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杨成安 （开封大学信息工程学院，河南 开封 475000） 摘要：本文论述了全国计算机专业《微机原理、接口电路和汇编语言程序设计》教材中，关于程序计数器PC和指令指针IP描述的原理性错误，指明其重要性和正确的定义，以期培养学生正确的编程能力。 关键词：程序计数器PC 指令指针IP 程序断点 一 、问题的提出 PC寄存器的名称为程序计数器，IP寄存器的名称为指令指针。我们现在来看一下二者在各版教材中的功能描述。（文中的注和下划线，为论文作者所加） 1．谭版关于IP功能的描述 谭浩强主编，清华大学出版社2001年出版《微机原理与接口电路》教材。 （1）谭版关于控制转移指令的描述： ①第86页：直接寻址方式： 段内直接寻址方式是目标程序和源程序在同一个程序段内，只给出源地址和目的地址的差值，此差值是偏移量，它是一个以IP为基准的8位或16位的带符号补码数。（注：能以IP为基准吗？） 段内转移指令： 段内直接短转移JMP SHORT OPR； （IP）←（IP）+ 8位偏移量 段内直接近转移JMP NEAR PTR OPR；（IP）←（IP）+ 16位偏移量 （注：（IP）是断点吗？） ②第86页：[例4.34] 已知下列程序段，请计算其中转移指令的偏移量。程序如下： 1000 ：1002H LOOP ：SUB AH，23H ： ： 1000 ：1008H JMP SHORT LOOP1（LOOP） ： ： 1000 ：1020H LOOP1：ADD AH，AL 当转移指令目的地址用符号LOOP1表示时为正向转移，其偏移量e为正数； 偏移量e=（IP）目的 -（（IP）源+2） =1020H - （1008H+2） =1020H - 100AH =16H （注：（IP）源= 1008H ？） 当转移指令目的地址用符号LOOP表示时为反向转移，所得偏移量e为负数： 偏移量e=（IP）目的 -（（IP）源+2）补码 =1002H - （1008H+2）补码 =1020H - 100AH =（-8）补码 = F8H （注：（IP）源= 1008H ？） ③ 第89页：循环控制指令 注意：执行循环控制指令时，将完成（IP）←（IP）+ 8位位移量（符号位扩展到16位）的操作。（注：（IP）是断点吗？） ④ 第90页：子程序调用及返回指令 段内间接调用CALL DST；（SP）←（SP）- 2 ；（（SP）+ 1，SP）←（IP） IP ←（EA） （注：压栈的是断点吗？） 段内返回 RET ； （IP）←（（SP）+ 1 ，（SP）） （SP）←（SP）+ 2 （注：返回的是断点吗？） ⑤ 第99页：中断指令 外部中断 INT TYPE； … （（SP）+ 1 ，（SP））←（IP） 中断返回 IRET； （IP）←（（SP）+ 1，（SP）） （注；压栈和返回的是断点吗？） 2．陈版关于IP的描述： 陈卜锁主编，上海交通大学出版社2005年出版《微型计算机原理及其应用》（第二版）。 第19页：“指令指针IP的内容反映了程序的执行顺序，所以又称程序计数器PC（Program Counter）。”（注：IP = PC ？） 3．周版关于IP的描述： 周明德编著，清华大学出版社1991年第二版《微型计算机 IBM PC/XT（0520系列）系统原理及应用》 仅举一例：第87页CALL 本指令是子程序（或过程）的调用命令，在调用结束后，要由所调用的子程序中的RET指令，返回CALL指令的下一条指令。为了能保证正确返回，就需要把断点（即CALL指令的下一条指令的地址）入栈保护。 对于一个段内的直接调用CALL。堆栈指针减2，使IP（指令指针）入栈。（注：理论要求把断点入栈，实际却是（IP）入栈，（IP）=断点？） 第88页：RET 一个段内的返回指令，只返回主程序断点处的指令指针值，即把SP所指的堆栈顶部的一个字的内容弹回到指令指针，且SP加2。 二 、问题的分析 新版本高科技的“刻舟求剑” 1．指令指针IP等同于程序计数器PC吗？ 