二进制算术运算指令

2.3.2　二进制算术运算指令

本节讨论二进制算术运算指令。对于其中的双操作数指令，其两个操作数寻址方式的限定同MOV指令，即目标操作数不允许是立即数和CS段寄存器，两个操作数不能同时为存储器操作数等。除类型转换指令外，其他指令均影响某些运算结果特征标志。

二进制算术运算指令可以实现二进制算术运算，参与运算的操作数和计算结果都是二进制数（虽然在书写源程序时可以用十进制形式表示，但经汇编后成为二进制形式），它们可以是8位、16位的无符号数和带符号数。带符号数在机器中用补码形式表示，最高位为符号位，0表示正数，1表示负数。各指令如表2-3所示。

表2-3　算术运算指令

续表

1.类型转换指令

这类指令实际上是把操作数的最高位进行扩展，用于处理带符号数运算的操作数类型匹配问题。这类指令均不影响标志。

（1）字节扩展成字指令CBW。

格式：CBW

功能：把AL寄存器中的符号位值扩展到AH中。

【例2-25】

MOV AL，05H

CBW；执行结果为（AX）＝0005H

MOV AL，98H

CBW；执行结果为（AX）＝0FF98H

（2）字扩展成双字指令CWD。

格式：CWD

功能：把AX寄存器中的符号位值扩展到DX中。

【例2-26】

MOV AX，0005H

CWD；执行结果为（DX）＝0，AX值不变，即00000005H

MOV AX，9098H

CWD；执行结果（DX：AX）＝0FFFF9098H

2.二进制数加法指令

这类指令中的每一条均适用于带符号数或无符号数的运算。

（1）加法指令ADD。

格式：ADD DST，SRC

功能：（DST）＋（SRC）→DST

说明：对于操作数的限定同MOV指令，即源和目标均可以是8位、16位的操作数；要注意源和目标操作数的类型匹配，即它们的长度要一致；目标不能是立即数和CS段寄存器，两个操作数不能同时为存储器操作数等。

标志：影响OF、SF、ZF、AF、PF、CF标志。

【例2-27】

ADD AX，3508H

ADD CL，6

（2）带进位加法指令ADC。

格式：ADC DST，SRC

功能：（DST）＋（SRC）＋CF→DST

说明：除了操作时要加进位标志CF的值外，其他要求同ADD。因为它考虑CF，所以可用于数值是多字节、多字、多双字的加法程序。

标志：影响OF、SF、ZF、AF、PF、CF标志。

【例2-28】 ADC AX，3509H；执行后（AX）＝（AX）＋3509H＋CF

（3）加1指令INC。

格式：INC DST

功能：（DST）＋1→DST

说明：使用本指令可以很方便地实现地址指针或循环次数的加1修改。

标志：除了不影响CF标志外，影响其他5个算术运算结果标志。

对于两个二进制数进行加法运算，如果把数解释为无符号数，其结果可能是溢出的，而如果解释为带符号数，其结果可能是不溢出的；反之也一样。其判定条件是：无符号数相加结果若使CF置1，则表示溢出；带符号数相加结果若使OF置1，则表示溢出。一旦发生溢出，结果就不正确了。表2-4以8位数为例说明了这种情况。

表2-4　对二进制数加法结果的解释

从表2-4的b种情况可以看出，最高位向前有进位，该进位记录在CF中，7加251应该等于258，但在有效的8位结果中，只看到2，这是因为丢掉了2⁸＝256，所以对于无符号数来说，通过判断CF＝1，便知该结果是不正确的。对于c种情况，因为两同号数相加，和的符号却与加数符号相反，所以对于带符号数来说，该结果是不正确的，发生这种情况后系统会置OF＝l，可通过OF来判断。

