Режимы адресации и форматы машинных команд

Микропроцессор Intel предоставляет множество способов доступа к операндам. Операнды могут содержаться в регистрах, самих командах, в памяти или в портах ввода-вывод. Режимы адресации разделяются на семь групп:

1. Регистровая адресация.

2. Непосредственная адресация.

3. Прямая адресация.

4. Косвенная регистровая адресация.

5. Адресация по базе.

6. Прямая адресация с индексированием.

7. Адресация по базе с индексированием.

Микропроцессор выбирает режим адресации по значению поля режима команды. Ассемблер присваивает то или иное значение полю режима в зависимости от того, какой вид имеют операнды в исходной программе. Например, если есть команда

MOV AX,BX

То ассемблер закодирует оба операнда (AX, BX) для регистровой адресации. Если же поместить регистр BX в квадратные скобки:

MOV AX,[BX]

То Ассемблер закодирует операнд-источник для косвенной регистровой адресации.

В табл. 1 приведены форматы операндов языка ассемблер и указан какой из регистров сегмента используется для вычисления физического адреса.

Табл. 1

Режим адресации	Формат операнда	Регистр сегмента
Регистровый	Регистр	Не используется
Непосредственный	Данное	Не используется
Прямой	Метка Сдвиг	DS DS
Косвенный регистровый	[BX] [BP] [DI] [SI]	DS SS DS DS
По базе	[BX]+сдвиг [BP]+сдвиг	DS CS
Прямой с индексированием	[DI]+сдвиг [SI]+сдвиг	DS DS
По базе с индексированием	[BX][SI]+сдвиг [BX][DI]+сдвиг [BP][SI]+сдвиг [BP][DI]+сдвиг	DS DS SS SS

В зависимости от формата операнда и режима адресации формируется объектный код или машинная команда. Форматы машинных команд достаточно разнообразны. Приведем лишь основные форматы команд с двумя операндами.

1) Формат "регистр-регистр" (2байта):

КОП d w 11 reg1 reg2

7... 2 1 0 7 6 5 4 3 2 1 0

Команды этого формата описывают обычно действие reg1:=reg1‑reg2 или reg2:=reg2‑reg1. Поле КОП первого байта указывает на операцию (‑), которую надо выполнить. Бит w определяет размер операндов, а бит d указывает, в какой из регистров записывается результат:

w = 1 - слова d = 1 - reg1:=reg1‑reg2

= 0 - байты = 0 - reg2:=reg2‑reg1

Во втором байте два левых бита фиксированы (для данного формата), а трехбитовые поля reg1 и reg2 указывают на регистры, участвующие в операции, согласно следующей таблице:

Табл.2

reg	W=1	W=0	Reg	W=1	W=0
	AX	AL		SP	AH
	CX	CL		BP	CH
	DX	DL		SI	DH
	BX	BL		DI	BH

2) Формат "регистр-память" (2-4 байта):

КОП |d|w| |mod|reg|mem| |адрес (0-2 байта)

Эти команды описывают операции reg:=reg‑mem или mem:=mem‑reg. Бит w первого байта определяет размер операндов (см. выше), а бит d указывает, куда записывается результат: в регистр (d=1) или в ячейку памяти (d=0). Трехбитовое поле reg второго байта указывает операнд-регистр (см. выше), двухбитовое поле mod определяет, сколько байтов в команде занимает операнд-адрес (00 - 0 байтов, 01 - 1 байт, 10 - 2 байта), а трехбитовое поле mem указывает способ модификации этого адреса. В следующей таблице указаны правила вычисления исполнительного адреса в зависимости от значений полей mod и mem (a8 - адрес размером в байт, a16 - адрес размером в слово):

Табл.3

mem mod 00 01 10

000 [BX]+[SI] [BX]+[SI]+a8 [BX]+[SI]+a16

001 [BX]+[DI] [BX]+[DI]+a8 [BX]+[DI]+a16

010 [BP]+[SI] [BP]+[SI]+a8 [BP]+[SI]+a16

011 [BP]+[DI] [BP]+[DI]+a8 [BP]+[DI]+a16

100 [SI] [SI]+a8 [SI]+a16

101 [DI] [DI]+a8 [DI]+a16

110 a16 [BP]+a8 [BP]+a16

111 [BX] [BX]+a8 [BX]+a16

Замечания. Если в команде не задан адрес, то он считается нулевым.

Если адрес задан в виде байта (a8), то он автоматически расширяется со знаком до слова (a16). Случай mod=00 и mem=110 указывает на отсутствие регистров-модификаторов, при этом адрес должет иметь размер слова (адресное выражение [BP] ассемблер транслирует в mod=01 и mem=110 при a8=0). Случай mod=11 соответствует формату "регистр-регистр".

