前回、x86の16ビット命令セットからADD命令を練習。実はADDが分かれば、ADC、AND、XOR、OR、SBB、SUB、CMPの残り７命令も「ほぼほぼ以下同文」てことで理解できます。でも「ほぼほぼ」って何だ？そこで、この辺でCISCらしいx86のオペコードエンコーディングを復習。ほんとメンドクセーんだが、これ。
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ADD、ADC、AND、XOR、OR、SBB、SUB、CMP
表題にならべました８個の命令は、8086/8088において一族的に扱われております。「ほぼほぼ」同じ機械語命令コードのエンコーディングです。アセンブラ大好きお兄さんお姉さん方には説明の必要もないかとは思いますが機能を列挙します。
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- ADD、整数加算
- ADC、キャリー付整数加算
- AND、論理積
- XOR、排他的論理和
- OR、論理和
- SBB、ボロー付き整数減算
- SUB、整数減算
- CMP、比較
バイト可変長の8086/8088の機械語において、上記の８命令は、２５６個しかないファーストバイト（一等地）の５１区画を占めています。こんな感じ。以下のHはオペコードバイトの上４ビットのニブル。Lは下４ビットのニブルを意味します。
まずはADD、ADC、AND、XORの核心部分。
つづいてOR、SBB、SUB、CMPの核心部分。
最後に即値オペランド用の部分。
さて、今回は命令の実機演習（QEMU使っているのでシミュレータ上だけれども）をお休みして。これらのCISCらしい命令エンコーディングを味わっていきたいと思います。
ADC命令のエンコードを例に
前回ADDだったので、今回はADCです。ADDとADCは計算のときにキャリー（CYフラグの値）を含めるか否かの違いだけで、エンコーディングは以下同文です。バイト可変長な様子が分かる代表例を作ってみましたぞ。
上記では、オペコードADCがバイト可変長のエンコーディングにより変化する様子を描いてみました。実際にはこれ以外の組み合わせもあるのですが、まあ代表的な様子ということで。左に番号を振ったので、番号順に説明していきます。
１番目のエンコード
１番目は一番ありがちなレジスタ間のADC演算です。演算幅がバイトであるのかワード（x86では16ビット）であるのかはファーストバイトの最下位のwとかかれたビットで判別します。このビットは紫色にしたので、全形式共通であります。
第２バイトの最上位の２ビットはmodフィールドと呼ばれ、第２バイトで指示されるオペランドの形式を示してます。この例のmod=11は、レジスタ間であるという指定です。ビット５，４，３がrrr、ビット２，１，０がRRRとありますがその３ビット２つでレジスタ２つを指定してます。
また、ファーストバイトのビット１はディレクションを示しており、RRRからrrrへなのか、rrrからRRRへなのかを判別してます。RISCのように演算は皆レジスタ間であればこのディレクションビットなどは無用の長物なのですが、x86においてはオペランドの片方がメモリということがあるので、方向指定が役に立ちます。ちなみにmod=00とすると、レジスタ間ではなく、レジスタとレジスタの指すメモリ間の演算に化けます。
ここで、ファーストバイトのビット５，４，３に010というコードが埋め込まれているのを覚えておいてくだされ。このパターンは後のエンコードでも出てくる８種命令の中からADCを識別するためのコードです。
なお、上記の図を見ると直ぐに分かりますが、x86は１バイトのコードを上位から２ビット、３ビット、３ビットの３つのフィールドに分けてデコードするスタイルです。これさえ知っていたらお楽。ホントか？
２番目のエンコード
２番目はレジスタとメモリ間です。演算幅はwビットで、方向はdビットで制御されるのは同じです。違いはmod=01となっているところです。これは演算の片割れがメモリであることを示すとともに、実効アドレス（イフェクティブ・アドレス、EA）の計算にオフセットが含まれることを示してます。オフセットは１バイトであり、符号拡張された上でメモリをポイントしているレジスタ（ベースレジスタ）値に加算されているので、レジスタ前後の＋１２７からー１２８までのアドレスを指せることになります。
３番目のエンコード
３番目もレジスタとメモリ間です。２番目との違いはオフセットが１６ビットワード長のフル幅指定になっていることです。
４番目のエンコード
４番目のエンコードはアキュムレータ（ALまたはAX）優遇の例です。８ビットの御先祖様８０８０との互換性を大切にした形。ALレジスタに８ビットの即値を演算する専用命令です。これにより後に述べる「一般的」な即値命令より１バイトコードが短くなります。
５番目のエンコード
５番目のエンコードもアキュムレータ優遇です。こちらはAXレジスタに１６ビットの即値を演算する専用命令です。
６番目のエンコード
６番目からは「一般的な」即値演算です。まずはバイトレジスタへの８ビット即値の演算。ここで注意すべきなのは、１番目から５番目までのエンコードでファーストバイトに鎮座していた赤の０１０のパターンが第２バイトに「移っている」ことです。それでも０１０はADCだと。
7番目のエンコード
7番目は６番目のｗビットを１に変更したものです。ワードレジスタへの１６ビット即値の演算となります。
８番目のエンコード
８番目はバイト幅のメモリの値と８ビット幅の即値の演算となります。その際メモリアドレスにオフセットを加えるのですが、エンコードされたオフセットは８ビット幅で、それを１６ビット幅に符合拡張した上でベースレジスタに加えることになります。即値８ビットそのものはその後に続きます。
９番目のエンコード
９番目もバイト幅のメモリの値に８ビット幅の即値の演算ですが、その際のオフセットは１６ビットのフル幅指定となります。
10番目のエンコード
１０番目はワード幅のメモリの値にワード幅の即値の演算です。ここでは、オフセットは１６ビットのフル幅指定となっています。
まあ、こんな感じで２バイト命令から６バイト命令まで、エンコードされることが分かりました。また、機能的には４番目の形式と同じことを６番目の形式でもエンコードできるなど、ケッコー冗長？なエンコードです。その代わり「ツボにハマればより短い機械語命令」をエンコード可能なように工夫されています。アセンブラのプログラマはその辺分かって命令選べよ、って感じっす。CISCだね～。ただし、BP使ったメモリアクセスのときのオフセット幅の例外とかもあるので、ハンドアセンブルするのはかなりメンドイっす。やらんけど。アセンブラはアセンブラでその辺頑張っているのよ。
「ほぼほぼ」以下同文な理由
最初に、８命令のエンコードは「ほぼほぼ以下同文」といいました。「ほぼほぼ」な理由の部分を再度掲げます。
即値命令のところです。符号拡張しない即値演算命令の方には、８命令が全てそろっていますが、符号拡張する即値演算命令には、AND、OR、XORの論理演算３命令が抜けてます（8086のマニュアル上では。）論理演算に即値の符号拡張などねえべよ、という思し召しだと思います。また、0x82のところは、即値の符号拡張とバイト演算というこれまたナシな組み合わせになるので放置されているもの見えます。8086/8088では一等地のファーストバイトに空き地がぽつぽつとあります。