SET DI ISTRUZIONI DEL MICROPROCESSORE 8086-8088

Set di istruzioni Il set di istruzioni di questo micro non è ortogonale, ovvero non può usare indifferentemente qualsiasi registro. Esaminiamo brevemente l’insieme delle istruzioni dell’8086/8088 che possiamo suddividere nei seguenti gruppi: • trasferimento di dati; • manipolazione di stringhe; • aritmetiche e logiche; • controllo del loop; • test, confronti e salti; • shift, rotate e carry; • chiamate e ritorno; • controllo della CPU; • interrupt

Istruzioni di trasferimento di dati Le istruzioni di trasferimento dei dati servono appunto a trasferire i dati dalla CPU alla memoria e viceversa, dalla CPU agli I/O e viceversa. Alcuni esempi di istruzioni sono: • MOV, sposta; • LEA, carica l’indirizzo effettivo; • LDS, carica il segmento dati; • SAHF, memorizza AH nei flag; • XCHG, scambio; • IN, input da un I/O di un byte o di una parola; • OUT, output in un I/O. Istruzioni di manipolazione di stringhe Le istruzioni di questo tipo servono ad analizzare, a effettuare confronti e a muovere velocemente interi blocchi di byte o di parole. Con questi comandi sono particolarmente facilitate le operazioni di ricerca in tabelle o in testi. Una limitazione di queste istruzioni consiste nella possibilità di muovere interi blocchi di dati solo all’interno della memoria e non verso i dispositivi di I/O. Appartengono a questa categoria le seguenti istruzioni: • CLD, azzeramento del flag di direzione; • LODS, carica una stringa; • MOVS, trasferimento di una stringa; • SCAC, scansione di una stringa. Istruzioni aritmetiche e logiche Le istruzioni aritmetiche sono numerose e includono le quattro operazioni con gli interi binari con e senza segno rappresentati in complemento a 2 e le operazioni di aritmetica decimale con codifica binaria. Vediamo alcuni esempi: • AAA, adattamento ASCII per l’addizione; • AAD, adattamento ASCII per la divisione; • ADC, addizione con riporto; • ADD, addizione; • CBW, conversione di un byte in una parola; • DIV, divisione; • IMUL, moltiplicazione di interi. Le istruzioni logiche servono a cambiare, bit per bit, i byte o le parole: • AND; • NOT; • OR; • XOR Istruzioni per il controllo del loop In tutti i programmi di una certa complessità riscontriamo la presenza di un loop, ovvero di un segmento di programma che grazie ad una operazione di controllo, viene eseguito più volte. In questa classe sono state incluse quelle istruzioni necessarie ad eseguire il controllo sui loop e quelle di incremento e decremento: • LOOP, loop se CX non è 0; • LOOPE LOOPY, loop se CX non è uguale a 0 e ZF = 1; • LOOPNY LOOPNE, loop se CX non è uguale a 0 e ZF = 0; • DEC, decremento; • INC, incremento.

Istruzioni di test, confronto e salto A questa categoria appartengono quelle istruzioni di test sui bit e di salto condizionato e non. Alcune istruzioni sono di aritmetica e logica virtuale; per esempio il confronto (CMP) è una sottrazione senza conservazione del risultato. Alcuni esempi di istruzioni di questo tipo sono: • CMP, confronto; • JA JNBE, salto se superiore; • JAE JNB, salto se superiore o uguale; • JC, salto se il riporto è 1; • JCXY, salto se il registro CX è 0; • TEST, test (confronto logico). Istruzioni di shift, rotate e carry Le istruzioni di shift, rotate e carry consentono la moltiplicazione e la divisione per potenze di 2 facendo scorrere i dati contenuti nell’accumulatore. I bit spostati con operazione logica all’interno di una locazione di memoria assumono lo stato zero. Uno spostamento aritmetico di un bit verso destra opera una divisione per 2 del dato, viceversa uno spostamento aritmetico di un bit verso sinistra equivale a una moltiplicazione per 2. Ecco alcuni esempi di istruzioni: • CLC, azzeramento del riporto; • RCL, rotazione a sinistra attraverso il riporto; • RCR, rotazione a destra attraverso il riporto; • ROL, rotazione a sinistra; • ROR, rotazione a destra; • SAR, shift aritmetico a destra; • SAL, shift aritmetico a sinistra. Istruzioni di chiamata e ritorno L’istruzione di chiamata CALL serve ad attivare una subroutine salvando nello stack i dati necessari che permetteranno in seguito di rientrare con una RET nel programma principale.

