第十一章 标志寄存器
第十二章 内中断
第十一章 标志（FLAG）寄存器
flag 和其他寄存器不一样，其他寄存器是用来存放数据的，都是整个寄存器具有一个含义。
flag 寄存器是 按位 起作用的，它的每一位都有专门的含义，记录特定的信息
8086CPU 的 flag 寄存器的结构如图11.1所示
11.1 ZF标志
是 flag 的第六位，零标志位。
它记录相关指令执行后，其结果是否为 0。如果结果为 0，那么 zf=1 ；如果结果不为 0，那么 zf=0
注意，在 8086CPU 的指令集中，有的指令的执行是影响标志寄存器的，比如，
add、sub、mul、div、inc、or、and等，它们大都是运算指令（进行逻辑或算术运算）；有的指令的执行对标志寄存器没有影响，比如，mov、push、pop等，它们大都是传送指令。在使用一条指令的时候，要注意这条指令的全部功能，其中包括，执行结果对标志寄存器的哪些标志位造成影响。
11.2 PF 标志
是 flag 的第二位，奇偶标志位
它记录相关指令执行后，其结果的所有 bit 位中 1 的个数是否为偶数。如果是偶数，pf=1；如果是奇数，pf=0
11.3 SF 标志
是 flag 的第七位，符号标志位
它记录相关指令执行后，其结果是否为负；如果为负，sf=1；如果非负，sf=0
检测点 11.1
写出下面每条指令执行后，ZF、PF、SF 等标志位的值
1 | sub al,al ;ZF=1 PF=1 SF=0 |
11.4 CF标志
是 flag 的第零位，进位标志位
对于位数为N的无符号数来说，其对应的二进制信息的最高位，即第N-1位，就是它的最高有效位，而假想存在的第N位，就是相对于最高有效位的更高位，如下图所示
我们知道，当两个数据相加的时候，有可能产生从最高有效位向更高位的进位。比如，两个8位数据：98H+98H，将产生进位。由于这个进位值在8位数中无法保存，我们在前面的课程中，就只是简单地说这个进位值丢失了。其实CPU在运算的时候，并不丢弃这个进位值，而是记录在一个特殊的寄存器的某一位上。8086CPU 就用 flag 的 CF 位来记录这个进位值。比如，下面的指令：
2
3
add al,al ;执行后：(al)=30H,CF=1,CF记录了从最高有效位向更高位的进位值
add al,al ;执行后：(al)=60H,CF=0,CF记录了从最高有效位向更高位的进位值而当两个数据做减法的时候，有可能向更高位借位。比如，两个8位数据：97H-98H，将产生借位，借位后，相当于计算197H-98H。而flag的CF位也可以用来记录这个借位值。比如，下面的指令：
2
3
sub al,98H ;执行后:(al)=FFH,CF=1,CF记录了向更高位的借位值
sub al,al ;执行后:(al)=0,CF=0,CF记录了向更高位的借位值
11.5 OF标志
是 flag 的第十一位，溢出标志位
OF 记录了有符号数运算的结果是否发生了溢出。如果溢出了，OF=1；没有溢出则OF=0
检测点 11.2
写出下面每条指令执行后，ZF、PF、SF、CF、OF等标志位的值
| CF | OF | SF | ZF | PF | |
|---|---|---|---|---|---|
sub al,al |
0 | 0 | 0 | 1 | 1 |
mov al,10h |
0 | 0 | 0 | 1 | 1 |
add al,90h |
0 | 0 | 1 | 0 | 1 |
mov al,80h |
0 | 0 | 1 | 0 | 1 |
add al,80h |
1 | 1 | 0 | 1 | 1 |
mov al,0FCh |
1 | 1 | 0 | 1 | 1 |
add al,05h |
1 | 1 | 0 | 0 | 0 |
mov al,7Dh |
1 | 1 | 0 | 0 | 0 |
add al,0Bh |
0 | 1 | 1 | 0 | 1 |
11.6 adc 指令
带进位加法指令，利用了 CF 位上记录的进位值
指令格式：adc 操作对象1,操作对象2
功能：操作对象1=操作对象1+操作对象2+CF
比如指令 adc ax,bx实现的功能是:（ax）=（ax）+（bx）+CF
CPU提供adc指令的目的，就是来进行加法的第二步运算的。adc 指令和 add 指令相配合就可以对更大的数据进行加法运算。我们来看一个例子：
编程，计算1EF000H+201000H，结果放在ax（高16位）和bx（低16位）中
因为两个数据的位数都大于16，用 add 指令无法进行计算。我们将计算分两步进行，先将低16位相加，然后将高16位和进位值相加。程序如下:
1 | mov ax,001EH |
11.7 sbb 指令
带借位减法指令，利用CF位上记录的借位值
指令格式：sbb 操作对象1,操作对象2
功能：操作对象1=操作对象1-操作对象2-CF
比如指令 sbb ax,bx 实现的功能是：（ax）=（ax）-（bx）-CF
