5.1 指令格式与机器码编码

第 4 章介绍了 8086 指令可以使用的状态：寄存器、FLAGS、段和存储器。处理器不能直接阅读 MOV AX,1234H 这样的汇编文本，而是读取按顺序排列的机器码（machine code）字节。

指令编码（instruction encoding）是把操作及其操作数转换为这些字节的规则。反向解释机器码叫作译码（decoding）；若输出汇编文本，也称为反汇编（disassembly）。

一条指令是有结构的字节包

8086 指令采用变长格式。根据具体指令，字节流可能包含：

操作码必须位于由它定义的后续字段之前。译码器只有先知道指令家族，才能判断后面的字节究竟是 ModR/M、位移还是立即数。

并非每条指令都使用每个框。例如：

• MOV AL,7FH 使用操作码 B0H，后接一个立即数字节 7FH。

• MOV AX,1234H 使用操作码 B8H，后接立即数字节 34H 12H。

第二个例子按小端顺序保存 16 位立即数：先低字节，后高字节。这与存储器中保存字的字节序相同，只是现在应用于指令流内嵌的数据。

某些操作码直接包含寄存器编号

对于 MOV r16,imm16，B8H 到 BFH 八个操作码分别选择一个 16 位寄存器：

操作类型与寄存器选择被压进同一个字节。因此 MOV DX,BEEFH 以 BAH 开始，后接立即数低字节 EFH 和高字节 BEH。

实验 1——锻造字节流，让译码器判断结果

直接编辑操作码与数据字节。实时译码器会响应每一次变化，因此颠倒立即数字节、选错寄存器编号或写错操作码都会产生另一条具体指令，而不只是显示笼统的“错误”。

检查理解

ModR/M 字节描述两个操作数

许多 8086 指令家族在第二个字节中保存操作数信息，这个字节称为 ModR/M：

• mod 区分寄存器形式与存储器形式，并决定位移长度。

• reg 通常选择一个寄存器操作数。在部分指令家族中，它也可能扩展操作码。

• r/m 选择一个寄存器，或一种合法的存储器地址表达式。

mod 字段有四种模式：

有一个必须掌握的特例：mod=00 且 r/m=110 表示后面跟随一个 16 位直接地址，并不表示 [BP]。编码 [BP] 时，处理器要使用 mod=01 加 8 位零位移，或使用 mod=10 加 16 位位移。

对于字操作数，reg 和寄存器形式的 r/m 都使用上表所示的三位寄存器顺序。例如，MOV AX,BX 可以使用：

• 操作码 8BH，含义是 reg16 ← r/m16；

• ModR/M 11 000 011，表示寄存器形式、reg=AX、r/m=BX；

• 完整字节 8B C3。

实验 2——逐位组装 ModR/M

选择 MOV 数据方向，切换 ModR/M 的八个位，并且只在所选 mod 形式需要时补充位移字节。任务覆盖寄存器到寄存器、基址/变址存储器、有符号 8 位位移和直接地址特例。

检查理解

可靠的编码流程

1. 确认操作类型、操作数宽度和数据方向。

2. 选择指令家族与操作码。

3. 如果需要，填写 mod、reg 和 r/m。

4. 判断后面是否需要位移字节。

5. 追加立即数；对于 16 位值，先放低字节。

不要在不知道位置和指令家族的情况下孤立解释一个字节。例如，C3H 可以是 8B C3 中的 ModR/M 字节，但同一个位模式若出现在操作码边界，就会表示完全不同的指令。

下一节将关注译码完成后操作数的含义：字面数据、寄存器数据，以及通过直接存储器地址取得的数据。