Istruzioni di controllo della CPU A questo gruppo appartengono quelle istruzioni che consentono il controllo del funzioname- -nto della CPU quando lavora singolarmente o in collaborazione con altri processori. Le istruzioni di controllo del microprocessore comprendono: • ESC, abbandona; • HLT, alt; • NOP, nessuna operazione; • WAIT, attesa. Istruzioni di interrupt In questo gruppo troviamo le istruzioni per la gestione degli interrupt, in particolare si segnala l’istruzione INT che può provocare degli interrupt software. Vediamo alcuni esempi: • CLI, azzeramento del flag di abilitazione delle interruzioni; • INT, interruzione; • INTO, interruzione per overflow; • IRET, ritorno dall’interruzione; • STI, set del flag di abilitazione delle interruzioni Gestione delle interruzioni La CPU 8086/8088 può riconoscere fino a un massimo di 256 tipi di interruzioni che possono essere così classificate: • interruzioni hardware esterne; • interruzioni interne; • interruzioni software. Le interruzioni hardware esterne giungono al microprocessore tramite le tre linee NMI (interruzione non mascherabile), INTR (interruzione mascherabile) e RESET. Una richiesta di interruzione avanzata sulla linea NMI non può essere ignorata e pertanto, alla fine dell’istruzione in corso di esecuzione, il microprocessore esegue i seguenti passi: • salva nell’area stack i flag di stato; • azzera IF (flag di abilitazione delle interruzioni mascherabili), ciò produce la disabilita- -zione dell’ingresso INTR; • resetta il flag di trappola TF e quindi non può lavorare in modo single step; • salva nell’area stack i contenuti dei registri CS e IP; • pone nel registro IP il dato contenuto nella memoria all’indirizzo ; • pone nel registro CS il dato contenuto nella memoria all’indirizzo ; • genera l’indirizzo (a 20 bit) di partenza della routine di servizio usando i contenuti dei registri CS e IP

Gli indirizzi e fanno parte di una tabella di indirizzi dedicata alla gestione degli interrupts. La tabella occupa i primi 1024 byte della memoria di sistema dall’indirizzo a . L’8086/8088 può così gestire in totale 256 tipi di interruzioni, ognuna individuata da un’etichetta da 0 a 255 che rappresenta un indice decrescente del livello di priorità e quindi anche di esecuzione dell’istruzione stessa. Se durante l’esecuzione di una routine di servizio di un interrupt il microprocessore riceve un’ulteriore richiesta, verifica im- -mediatamente il livello di priorità di questa ultima, se è di livello superiore la soddisfa, se invece è di livello inferiore la maschera. Ad ogni tipo di interruzione sono dedicati 4 byte della memoria: i due byte con indirizzi più bassi sono riservati al registro IP i due byte con indirizzi più alti sono invece dedi- -cati al registro CS. Infatti, nel caso di interrupt non maschera- -bile esaminato precedentemente, le celle di memoria contengono il dato di IP mentre quello di CS.

