标志寄存器及其标志位的意义_标志寄存器是什么

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. 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). 我们已经使用过8086CPU的ax、bx、cx、dx、si、di、bp、sp、IP、cs、ss、ds、es等13个寄存器，现在我们再来学习最后一个标志寄存器(以下简称flag). 　　flag和其他寄存器不一样，其他寄存器用来存放数据的，都是整个寄存器具有一个含义. 而flag寄存器是按位作用的，也就是说，它的每一位都有专门的含义，记录特定的信息. 　　8086CPU的flag寄存器的结构图如图1所示：

图1 flag寄存器各位示意图 　　flag的1、3、5、12、13、14、15位在8086CPU中没有使用，不具有任何含义. 而0、2、4、6、7、8、9、10、11位都具有特殊的含义. 　　在debug调式工具中，怎么查看标志寄存器的各个位标志呢？ 　　打开调试工具，如图1绿线部分即为标志位：

图1 标志寄存器的标志位 　　1 ZF标志 　　flag的第6位是ZF，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. 　　比如，指令： 　　执行后，结果为0，则zf = 1. 　　执行后，结果不为0，则zf = 0. 　　对于zf的值，我们可以这样看，zf标记相关指令的计算结果是否为0，如果为0，则zf要记录下”是0″这样肯定的信息. 在计算机中1表示逻辑真，表示肯定，所以当结果为0时，zf = 1，表示”结果是0″. 如果结果不为0，则zf要记录下”不是0″这样的否定信息. 在计算机中0表示逻辑假，表示否定，所以当结果不为0时，zf = 0，表示”结果不为0″. 　　比如，指令： 　　执行后，结果为0，则zf = 1，表示”结果是0″. 　　执行后，结果不为0，则zf = 0，表示”结果非0″. 　　注意：在8086CPU的指令集中，有的指令执行是影响标志寄存器，比如，add、sub、mul、div、inc、or、and等，它们都是运算指令(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. 在使用一条指令时，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造成影响. 　　2 PF标志 　　flag的第2位是PF，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1的个数为偶数，pf = 1，如果为奇数，那么pf = 0. 　　比如，指令： 　　执行后，结果为00001011B，其中有3(奇数)个1，则pf = 0; 　　执行后，其结果为00000011B，其中2(偶数)个1，则pf = 1; 　　执行后，结果为00000000B，其中有0(偶数)个1，则pf = 1. 　　3 SF标志 　　flag的第7位是SF，符号标志位. 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有符号数，也可以看作无符号数. 比如： 　　也就是说，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. 比如： 　　可以将add指令进行的运算当作无符号数的运算，那么add指令相当于计算129+1，结果为130(B)；也可以将add指令进行的运算当作有符号数的运算，那么add指令相当于计算-127+1，结果为-126(B). 　　不管我们如何看待，CPU在执行add等指令时，就已经包含了两种含义，也将得到用同一种信息来记录的两种结果. 关键在于我们的程序需要哪一种结果. 　　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时，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的值没有意义，虽然相关的指令影响了它的值. 　　这也就是说，CPU在执行add等指令时，是必然影响到SF标志位的值的. 至于我们需不需要这种影响，那就看我们如何看待指令所进行的运算了. 　　比如： 　　执行后，结果为B，sf = 1，表示：如果指令进行的是有符号运算，那么结果为负. 　　执行后，结果为0，sf = 0，表示：如果进行的是有符号数运算，那么结果为非负. 　　某些指令影响标志寄存器中的多个标记位，这些被影响的标志位比较全面地记录了指令的运行结果，为相关的处理提供了所需的依据. 比如指令sub al, al执行后，ZF、PF、SF等标志位都要受到影响，它们分别为1、1、0. 　　检测点 1： 　　写出下面每条指令执行后，ZF、PF、SF等标志位的值. 　　分析： 　　add、sub、mul、div、inc、or、and等指令，它们大都为运算指令(进行逻辑或算术运算)，会影响标志寄存器的状态. 而 mov、push、pop等，它们大都是传送指令，对标志寄存器没有影响. 　　答案如下： 　　注：指令 mul al，其计算结果存储在ax中，所以要根据ax来判断标志位，而非al. 　　4 CF 标志位 　　flag的第0位是CF，进位标志位. 一般情况下，在进行无符号运算时，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. 　　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，如图1所示：