根据前文中陈版的论断，“指令指针IP又称程序计数器PC”。给二者划了等号。真的如此吗？ 我们先来看看什么是程序计数器PC！根据冯·诺依曼机思想：“用指令事先编好的程序连续存放在内存程序区中，靠地址+1的方法连续取指执行”。在八位机8080CPU中是采用先取指后执行的串行操作的原理，而其中执行地址+1指令寻址的部件就是程序计数器PC。那么在程序的执行过程中，PC始终是指向下一条要执行的指令。结论：PC中的地址就是需要转移、循环、调用子程序和中断子程序等操作时的断点。 我们再来看看什么是指令指针IP？在向上兼容的十六位机8086CPU中首先分为两个功能部件，即总线接口部件BIU和执行部件EU，BIU负责取指令，EU负责译码执行。并且当BIU执行指令排队栈中的六个字节装满后，（8088CPU是4个字节），EU开始从指令排队栈的出栈口，取指令进行译码执行，同时BIU并行操作向入栈口补充一条取指令命令。指令指针IP则是指向下个条要取指的指令，而不是EU要执行的指令。而断点则应该是要执行的指令内存地址，而不是IP内的下一条要取指的指令地址，而且（IP）比断点超前了六个字节（8088CPU超前四个字节）。 结论：IP中并不是需要作转移、循环、调用子程序、中断子程序等操作时的断点。 从上述两个结论来看，已经很清楚。第一，IP≠PC。第二，IP中不是断点的地址。但是无论谭版、陈版，还是周版，甚至国内所有有关教材，在压栈保存断点时都是压栈IP内容，甚至还明文讲到以IP为标准，但IP距离要压栈保存的真正断点超前了六个字节，这是不是一个新版本高科技的“刻舟求剑”的故事呢？ 2．根本原因在于偷换概念 所谓偷换概念，用哲学的观点分析就是：抽象的肯定，具体的否定；理论的肯定，实际的否定；表面的肯定，暗地的否定！在科学的问题中，偷换概念是最讨厌的，莫说学生就是连老师也很难发现。而且这个错误是最普遍、最容易产生的，恐怕连作者本人也根本意识不到！ 教材中都是虽然表面承认8086CPU中IP已经预取6个字节，但在实际操作中却仍然当作PC来使用，把已经预取给忘掉了。甚至有人还干脆认为IP就等于PC。 人类在研究自己的历史时，往往少不了考古。我们要想研究科学问题，怕也是要追根求源，考一考“古”吧！讲是十六位机时也是要了解八位机结构原理的。我在教学中也常爱用这样一句话：“扒皮抽筋，入骨三分“！ 注：顺便提一下，前文中引用的各版本中指令的注释字段亦有原理性错误，这在第三篇论文中已做论述。例（IP）←XX内容，但这里只能是IP的地址，加括号反而变成IP中的内容毫无意义了。 三 、问题的影响 返回不了断点的编程能力还能编程吗？ 教材中连真正的断点都找不到，培养出的计算机专业的学生能学会编程吗？ 科学的问题容不得半点虚假和误差的，恕我等直言。现抛砖引玉，请批评指正！ 参考文献： [1]《微机原理与接口技术》谭浩强主编 清华大学出版社 2001年9月1 [2]《微型计算机原理及其应用》陆一青编哈尔滨工业大学出版社 1991年8月1日 [3]《微型计算机硬件软件及其应用》周明德编 清华大学出版社 1982年10月1日 [4]《计算机组成原理与汇编语言程序设计》俸远祯等 电子工业出版社 1997年6月2日 [5]《微型计算机》朱绍庐编 人民交通出版社 1983年5月 [6]《微型计算机1BM—PC/XT(0520系列)系统原理及应用》周明德 清华大学出版社1991年7月 [7]《微型计算机原理及其应用》陈卜锁主编 上海交通大学出版社 2001年1月 [8]《微型计算机组成原理与接口技术》赵佩华等编 西安电子科技大学出版社 2001年8月 [9]《微机系统与接口技术》吴产乐主编 华中科技大学出版社 2002年1月 作者简介：杨成安（1947-），男，北京市人，任课题组组长，1982年毕业于吉林大学计算机科学系系统结构专业，师从于王湘浩先生。现任开封大学信息工程学院教授，主要从事计算机专业基础教学和科研、主攻方向计算机系统结构，荣获日内瓦国际专利博览会金奖，日内瓦世界发明家公会会员等。 |
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