Nella soprastante tabella è riportata la tabella dei vettori delle interruzioni dell’8086/8088. I puntatori (o vettori di interruzione) da 0 a 4 sono dedicati alle interruzioni interne e a NMI, da 5 a 31 sono riservati a eventuali nuovi integrati dell’Intel, da 32 a 255 sono disponibili per l’utente. Una richiesta di interruzione proveniente dall’esterno può essere mascherata da programma con l’istruzione CLI che disabilita il flag IF. Con l’istruzione STI invece la linea INTR è abilitata per un’eventuale richiesta di un dispositivo esterno; in risposta la CPU esegue i seguenti passi: • genera il segnale di riconoscimento interruzione su INTA; • legge sul bus dati il codice relativo al tipo di interruzione (da 0 a 255); • salva nell’area stack il contenuto dei registri di stato CS e IP; • resetta IF e TF per mascherare eventuali altri interrupt e impedire il funzionamento single step; • moltiplica per 4 il codice del tipo di interruzione posto sul data bus dal dispositivo richie- -dente, con il dato così ottenuto preleva dalla tabella gli indirizzi da memorizzare nei registri IP e CS; in pratica si avrà: – (codice ∙ 4), (codice ∙ 4) + 1 per IP; – (codice ∙ 4) + 2, (codice ∙ 4) + 3 per CS; • preleva la prima istruzione (della routine di servizio dell’interrupt) che si trova all’indirizzo (a 20 bit) ottenuto combinando i registri CS e IP. Se viene attivata la linea di RESET il microprocessore procede alla inizializzazione dei registri come intabella a lato. L’indirizzo della prima istruzione viene ottenuto compo- -nendo i contenuti di CS e IP: Le interruzioni interne sono, unitamente alla NMI, quelle a priorità più elevata e non possono essere disabilitate o mascherate. Quando si realizzano le condizioni necessarie, il micro- -processore interrompe autonomamente l’esecuzione del programma principale ed esegue una routine di servizio. Le condizioni che danno luogo ad un interrupt interno sono in ordine di priorità: • un errore in divisione, errore che può manifestarsi in fase di esecuzione di una divisione; • una esecuzione single step, che consiste nell’eseguire una istruzione per volta del pro- -gramma; è utile in fase di debugging (ricerca di eventuali errori hardware o software); • la presenza di un’istruzione BREAK nel programma che dà luogo ad un interrupt di tipo breakpoint. Le interruzioni software, che non possono essere disabilitate o mascherate, sono generate da apposite istruzioni quali, ad esempio, INT e INTO. La CPU 8086/8088 tratta questo tipo di interrupt allo stesso modo di quello generato dalla linea INTR. Sommario del set di istruzioni Nella sottostante figura sono riassunte tutte le istruzioni del micro 8086/8088. Esempio: Programma per sommare due operandi a 8 bit. ORG 100H IND1 EQU 0100H IND2 EQU 0120H IND3 EQU 0150H MOV AL,IND1 ;trasferisce l’operando 1 che si trova in memoria all’indirizzo IND1 nel ;registro AL ADD AL,IND2 ;somma il contenuto di AL (operando 1) al contenuto della memoria ;all’indirizzo IND2 (operando 2) MOV IND3,AL ;trasferisce il contenuto di AL (risultato della somma) ;in memoria all’indirizzo IND3 Esempio Programma per sommare due operandi a 16 bit. ORG 100H IND1 EQU 0100H IND2 EQU 0120H IND3 EQU 0150H MOV AX,IND1 ;trasferisce l’operando 1 che si trova in ;memoria all’indirizzo IND1 ;nel registro AX ADD AX,IND2 ;somma il contenuto di AX (operando 1 al contenuto della memoria ;all’indirizzo IND2 (operando 2) MOV IND3,AX ;trasferisce il contenuto di AX (risultato della somma) in memoria ;all’indirizzo IND3

Esempio Programma per sottrarre due numeri a 16 bit. ORG 100H IND1 EQU 0100H IND2 EQU 0120H IND3 EQU 0150H MOV AX,IND1 ;trasferisci l’operando 1 che si trova in ;memoria all’indirizzo IND1 ;nel registro AX SUB AX,IND2 ;somma il contenuto di AX (operando 1 al ;contenuto della memoria ;all’indirizzo IND2 (operando 2) MOV IND3,AX ;trasferisce il contenuto di AX (risultato della somma) in memoria ;all’indirizzo IND3

Esempio Programma per sommare 2 numeri 15H e 39H in BCD. MOV AL,15H ;pone 15H nel registro AL ADD AL,30H ;somma 30H con il dato presenti in AL (15H) DAA ;adattamento decimale della somma MOV IND1,AL ;trasferisce il risultato della somma in memoria all’indirizzo IND3