图1 更高位 　　我们知道，当两个数据相加时，有可能产生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，我们在前面中说过，就只是简单地说这个进位值丢失了. 其实CPU在运算时，并没有丢失这个进位值，而是记录在一个特殊的寄存器的某一位上. 8086CPU就用CF位来记录这个进位值. 比如，下面的指令: 　　我们可在debug中查看上面指令执行后，标志寄存器的状态，如图2所示：

图2 CF标志 　　而当两个数据做减法时，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97H-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： 　　5 OF 标志 　　在进行有符号运算时，如结果超出了机器所能表示的范围称为溢出. 　　那么，什么是机器所表示的范围呢？ 　　比如说，指令运算的结果用8位寄存器或内存单来存放，比如，add al, 3，那么对于8位的有符号数据，机器所能表示的就是-128~127. 同理，对于16位有符号数据，机器所能表示的范围是-32768~32767. 　　如果运算结果超出了机器所能表表达的范围，将产生溢出. 　　注意，这里所讲的溢出，只是对有符号数运算而言. 下面我们来看两个溢出的例子. 　　执行后将产生溢出. 因为add al, 99进行的有符号运算是： 　　而结果197超出了机器所能表示的8位符号数的范围：-128~127. 　　执行后，将产生溢出. 因为add al, 088h进行的有符号数运算是: 　　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. 　　如果在进行有符号数运算时发生溢出，那么运算的结果将不正确. 就上面的两个例子来说： 　　分析：add指令运算的结果是(al) = 05Ch, 因为进行的是有符号运算，所以al中存储的是有符号数，而5Ch是有符号数-59的补码. 如果我们用add指令进行的有有符号数运算，则98+99 = -59 这样的结果让人无法接受. 造成这种情况的原因，就是实际的结果197，作为一个有符号数，在8位寄存器al中存放不下. 　　同样，对于： 　　分析：add指令运算的结果是(al) = 78h，因为进行的是有符号数运算，所以在al中存储的是有符号数，而78h表示有符号数120. 如果我们用add指令进行的有符号数运算，则-16-120= 120 这样的结果显然不正确. 造成这种情况的原因，就是实际的结果-136，作为一个有符号数，在8位寄存器al中存放不下. 　　由于在进行有符号数运算时，可能发生溢出而造成结果的错误. 则CPU需要对指令执行后是否产生溢出进行记录. 　　flag的第11位OF，溢出标志位. 一般情况下，OF记录了有符号数运算的结果是否发生出溢出. 如果发生溢出，OF = 1；如果没有，OF = 0. 　　一定要注意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. 比如： 　　add指令执行后：CF = 0，OF = 1. 前面我们说过，CPU在执行add等指令时，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；对于无符号数运算，CPU用OF位来记录是否产生了溢出，当然，还要用SF来记录结果的符号. 对于无符号运算，98+99没有进位，CF = 0；对于符号数运算，98+99发生溢出，OF = 1. 　　add指令执行后：CF = 1，OF = 1. 对于无符号运算，0F0h+88h有进位，CF = 1；对于有符号数运算，0F0h+88h (-16+120)=104，不发生溢出，OF = 0. 　　我们可以看出，CF和OF所表示的进位和溢出，是分别对于无符号数和有符号数运算而言的，它们之间没有任何关系. 　　检测点2： 　　写出下面每条指令执行后，ZF、PF、SF、CF、OF等标志位的值. 　　答案如下：