利用 sbb 指令可以对任意大的数据进行减法运算
11.8 cmp 指令
cmp 是比较指令，cmp 的功能相当于减法指令，只是不保存结果。cmp 指令执行后，将对标志寄存器产生影响。其他相关指令通过识别这些被影响的标志寄存器位来得知比较结果。
cmp 指令格式：cmp 操作对象1,操作对象2
功能：计算操作对象1-操作对象2但并不保存结果，仅仅根据计算结果对标志寄存器进行设置
下面的指令
1 | mov ax,8 |
执行后，(ax)=8，zf=0，pf=1，sf=0，cf=0，of=0
其实，执行 cmp 指令后，我们可以通过分析标志寄存器的值判断两个操作数的大小关系
无符号数的情形
1 | cmp ax,ax |
如果 $(ax)=(bx)$ 则 $(ax)-(bx)=0$ ，所以：zf=1；
如果 $(ax) \ne (bx)$ 则 $(ax)-(bx)\ne 0$ ，所以：zf=0；
如果 $(ax)<(bx)$ 则 $(ax)-(bx)$ 将产生借位，所以：cf=1；
如果 $(ax)≤(bx)$ 则 $(ax)-(bx)$ 既可能借位，结果可能为0，所以：cf=1 或 zf=1。
如果 $(ax)>(bx)$ 则 $(ax)-(bx)$ 既不必借位，结果又不为0，所以：cf=0 并且 zf=0；
如果 $(ax)≥(bx)$ 则 $(ax)-(bx)$ 不必借位，所以：cf=0；
有符号数的情形
1 | cmp ah,bh |
如果 $(ah)=(bh)$ ，则 zf=1
如果 $(ah)\ne(bh)$ ，则 zf=0
如果$(ah)<(bh)$ ，则 (of == 0 && sf == 1)||(of == 1 && sf == 0)
如果 $(ah)>(bh)$ ，则 (of == 0 && sf == 0)||(of == 1 && sf == 1)
11.9 检测比较结果的条件转移指令
所有条件转移指令的转移位移都是 $[-128，127]$
之前学过的 jcxz 就是一条条件转移指令，它检测的条件是 cx 中的数据是否为 0
除此之外，8086CPU还有其他条件转移指令，它们检测的条件大都是标志寄存器的相关位
根据无符号数的比较结果进行转移的条件转移指令
| 指令 | 含义 | 检测的相关标志位 |
|---|---|---|
je |
等于 | zf=1 |
jne |
不等于则转移 | zf=0 |
jb |
低于则转移 | cf=1 |
jnb |
不低于则转移 | cf=0 |
ja |
高于则转移 | cf=0 且 zf=0 |
jna |
不高于则转移 | cf=1 或 zf=1 |
检测点 11.3
- 补全下面的程序，统计 F000:0 处32个字节中，大小在 $[32,128]$ 的数据的个数
1 | mov ax,0f000h |
- 补全下面的程序，统计 F000:0 处32个字节中，大小在 $ (32,128) $ 的数据的个数
1 | mov ax,0f000h |
11.10 DF标志和串传送指令
DF标志是 flag 的第十位，方向标志位。在串处理指令中，控制每次操作后 si、di 的增减
df=0每次操作后si、di递增
df=1每次操作后si、di递减
movsb 指令
功能：将 ds:si 地址处的一个字节转移到 es:di 处。转移后，如果 DF=0，则 si 和 di 加1；如果 DF=1，则 si 和 di 减 1
movsw 指令
功能：和 movsb 指令类似，只是 movsw 一次转移一个字。转移后，如果 DF=0，则 si 和 di 加 2；如果 DF=1，则 si 和 di 减 2
上面两个指令搭配 rep 指令 (repeat) 就能实现一串数据的传送。比如
rep movsb
它的功能就相当于：
1 | s: mov sb |
可见，这条命令会转移 (cx) 个字节的数据
使用下面两条指令可以设置DF的值
cld 将DF置零
std 将DF置一
11.11 pushf 和 popf
pushf 的功能是将标志寄存器的值压栈，而 popf 是从栈中弹出数据，送入标志寄存器中。
pushf 和 popf，为直接访问标志寄存器提供了一种方法
检测点 11.4
下面的程序执行后：(ax)=？
1 | mov ax,0 |
0000 0000 0100 0101B
11.12 标志寄存器在 Debug 中的表示
我们已知的标志位的表示：
| 标志 | 值为1的标记 | 值为0的标记 |
|---|---|---|
| of | OV | NV |
| sf | NG | PL |
| zf | ZR | NZ |
| pf | PE | PO |
| cf | CY | NC |
| df | DN | UP |
实验十一 编写子程序
编写一个子程序，将包含任意字符，以0结尾的字符串中的小写字母转变成大写字母，描述如下
名称：letterc
