标志寄存器

1、标志寄存器

CPU内部的寄存器中，有一种特殊的寄存器（对于不同的处理机，个数和结构都可能不同）具有以下3种作用。

（1）用来存储相关指令的某些执行结果；

（2）用来为CPU执行相关指令提供行为依据；

（3）用来控制CPU的相关工作方式。

这种特殊的寄存器在8086CPU中，被称为标志寄存器（flag）。

8086CPU的标志寄存器有16位，其中存储的信息通常被称为程序状态字（PSW-Program Status Word）

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。

在这里插入图片描述在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

1、零标志位 (ZF)

零标志位（Zero Flag）。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(表示结果是0)；如果结果不为0，那么zf = 0。

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mov ax, 1
sub ax, 1 ;执行后，结果为0，则zf = 1

mov ax, 2
sub ax, 1 ;执行后，结果不为0，则zf = 0

2、奇偶标志位 (PF)

奇偶标志位（Parity Flag）。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1的个数为偶数，pf = 1，如果为奇数，那么pf = 0。

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mov al, 1
add al, 10 ;执行后，结果为00001011B，其中有3（奇数）个1，则pf = 0；

mov al, 1
or al, 2  ;执行后，结果为00000011B，其中有2（偶数）个1，则pf = 1；

3、符号标志位(SF)

符号标志位(Symbol Flag)。它记录相关指令执行后，其结果是否为负。

如果结果为负，sf = 1；如果非负，sf = 0。

计算机中通常用补码来表示有符号数据。计算机中的一个数据可以看作是有符号数，也可以看成是无符号数。

00000001B，可以看作为无符号数1，或有符号数+1； 10000001B，可以看作为无符号数129，也可以看作有符号数-127。

对于同一个二进制数据，计算机可以将它当作无符号数据来运算，也可以当作有符号数据来运算

CPU在执行add等指令的时候，就包含了两种含义:可以将add指令进行的运算当作无符号数的运算，也可以将add指令进行的运算当作有符号数的运算

SF标志，就是CPU对有符号数运算结果的一种记录，它记录数据的正负。在我们将数据当作有符号数来运算的时候，可以通过它来得知结果的正负。如果我们将数据当作无符号数来运算，SF的值则没有意义，虽然相关的指令影响了它的值

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mov al, 10000001B 
add al, 1   ;执行后，结果为10000010B，sf = 1，表示：如果指令进行的是有符号数运算，那么结果为负；

mov al, 10000001B
add al, 01111111B   ;执行后，结果为0，sf = 0，表示：如果指令进行的是有符号数运算，那么结果为非负

3、进位标志位(CF)

进位标志位(Carry Flag)。一般情况下，在进行无符号数运算的时候，它记录了运算结果的最高有效位向更高位的进位值，或从更高位的借位值在这里插入图片描述 97H - 98H 产生借位CF = 1 ==> (al) = 197H - 98H = FFH

4、溢出标志位(OF)

溢出标志位(Overflow Flag)。一般情况下，OF记录了有符号数运算的结果是否发生了溢出。

如果发生溢出，OF = 1；如果没有，OF = 0。

CF和OF的区别：CF是对无符号数运算有意义的标志位，而OF是对有符号数运算有意义的标志位

CPU在执行add等指令的时候，就包含了两种含义：无符号数运算和有符号数运算。

对于无符号数运算，CPU用CF位来记录是否产生了进位；
对于有符号数运算，CPU用OF位来记录是否产生了溢出，当然，还要用SF位来记录结果的符号。

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mov al, 98
add al, 99   ;执行后将产生溢出。因为进行的"有符号数"运算是：（al）=（al）+ 99 = 98 + 99=197 = C5H 为-59的补码
             ;而结果197超出了机器所能表示的8位有符号数的范围：-128-127。
             ;add 指令执行后：无符号运算没有进位CF=0，有符号运算溢出OF=1
             ;当取出的数据C5H按无符号解析C5H = 197, 当按有符号解析通过SP得知数据为负,即C5H为-59补码存储，
             
mov al，0F0H  ;F0H，为有符号数-16的补码   -Not(F0 - 1)
add al，088H  ;88H，为有符号数-120的补码   -Not(88- 1)
              ;执行后，将产生溢出。因为add al, 088H进行的有符号数运算结果是：（al）= -136 
              ;而结果-136超出了机器所能表示的8位有符号数的范围：-128-127。
              ;add 指令执行后：无符号运算有进位CF=1，有符号运算溢出OF=1

2、adc指令和sbb指令

adc是带进位加法指令，它利用了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

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mov ax, 2
mov bx, 1
sub bx, ax  ;无符号运算借位CF=1，有符号运算OF = 0
adc ax, 1   ;执行后，（ax）= 4。adc执行时，相当于计算：(ax)+1+CF = 2+1+1 = 4。

在这里插入图片描述

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;计算1EF000H+201000H，结果放在ax（高16位）和bx（低16位）中。
;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。
mov ax, 001EH 
mov bx, 0F000H 
add bx, 1000H
adc ax, 0020H

sbb指令

sbb是带借位减法指令，它利用了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

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;计算 003E1000H - 00202000H，结果放在ax，bx中，程序如下：
mov bx, 1000H
mov ax, 003EH
sub bx, 2000H
sbb ax, 0020H

