左移2位的汇编指令序列，要求结果存放在DX:AX中

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    mov ax, 59ACh
    mov dx, 3F7Eh
    mov cx, 2
again:
    shl ax, 1
    rcl dx, 1
    loop again

十进制调整指令

Binary Coded Decimal 是指用二进制编码的十进制数。

  • 压缩BCD码 以4位二进制表示1位十进制
    • \(37_{Decimal}\Rightarrow 37h\)
  • 非压缩BCD码 以8位二进制表示1位十进制
    • \(37_{Decimal}\Rightarrow 0307h\)
    • 高位没有意义，可以为任意值，如 06h,36h 都表示十进制数 6

# 压缩BCD码调整指令

DAA

  • 指令格式： daa
  • 指令效果： 压缩BCD码加法的十进制调整，将AL调整回BCD码
    • if (af == 1 || (al&0Fh) > 9) al += 6, af = 1; else af = 0
    • if (cf == 1 || al > 9Fh) al += 60h, cf = 1; else cf = 0

DAS

  • 指令格式： das
  • 指令效果： 压缩BCD码减法的十进制调整，将AL调整回BCD码
    • if (af == 1 || (al&0Fh) > 9) al -= 6, af = 1; else af = 0
    • if (cf == 1 || al > 9Fh) al -= 60h, cf = 1; else cf = 0

# 非压缩BCD码调整指令

AAA

  • 指令格式： aaa
  • 指令效果： 加法的 ASCII 调整，在 al 被做加法后调整 ax 为非压缩BCD码(ah也被修改)
    • if (af == 1 || (al&0Fh) > 9) al = (al+6)&0Fh, ah += 1, af = 1, cf = 1
    • else af = 0, cf = 0

AAS

  • 指令格式： aas
  • 指令效果： 减法的 ASCII 调整，在 al 被做减法后调整 ax 为非压缩BCD码(ah也被修改)
    • if (af == 1 || (af&0Fh) > 9) al = (al-6)&0Fh, ah -= 1, af = 1, cf = 1
    • else af = 0, cf = 0

AAM

  • 指令格式： aam
  • 指令效果： 乘法的 ASCII 调整，在 al 被做乘法后调整 ax 为非压缩BCD码(ah也被修改)
    • ah = al / 10, al = al % 10

AAD

  • 指令格式： aam
  • 指令效果： 除法的 ASCII 调整，在 al 被做除法后调整 ax 为非压缩BCD码(ah也被修改)
    • al = ah * 10 + al, ah = 0
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