功能：将以0结尾的字符串中的小写字母转变成大写字母
参数：ds:si 指向字符串首地址
应用举例：
1 | assume cs:codesg |
运行结果：
第十二章 内中断
这一章主要讲 CPU 内部的中断信息
12.1 内中断的产生
对于 8086CPU ，在下面的情况发生的时候会产生相应的中断信息
- 除法错误
- 单步执行
- 执行 into 指令
- 执行 int 指令
为了对不同的中断信息进行不同的处理，CPU首先要知道中断信息的来源，也就是识别中断信息的身份
识别的操作通过中断信息的编码来实现，也就是中断类型码
8086CPU 中，中断类型码是一字节的数据
上面所说的四种会产生中断信息的中断源的中断类型码分别是：
- 除法错误：0
- 单步执行：1
- 执行 into 指令：4
- 执行 int 指令，该指令的格式为 int n ，指令中的 n 为字节型数据，是提供给CPU的中断类型码
12.2 中断处理程序
CPU的设计者必须在中断信息和它对应的处理程序的入口地址之间建立某种联系，使得CPU根据中断信息可以找到要执行的处理程序。
12.3 中断向量表
中断向量表就是中断处理程序入口地址的列表，CPU 用 8 位的中断类型码通过中断向量表找到相应的中断处理程序的入口地址
中断向量表保存在内存中
8086CPU 中的中断向量表存放在内存的 0000:0000~0000:03FF 的1024个单元中
那么在中断向量表中，一个表项占多大的空间呢？一个表项存放一个中断向量，也就是一个中断处理程序的入口地址，对于8086CPU，这个入口地址包括段地址和偏移地址，所以一个表项占两个字（4 byte），高地址字存放段地址，低地址字存放偏移地址。
检测点 12.1
- 用 debug 查看内存，情况如下：
0000:0000 68 10 A7 00 8B 01 70 00-16 00 9D 03 8B 01 70 00
3号中断源处理程序的入口地址为：0070:018B
- 存储N号中断源处理程序入口的偏移地址的内存单元的地址为：0000:[4N]；存储N号中断源对应的中断处理程序入口的段地址的内存单元地址为 : 0000:[4N+2]
12.4 中断过程
CPU收到中断信息后，要对中断信息进行处理，首先将引发中断过程。硬件在完成中断过程后，CS:IP将指向中断处理程序的入口，CPU开始执行中断处理程序。
有一个问题需要考虑，CPU在执行完中断处理程序后，应该返回原来的执行点继续执行下面的指令。所以在中断过程中，在设置CS:IP之前，还要将原来的CS和IP的值保存起来。在使用call 指令调用子程序时有同样的问题，子程序执行后还要返回到原来的执行点继续执行，所以，call指令先保存当前CS和IP的值，然后再设置CS和IP。
8086CPU 引发中断的过程：
- 获得中断类型码
- 标志寄存器值入栈
- 设置标志寄存器 第八位 TF=0 ，第九位 IF=0
- CS 的内容入栈
- IP 的内容入栈
- 从中断向量表获得中断处理程序的入口地址
接下来就开始执行中断处理程序
12.5 中断处理程序和 iret 指令
中断处理程序的编写方法和子程序的比较相似，下面是常规的步骤:
- 保存用到的寄存器
- 处理中断
- 恢复用到的寄存器
- 用 iret 指令返回
iret指令的功能用汇编语法描述为：
2
3
pop CS
popf
12.6 除法错误中断的处理
12.7 编程处理 0 号中断
编程：当发生除法溢出时，在屏幕中间显示 “overflow！”，返回DOS
我们需要做以下几件事情：
- 编写可以显示 overflow！ 的中断处理程序 do0
- 将 do0 送入内存 0000:0200 处
- 将 do0 的入口地址 0000:0200 存储在中断向量表的 0 号表项中
12.8 安装中断处理程序的程序
可以使用 movsb 指令，将 do0 的代码送入 0:200 处
用 rep movsb 指令的时候要确定的信息：
- 传送的原始位置，段地址：code，偏移地址： offset do0
- 传送的目的地址，0000:0200
- 传送的长度：do0 部分代码的长度
- 传送的方向：正向
1 | assume cs:code |
12.9 do0
1 | do0: jmp short do0start |
12.10 设置中断向量
1 | mov ax,0 |
12.11 单步中断
CPU提供单步中断功能的原因是，为单步跟踪程序的执行过程
12.12 响应中断的特殊情况
一般情况下，CPU在执行完当前指令后，如果检测到中断信息，就响应中断，引发中断过程。可是，在有些情况下，CPU在执行完当前指令后，即便是发生中断，也不会响应。
实验12 编写0号中断处理函数
编写 0 号中断的处理程序，使得在除法溢出发生时，在屏幕中间显示字符串 ”divide error!“，然后返回 DOS
1 | assume cs:codesg |
运行结果：