3、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

例如：指令cmp ax, ax，做（ax）-（ax）的运算，结果为0，但并不在ax中保存，仅影响flag的相关各位。指令执行后：zf=1，pf=1，sf=0，cf=0，of=0。

CPU在执行cmp指令的时候，也包含两种含义：进行无符号数运算和进行有符号数运算。

cmp ax, bx	无符号比较时
(ax) = (bx)	zf = 1
(ax) ≠ (bx)	zf = 0
(ax) < (bx)	cf = 1
(ax) ≥ (bx)	cf = 0
(ax) > (bx)	cf = 0 且 zf = 0
(ax) ≤ (bx)	cf = 1 且 zf = 1

上面的表格可以正推也可以逆推

如果用cmp来进行有符号数比较时 SF只能记录实际结果的正负，发生溢出的时候，实际结果的正负不能说明逻辑上真正结果的正负。但是逻辑上的结果的正负，才是cmp指令所求的真正结果，所以我们在考察SF的同时考察OF，就可以得知逻辑上真正结果的正负，同时就知道比较的结果。

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mov ah, 08AH  ; -Not(8A-1) = -118  即当成有符号数时为-118
mov bh, 070H  ; 有符号数时最高位为0为正数， 70H = 112
cmp ah, bh    ;（ah）-（bh）实际得到的结果是1AH 
		      ; 在逻辑上，运算所应该得到的结果是：（-118）- 112 = -230
		      ; sf记录实际结果的正负，所以sf=0

cmp ah, bh （1）如果sf=1，而of=0 。 of=0说明没有溢出，逻辑上真正结果的正负=实际结果的正负； sf=1，实际结果为负，所以逻辑上真正的结果为负，所以（ah）<（bh）

（2）如果sf=1，而of=1： of=1，说明有溢出，逻辑上真正结果的正负≠实际结果的正负； sf=1，实际结果为负。实际结果为负，而又有溢出，这说明是由于溢出导致了实际结果为负，，如果因为溢出导致了实际结果为负，那么逻辑上真正的结果必然为正。这样，sf=1，of=1，说明了（ah）>（bh）。

（3）如果sf=0，而of=1。of=1，说明有溢出，逻辑上真正结果的正负≠实际结果的正负；sf=0，实际结果非负。而of=1说明有溢出，则结果非0，所以，实际结果为正。实际结果为正，而又有溢出，这说明是由于溢出导致了实际结果非负，如果因为溢出导致了实际结果为正，那么逻辑上真正的结果必然为负。这样，sf=0，of=1，说明了（ah）<（bh）。（4）如果sf=0，而of=0 of=0，说明没有溢出，逻辑上真正结果的正负=实际结果的正负；sf=0，实际结果非负，所以逻辑上真正的结果非负，所以（ah）≥（bh）。

4、检测比较结果的条件转移指令

可以根据某种条件，决定是否修改IP的指令

jcxz它可以检测cx中的数值，如果（cx）=0，就修改IP，否则什么也不做。

所有条件转移指令的转移位移都是[-128，127]。

多数条件转移指令都检测标志寄存器的相关标志位，根据检测的结果来决定是否修改IP

这些条件转移指令通常都和cmp相配合使用,它们所检测的标志位，都是cmp指令进行无符号数比较的时记录比较结果的标志位

根据无符号数的比较结果进行转移的条件转移指令（它们检测zf、cf的值）

指令	含义	检测的相关标志位
je	等于则转移	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 且 zf = 1

j：jump，e：equal，b：below，a：above，n：not

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;编程，统计data段中数值为8的字节的个数，用ax保存统计结果。
mov ax, data 
mov ds, ax 
mov bx, 0   ;ds:bx指向第一个字节
mov ax, 0   ;初始化累加器mov cx，8

s:
	cmp byte ptr [bx], 8   ;和8进行比较
	jne next  ;如果不相等转到next，继续循环
	inc ax  ;如果相等就将计数值加1
next:
	inc bx
	loop s ;程序执行后：（ax）=3

5、DF标志和串传送指令

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。

格式：movsb 功能：将ds:si指向的内存单元中的字节送入es:di中，然后根据标志寄存器df位的值，将si和di递增或递减

格式：movsw 功能：将ds:si指向的内存字单元中的字送入es:di中，然后根据标志寄存器df位的值，将si和di递增2或递减2。

格式：rep movsb movsb和movsw进行的是串传送操作中的一个步骤，一般来说，movsb和movsw都和rep配合使用，功能：rep的作用是根据cx的值，重复执行后面的串传送指令

8086CPU提供下面两条指令对df位进行设置。

cld指令：将标志寄存器的df位置0
std指令：将标志寄存器的df位置1

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;将data段中的第一个字符串复制到它后面的空间中。
data segment 
	db 'Welcome to masm!'
	db 16 dup (0)
data ends

mov ax, data 
mov ds, ax 
mov si, 0   ;ds:si 指向data:0
mov es, ax 
mov di, 16  ;es:di指向data:0010

mov cx, 16  ;（cx）=16，rep循环16次
cld  ;设置df=0，正向传送
rep movsb

6、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。

7、总结

当使用某些运算指令运算时，如果数据发生溢出或需要借位，都会在标志寄存器的某个位有所体现。那么可以根据这个标志寄存器实现大数之间的运算

串转移指令，算是封装的汇编api

汇编之标志寄存器

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