3) Формат "регистр-непосредственный операнд" (3-4 байта):

КОП |s|w| |11|КОП"|reg| |непосред.операнд (1-2 б)

Команды этого формата описывают операции reg:=reg‑immed (immed - непосредственный операнд). Бит w указывает на размер операндов, а поле reg - на регистр-операнд (см. выше). Поле КОП в первом байте определяет лишь класс операции (например, класс сложения), уточняет же операцию поле КОП" из второго байта. Непосредственный операнд может занимать 1 или 2 байта - в зависимости от значения бита w, при этом операнд-слово записывается в команде в "перевернутом" виде. Ради экономии памяти в ПК предусмотрен случай, когда в операции над словами непосредственный операнд может быть задан байтом (на этот случай указывает 1 в бите s при w=1), и тогда перед выполнением операции байт автоматически расширяется (со знаком) до слова.

4) Формат "память-непосредственный операнд" (3-6 байтов):

КОП |s|w| |mod|КОП"|mem| |адрес (0-2б)| |непоср.оп (1-2б)|

Команды этого формата описывают операции типа mem:=mem‑immed. Смысл всех полей - тот же, что и в предыдущих форматах.

Помимо рассмотренных в ПК используются и другие форматы команды с двумя операндами; так, предусмотрен специальный формат для команд, один из операндов которых фиксирован (обычно это регистр AX). Имеют свои форматы и команды с другим числом операндов.

Из сказанного ясно, что одна и та же операция в зависимости от типов операндов записывается в виде различных машинных команд: например, в ПК имеется 28 команд пересылки байтов и слов. В то же время в ассемблере все эти "родственные" команды записываются единообразно: например, все команды пересылки имеют одну и ту же символьную форму записи:

MOV op1,op2 (op1:=op2)

Анализируя типы операндов, ассемблер сам выбирает подходящую машинную команду.

Регистры указываются своими именами, например:

MOV AX,SI;оба операнда - регистры

Непосредственные операнды задаются константными выражениями (их значениями являются константы-числа), например:

MOV BH,5;5 - непосредственный операнд

MOV DI,SIZE_X;SIZE_X (число байтов, занимаемых переменной X) - непосредственный операнд

Адреса описываются адресными выражениями (например, именами переменных), которые могут быть модифицированы по одному или двум регистрам; например, в следующих командах первые операнды задают адреса:

MOV X,AH

MOV X[BX][DI],5

MOV [BX],CL

При записи команд в символьной форме необходимо внимательно следить за правильным указанием типа (размера) операндов, чтобы не было ошибок. Тип обычно определяется по внешнему виду одного из них, например:

MOV AH,5;пересылка байта, т.к. AH - байтовый регистр

MOV AX,5;пересылка слова, т.к. AX - 16-битовый регистр;(операнд 5 может быть байтом и словом, по нему;нельзя определить размер пересылаемой величины)

MOV [BX],300;пересылка слова, т.к. число 300 не может быть байтом.

Если по внешнему виду можно однозначно определить тип обоих операндов, тогда эти типы должны совпадать, иначе ассемблер зафиксирует ошибку. Примеры:

MOV DS,AX;оба операнда имеют размер слова

MOV CX,BH;ошибка: регистры CX и BH имеют разные размеры

MOV DL,300;ошибка: DL - байтовый регистр, а число 300 не

;может быть байтом

Возможны ситуации, когда по внешнему виду операндов нельзя определить тип ни одного из них, как, например, в команде

MOV [BX],5

Здесь число 5 может быть и байтом, и словом, а адрес из регистра BX может указывать и на байт памяти, и на слово. В подобных ситуациях ассемблер фиксирует ошибку. Чтобы избежать ее, надо уточнить тип одного из операндов с помощью оператора с названием PTR:

MOV BYTE PTR [BX],5;пересылка байта

MOV WORD PTR [BX],5;пересылка слова

(Операторы - это разновидность выражений языка ассемблер, аналогичные функциям.)

Оператор PTR необходим и в том случае, когда надо изменить тип, предписанный имени при его описании. Если, например, X описано как имя переменной размером в слово:

X DW 999

и если надо записать в байтовый регистр AH значение только первого байта этого слова, тогда воспользоваться командой

MOV AH,X

нельзя, т.к. ее операнды имеют разный размер. Эту команду следует записать несколько иначе:

MOV AH,BYTE PTR X

Здесь конструкция BYTE PTR X означает адрес X, но уже рассматриваемый не как адрес слова, а как адрес байта. (Напомним, что с одного и того же адреса может начинаться байт, слово и двойное слово; оператор PTR уточняет, ячейку какого размера мы имеем в виду.)