Esempio Programma per sottrarre 31H da 51H in BCD. MOV AL,51H ;pone in AL il dato 51H SUB AL,31 ;sottrai dal contenuto di AL (51H) il dato 31H DAS ;adattamento decimale per la sottrazione MOV IND1,AL ;trasferisci il risultato della sottrazione in memoria all’indirizzo IND1

Esempio Programma per moltiplicare 2 numeri (145H e 378H) a 16 bit. ORG 150H IND1 EQU 200H IND2 EQU IND1+2 MOV AX, 145H ;pone in AX il dato 145H MOV CX, 378H ;pone in CX il dato 378H MUL CX MOV IND1,AX ;memorizza il contenuto di AX in memoria all’indirizzo IND1 MOV IND2,DX ;memorizza il contenuto di DX in memoria all’indirizzo IND1

Esempio Programma per dividere 2 numeri: 250H e 10H. ORG 150H IND1 EQU 200H IND2 EQU IND1+2 XOR DX,DX ;azzera il registro DX MOV AX, 250H ;pone in AX il dato 250 MOV CX, 10H ;pone il dato 10 in CX DIV CX ;divide il contenuto di DXAX per il contenuto di CX MOV IND1,AX ;memorizza il contenuto di AX in memoria all’indirizzo IND1

MOV IND2,DX ;memorizza il resto in memoria all’indirizzo IND2

Esempio La routine di servizio di un’interruzione inizia con il salvataggio dei registri più importanti nell’area stack. Segue il codice vero e proprio di servizio dell’interruzione e termina con il ripristino dei registri salvati all’inizio dello stack. L’istruzione STI serve per abilitare nuovamente le interruzioni che erano state disabilitate all’inizio. L’istruzione RETI infine consente il ritorno al main. PUSH AX PUSH BX PUSH CX PUSH DX «codice vero e proprio di gestione dell’interrupt» POP DX POP CX POP BX POP AX STI RETI

Esempio È possibile durante la routine di servizio di una interruzione consentire ulteriori interrupt. In tal caso l’inizio della routine è la seguente: STI PUSH AX PUSH BX PUSH CX PUSH DX …

Esempio Programma che esegue istruzioni IN da una porta variabile. MOV DX, #071CH ;carica il registro DX con l’indirizzo 071CH IN AX,DX ;trasferisce il dato dalla porta d’ingresso il cui indirizzo è nel ;registro DX

Esempio Programma che esegue istruzioni OUT da una porta fissa e una variabile. MOV DX, 071C ;carica nel registro DX l’indirizzo 071C OUT DX,AL ;output del dato 071C alla porta variabile OUT 05H,AL ;output del dato contenuto in AL alla porta fissa con indirizzo 05H Esempio Supponiamo di voler inviare un comando dal micro per visualizzare il numero 9 su un display a 7 segmenti. Il display viene visto come un dispositivo di uscita, per cui è sufficiente fare un OUT su una porta alla quale diamo il nome variabile PORT2. MOV AL,00001001B ;carica AL con il dato binario 9 OUT PORT2,AL ;out del dato sul PORT2

Esempio Programma che legge un dato dal PORT1 e pone a 1 il bit 2 del PORT2. IN AL,PORT1 ;carica in AL il dato letto dal PORT1 OR AL,00000100B ;il bit 2 del registro AL è settato a 1 OUT PORT2,AL ;tutti i bit del PORT2 rimangono inalterati tranne il bit 2 che viene ;settato

Esempio Esempio di programma che genera un bit 1 su un port di uscita dopo un certo tempo di ritardo. Il ritardo software si realizza inizializzando un registro/contatore con un dato pari ai cicli di clock necessari e successivamente decrementando il contatore fino allo 0 (come mostrato nel diagramma di flusso a lato). Per programmare esattamente il ritardo è necessario conoscere la frequenza del clock di sistema e quanti cicli di clock sono impiegati per eseguire una istruzione. PORT2 EQU 60H MOV AL, 01B ;bit di controllo a 1 OUT PORT2,AL ;bit di controllo in uscita MOV CX, FFH ;inizializza il contatore Label DEC CX ;CX=CX-1 JNZ Label ;CX=0? ;Se sì esci, altrimenti decrementa OUT PORT2,AL ;genera il bit di controllo