3.二进制数减法指令

这类指令中的每一条均适用于带符号数和无符号数运算。

（1）减法指令SUB。

格式：SUB DST，SRC

功能：（DST）-（SRC）→DST

说明：除了实现减法功能外，其他要求同ADD的要求。

标志：影响OF、SF、ZF、AF、PF、CF标志。

【例2-29】

SUB AX，0035H

SUB CL，6

（2）带借位减法指令SBB。

格式：SBB DST，SRC

功能：（DST）-（SRC）-CF→DST

说明：除了操作时要减进位标志CF的值外，其他要求同ADC的要求。因为考虑CF，所以可用于数值是多字节、多字的减法程序。

标志：影响OF、SF、ZF、AF、PF、CF标志。

【例2-30】 SBB AX，0035H；执行后（AX）＝（AX）-0035H-CF

（3）减1指令DEC。

格式：DEC DST

功能：（DST）-1→DST

说明：使用本指令可以很方便地实现地址指针或循环次数的减1修改。

标志：除了不影响CF标志外，影响其他5个算术运算结果标志。

【例2-31】 DEC BX

（4）比较指令CMP。

格式：CMP DST，SRC

功能：（DST）-（SRC），影响标志位。

说明：这条指令执行相减操作后只根据结果设置标志位，并不改变两个操作数的原值。其他要求同SUB的要求。CMP指令常用于比较两个数的大小。

标志：影响OF、SF、ZF、AF、PF、CF标志。

（5）求补指令NEG。

格式：NEG DST

功能：对目标操作数（含符号位）求反加1，并且把结果送回目标，即实现0-（DST）→DST

说明：利用NEG指令可实现求一个数的相反数。

标志：影响OF、SF、ZF、AF、PF、CF标志。其中对CF和OF的影响如下：

①对操作数所能表示的最小负数（例如操作数是8位时则为-128）求补，原操作数不变，但OF被置1。

②当操作数为0时，CF清0。

③对非0操作数求补后，CF置1。

【例2-32】 实现0-（AL）的运算。

NEG AL

由于以上减法指令适用于带符号数和无符号数两种运算，它们与加法指令一样，也存在判断结果正确性的问题。若指令执行后使CF＝1，则对无符号数而言发生了溢出；若指令执行后使OF＝1，则对带符号数而言发生了溢出。具体情况请读者自己分析。

【例2-33】 试编写两个3字节长的二进制数加法程序，加数FIRST、SECOND与和SUM的分配情况如图2-14所示。

图2-14　3字节长加法程序示意图

分析：为便于理解和方便讨论，设（FIRST）＝112233H，（SECOND）＝445566H，存放顺序如图2-14所示。因为是3字节数据，所以操作数用字节表示。算法类似于手工计算，从最低字节数据开始加起，计算高字节时要考虑低字节的进位问题。为了简化讨论，假设和不会超过3字节，即最高位不会有进位产生。为了最大限度地用到所学的指令和寻址方式，本程序不使用循环结构，不考虑优化问题。经过分析，编程如下：

…

LEA DI，SUM；建立和的地址指针DI

ADD DI，2；DI指向和的低字节

MOV BX，2

MOV AL，FIRST［BX］；取FIRST的低字节（本例为33H）

ADD AL，SECOND＋2；两个低字节相加，和①在AL中，进位反映在CF中

MOV［DI］，AL；把低字节和存到DI指向的单元（本例为SUM＋2单元）

DEC DI；修改和指针，使其指向中字节

DEC BX；修改加数指针，使其指向中字节

MOV AL，FIRST［BX］；取FIRST的中字节（本例为22H）

ADC AL，SECOND＋1；两个中字节相加且加CF，和②在AL中，进位反映在CF中

MOV［DI］，AL；把中字节和存到DI指向的单元（本例为SUM＋1单元）

DEC DI；修改和指针，使其指向高字节

DEC BX；修改加数指针，使其指向高字节

MOV AL，FIRST［BX］；取FIRST的高字节（本例为11H）

ADC AL，SECOND；两个高字节相加且加CF，和③在AL中，进位反映在CF中

MOV［DI］，AL；把高字节和存到DI指向的单元（本例为SUM单元）

…

说明：程序中用到的形如SECOND＋2的寻址方式也是直接寻址方式，SECOND＋2单元中存放66H。程序中的注释以分号开始。

①两个ADC指令能否换为ADD？答案是否定的，因为在对高字节计算时要考虑到低字节的进位，这个进位在执行上一条加法指令时已反映在CF中。

②DEC DI和SUB DI，1指令的功能从表面上看是等价的，是否可以互换？在本程序中答案是否定的，因为上一条加法指令对CF的影响后边要用到，所以不能破坏CF值，使用DEC指令正好不影响CF。但是可以用以下指令序列代替本程序中的DEC DI，以保证得到正确的CF值。

PUSHF；保存包括CF的FLAG S值

SUB DI，1；修改DI

POPF；恢复原FLAG S值

③多字节或多字加减时，CF始终有意义（前边的反映进/借位，最后一次反映溢出情况），而OF只有最后一次的才有意义。

④溢出情况判断。若是两个无符号数相加，则当最后一次的CF被置1时，表示溢出，结果不正确；若是两个带符号数相加，则当最后一次的OF被置1时，表示溢出，结果不正确。

从该例可以看出，选取合适的算法、恰当的指令、灵活的寻址方式对汇编语言程序设计人员来讲十分重要，它可以达到事半功倍的效果。

4.二进制数乘法指令

指令系统对无符号数和带符号数分别提供了二进制乘法指令。

（1）无符号数乘法指令MUL。

格式：MULSRC

功能：实现两个无符号二进制数乘法。

说明：该指令只含一个源操作数，必须注意这个源操作数只能是寄存器（REG）或存储器（MEM）操作数，不能是立即数。另一个乘数必须事前放在累加器中。可以实现8位、16位无符号数乘法。若源操作数是8位的，则与AL中的内容相乘，乘积在AX中；若源操作数是16位的，则与AX中的内容相乘，乘积在DX：AX这一对寄存器中。

