【问题标题】:How Intel 8085 actually performs a subtraction with previous borrow?英特尔 8085 如何实际执行与先前借位的减法?
【发布时间】:2021-09-01 01:07:21
【问题描述】:

我的理解是,为了评估X - Y - borrow,我们可以执行X - (Y + borrow) 或(X - Y) - borrow。教科书中的例子描述了前一种方法。在这种情况下,如果减数 (Y) 是 FFH 并且借位设置为 1,会发生什么情况?

我在 GNUSim8085 (http://gnusim8085.srid.ca/) 中尝试了以下代码,它显示了错误的答案(CY 未设置标志)。是 GNUSim8085 的实现问题还是由于溢出实际上发生在物理 Intel 8085 芯片中?

STC
MVI A,0FFH
SBI 0FFH
HLT

然而,下一个代码按预期给出了正确答案 (A = FFH, CY=1)。

STC
MVI A,00H
SBI 00H
hlt

【问题讨论】:

    标签: assembly microprocessors 8085 carryflag


    【解决方案1】:

    我的理解是,为了评估X - Y - borrow,我们可以执行X - (Y + borrow) 或(X - Y) - borrow。

    通常,真正的 CPU 不会执行两个操作,但它们使用使用“全加减法器”的 ALU。这些电路在一次操作中执行借位减法。

    通常,每个位都有一个电路(例如 8 个电路用于 8 位减法)。

    计算进位标志的电路也计算结果的高位(第7位);它将两个数字的高位(第 7 位)和一个内部标志(可以是 0 或 1)作为输入。它没有其他信息!

    我们计算90h-80h:结果是10h或0Fh(取决于进位标志之前的状态)并且进位是明确的。这意味着电路将计算0作为结果的高位,如果两个输入数字的高位都是1并且“内部标志”具有特定状态(0或1),则清除进位。

    我们计算80h-90h:结果是0F0h 或0EFh 并设置进位。这意味着电路将计算1作为结果的高位,如果两个输入数字的高位都是1并且“内部标志”具有其他状态,则设置进位。

    计算0FFh-0FFh,两个输入值的高位也设置为1。这意味着:根据“内部标志”,电路要么将输出的高位设置为0并清除进位,要么将输出的高位设置为1并设置进位。

    所以A=0xFFh 和CY=0 的结果是不可能的。

    这是 GNUSim8085 的实现问题还是由于溢出实际上发生在物理 Intel 8085 芯片中?

    有些 CPU 不使用最低位的“全加器”来计算借位减法。

    但是,我怀疑 8085 是那些 CPU 之一。

    看看source code of GNUSim8085,你会看到这样的cmets(这个取自执行SBI的函数):

      /* I'm not sure abt the new code
       * Old code:
    

    看了这样的cmets,我觉得那个模拟器还是有一些bug的。

    编辑

    如果有人拥有实际的 8085 套件 ...

    CY=0 的结果肯定是一个错误!

    为什么?因为从 32 位数字中减去 32 位常数会导致错误的结果:

    1000FF00h - 0FF01h = 0FFFFFFFh  (if CY=1 in your example)
    1000FF00h - 0FF01h = 1000FFFFh  (if CY=0 in your example)
    

    如果英特尔真的生产了一些(有缺陷的)8085 IC 导致CY=0,英特尔会在以后生产的 IC 中纠正这个错误!

    因此,您肯定会发现真正的 8085 IC 会导致 CY=1,而纯粹的猜测可能也可能是(错误的)IC 导致 CY=0。

    顺便说一句:使用 8085 模拟器 "sim8085",您的示例结果为 CY=1。

    【讨论】:

    • 感谢您的解释。但我仍然对SBB' or SBI' 在 8085 中的实际实现感到好奇。如果有人有一个实际的 8085 套件愿意尝试一下,请告诉我你的发现:)
    【解决方案2】:

    x86 是 designed for 8080 asm source to be mostly 1:1 translatable to 8086),因此 8080 / 8085 的工作方式可能与 8086 相同。

    在 x86 中,sbb 以您在数学上所期望的方式传播借位,这种方式对扩展精度很有用。例如FF - FF - 1 确实有借位输出 (CF=1),就像在十进制 9 - 9 中手动工作,传入借位为 1。

    真的X - (Y + borrow) 和(X - Y) - borrow 是等价的,如果你这样做,你只需要避免将Y+borrow 截断为8 位(或保存其中的进位)。在这两种情况下,如果 either 操作结束,则需要设置借用输出。

    (另外,如果 8080 / 8085 不能那样工作,这听起来像是一个错误,它会导致它无法用于减去 uint32_t,例如,如果不分支到特殊情况。)


    所以(除非 8085 有硬件错误或疯狂的设计),这是一个模拟器错误:我猜它需要使用更广泛的中间类型,或者检查 A -= src 和 A -= carry 步骤上的包装。 (或者检查src + carry 步骤中的换行,如果它首先这样做:这意味着正确的和是 0x100,大于任何可能的 8 位值。)

    C 不公开带进位的加法或带借位的子操作,在进位和出位的一般情况下很容易出错。 (与 asm 相比,很难高效地编写。)


    有趣的事实:我认为最近关于可能有错误的模拟器的 6502 问题遇到了类似的模拟器错误:6502 assembly: carry result in 16bit subtraction。一个答案甚至有分支的解决方法,这在他们损坏的模拟器上似乎是必要的。 (6502 没有 sub-without-borrow,它把它的进位标志当作一个 not-borrow。所以要进行正常的减法,你必须先 SEC(设置进位)然后 SBC。不像 8080 / 8085 和 x86,其中进位标志设置在有借位输出的地方。

    【讨论】:

    • (Martin 关于全加器 (wikipedia) 的解释对于 CPU 内部来说比我尝试用两个单独的操作来描述它更有意义;这就是您可以模拟它的方式没有 ADC / SBB 的 C 语言。)
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