具体操作如下：

①字节型乘法：（AL）×（SRC）₈→AX

②字型乘法：（AX）×（SRC）₁6→DX：AX

标志：影响CF、OF、SF、ZF、AF、PF，而只有CF、OF有意义，其他标志不确定。对CF和OF的影响是：若乘积的高半部分（例如字节型乘法结果的AH）为0，则对CF和OF清0；否则置CF和OF为1。

【例2-34】

MOV AL，08H

MULBL；（AL）×（BL），结果在AX中

MOV AX，1234H

MULWORD PTR［BX］；（AX）×（［BX］），结果在DX：AX中

MOV AL，98H

SUB AH，AH；AH清0

MULBX；（AX）×（BX），结果在DX：AX中

（2）带符号数乘法指令IMUL。

功能：实现两个带符号二进制数乘法。

格式：IMULSRC

说明：这种格式的指令除了实现两个带符号数相乘且结果为带符号数外，其他与MUL指令相同。所有的80x86CPU都支持这种格式。

具体操作如下。

①字节型乘法：（AL）×（SRC）₈→AX

②字型乘法：（AX）×（SRC）₁6→DX：AX

标志：影响CF、OF、SF、ZF、AF、PF，而只有CF、OF有意义，其他标志不确定。对CF和OF的影响是：若乘积的高半部分（例如字节型乘法结果的AH）为低半部分的符号扩展，则对CF和OF清0；否则置CF和OF为1。

【例2-35】

MOV AL，08H

IMULBL；（AL）×（BL），结果在AX中

MOV AX，1234H

IMULWORD PTR［BX］；（AX）×（［BX］），结果在DX：AX中MOV AL，98H

CBW；AL中的符号扩展至字

IMULBX；（AX）×（BX），结果在DX：AX中

5.二进制数除法指令

指令系统对无符号数和带符号数分别提供了二进制除法指令。

注意：若除数为0或商超出操作数所表示的范围（例如字节型除法的商超出8位、字型除法的商超出16位等）会产生除法错中断，此时系统直接进入0号中断处理程序，为避免出现这种情况，必要时在程序中应事先对操作数进行判断。

（1）无符号数除法指令DIV。

格式：DIV SRC

功能：实现两个无符号二进制数除法。

说明：该指令只含一个源操作数，该操作数作为除数使用。注意它只能是寄存器或存储器操作数，不能是立即数，被除数必须事前放在隐含的寄存器中。可以实现8位、16位无符号数除法。若源操作数是8位的，则被除数在AX中，商在AL中，余数在AH中；若源操作数是16位的，则被除数在DX：AX一对寄存器中，商在AX中，余数在DX中。具体操作如下：

标志：不确定。

【例2-36】 实现500÷25的无符号数除法。

MOV AX，500

MOV BL，25

DIV BL；（AX）÷（BL），商在AL中，余数在AH中

【例2-37】 实现1234÷512的无符号数除法。

MOV AX，1234

SUB DX，DX；DX清0

MOV BX，512

DIV BX；（DX：AX）÷（BX），商在AX中，余数在DX中

（2）带符号数除法指令IDIV。

格式：IDIV SRC

功能：实现两个带符号二进制数除法。

说明：除了实现两个带符号数相除且商和余数均为带符号数，余数符号与被除数相同外，其他与DIV指令相同。

具体操作如下：

标志：不确定。

【例2-38】 实现（-1000）÷（＋25）的带符号数除法。

MOV AX，-1000

MOV BL，25

IDIV BL；（AX）÷（BL），商在AL中，余数在AH中

【例2-39】 实现1000÷（-512）的带符号数除法。

MOV AX，1000

CWD；AX的符号扩展到DX

MOV BX，-512

IDIV BX；（DX：AX）÷（BX），商在AX中，余数在DX中

6.十进制调整指令

在第1章曾经讲过BCD码的概念，本节主要介绍十进制数的加减法运算调整问题。

（1）压缩BCD码调整指令。

压缩BCD码调整指令包括DAA（Decimal Adj ust after Addition，加法的压缩BCD码调整）和DAS（Decimal Adj ust after Subtraction，减法的压缩BCD码调整）。

①压缩BCD码加法调整指令的语法格式为：

DAA；调整AL中的和为压缩BCD码

使用DAA指令时，通常先执行ADD/ADC指令，将两个压缩BCD码相加，结果存放在AL中，然后使用该指令将AL调整为压缩BCD码格式。

DAA的调整算法如下：

if （AL低4位＞9或AF＝1）then

AL＝AL＋6；

AF＝1；

endif

if （AL高4位＞9或CF＝1）then

AL＝AL＋60H；CF＝1；

endif

②压缩BCD码减法调整指令的语法格式为：

DAS；调整AL中的差为压缩BCD码

使用DAS指令时，通常先执行SUB/SBB指令，将两个压缩BCD码相减，结果存放在AL中，然后使用该指令将AL调整为压缩BCD码格式。

DAS的调整算法如下：

if （AL低4位＞9或AF＝1）then

AL＝AL-6；

AF＝1；

endif

if （AL高4位＞9或CF＝1）th en

AL＝AL-60H；

CF＝1；

endif

对标志位的影响：OF不确定；CF反映压缩BCD码相加（或相减）的进位（或借位）状态；按一般规则影响SF和ZF。

说明：若使用DAA或DAS指令，则参加加法或减法运算的操作数应该是压缩BCD码。如果将任意两个二进制数相加/减，然后调整，将得不到正确结果。

（2）非压缩BCD码调整指令。

非压缩BCD码调整指令包括AAA（ASCII Adj ust after Addition，加法的非压缩BCD码调整）、AAS（ASCII Adj ust after Subtraction，减法的非压缩BCD码调整）、AAM（ASCII Adj ust after Multip lication，乘法的非压缩BCD码调整）和AAD（ASCIIAdj ust before Dividion，除法的非压缩BCD码调整）。

非压缩BCD码调整指令的语法格式为：

AAA；调整AL中的和为非压缩BCD码；调整后，AL高4位等于0，AH＝AH＋产生的CF

AAS；调整AL中的差为非压缩BCD码；调整后，AL高4位等于0，AH＝AH-产生的CF

AAM；AH＝AX div 10，AL＝AX mod 10

AAD；AL＝AH×10＋AL，AH＝0

①使用AAA指令时，通常先执行ADD/ADC指令，以AL为目标操作数，将两个非压缩BCD码（与高4位无关）相加；然后使用AAA将AL调整为非压缩BCD码格式，且高4位等于0，同时将调整产生的进位加到AH中。

②使用AAS指令时，通常先执行SUB/SBB指令，以AL为目标操作数，将两个非压缩BCD码（与高4位无关）相减；然后使用AAS将AL调整为非压缩BCD码格式，且高4位等于0，同时将调整产生的借位从AH中减去。

③使用AAM指令时，通常先执行MUL/IMUL指令，将两个一字节非压缩BCD码（高4位必须为0）相乘，结果存入AX；然后使用AAM指令将AX（AH＝0）调整为两字节的非压缩BCD码格式。

④使用AAD指令时，通常先执行该指令，将AX中的两字节非压缩BCD码（AH与AL的高4位必须均为0）调整为相应的二进制表示；然后使用DIV/IDIV指令，除以一个一字节的非压缩BCD码（高4为必须为0），可得到非压缩BCD码的除法结果。

AAA的调整算法如下：

if （AL低4位大于9或AF＝1）then

AL＝AL＋6；

AH＝AH＋1；

AF＝1；

CF＝1；

else

AF＝0；

CF＝0；

endif

AL＝ALAND 0FH；；AL高4位清0

AAS的调整算法如下：

if （AL低4位大于9或AF＝1）th en

AL＝AL-6；

AH＝AH-1；

AF＝1；

CF＝1；

else

AF＝0；

CF＝0；

endif

AL＝ALAND 0FH；；AL高4位清0

对标志位的影响：

①AAA与AAS指令中，CF反映非压缩BCD码加（或减）的进位（或借位），OF、SF和ZF不确定。

②AAM与AAD指令中，根据AL的结果设置ZF和SF，CF和OF不确定。

说明：

①AAA和AAS要求参加加法或减法运算的操作数是非压缩BCD码，并且与高4位无关。如果将任意两个二进制数相加或减，然后调整，将得不到正确结果。

②由于ASCII码是一种特殊的非压缩BCD码，而且常常用于AAA和AAS，因此，这组指令的助记符为“ASCII调整”。当然，称为“非压缩BCD码调整”更恰当些。

③在使用AAA或AAS调整后，AL高4位为0。

④AAD与其他调整指令不同，要用在除法指令之前。

⑤参加非压缩BCD码乘法或除法的操作数的高4位必须为0。