我假设你基本了解8086的指令集。我们将其中必要的一些指令拿出来
mov
add
sub
not
and
or
jmp
jcxz
int
nop
像 loop/push/pop/call/ret 都不是必须的。现在指令只剩12个，所以我们只用4位就可以表示这些指令。
等下，我们的mov指令的种类还是很多的，我们来看一下：
mov reg,reg 0
mov [reg],reg ; save 1
mov reg,[reg] ; load 2
mov reg,idata 3
实际上8086当然具有比这丰富的多的mov指令，但这4种已经足够我们使用。
我们给这四种情况编号。我们将标号 1 和 2 的分别重新映射成 save和load
我们将这几种情况称推广到其他的指令。如add，有两种简单的情形
add reg,reg 0
add reg,idata 1
jmp指令也有两种：
jmp reg
jmp idata ; signed int, relative offset
jcxz指令的作用，就是当CX的值为0时，跳转到标号处
jcxz reg ; reg's value is the new IP
jcxz idata ; signed int, relative offset
寄存器
如8086一样，我们也有14个寄存器：
AX BX CX DX
SI DI
SP BP IP
CS SS DS ES
PSW
当然，因为我们抛弃了一些指令，那么一些寄存器就无用了。如抛弃了push，那么SP和SS就无用了。
当然，我们用4位就可以指定一个寄存器。
接下来我们谈谈我们的指令结构，有两种可能性
0 4 8 16
| instruction | reg | idata |
0 8 12 16
| instruction | reg 1 | reg 2 |
第一种用于 mov reg, idata 这种需要立即数的，我们称之为短指令
第二种用于mov reg1,reg2 这种需要两个寄存器的，我们称之为长指令
我们据此来重新理一下指令：
---- short instruction ----
move 0
add 3
sub 4
jmp 8
jcxz 9
int A
---- long instruction ----
mov F0
load F1
save F2
add F3
sub F4
not F5
and F6
or F7
jmp F8
jcxz F9
int FA
nop FB
F（全1）开头的指令都是长指令。而所有的同类指令号都相同，使得实现起来方便一些。
将一个满是数据的可执行文件load进内存之后，CX中保存的是文件的大小。那么我们如何确定CS:IP的起始地址是什么呢？因为我们还没有中断处理，我们就设为内存0处吧。
好了，到现在为止，我们就将所有的要素都讲解完了。接下来讲实现的细节。
我选择用C++做。
首先要解决的是内存的大小。内存估计64M也就够了。但是为了一开始的速度，我们可以用vector，这样可以自适应大小。
而解析指令是这样的：
void do_ins(unsigned ins)
{
unsigned i1 = (ins >> 12) & 0xF;
unsigned i2 = (ins >> 8) & 0xF;
unsigned reg1 = (ins >> 4) & 0xF;
unsigned reg2 = (ins >> 0) & 0xF;
unsigned idt = (ins) & 0xFF;
// printf("idt %X\n", idt);
int idata = idt & 0x80 ? idt - 0xFF - 1 : idt; // to signed
// printf("idata %d\n", idata);
bool is_idata = i1 != 0xF;
unsigned basic_instr = is_idata ? i1 : i2;
unsigned reg = i2;
// printf("instruction: %X %X\n", in, data&0xFF);
// printf("reg1: %X, reg1 %X\n", reg1, reg2);
switch (basic_instr) {
case MOV:
unsigned pos;
printf("MOV ");
if (is_idata)
{
// instant data
regs[reg] = idata;
printf("%s,%d\n", reg_repr[reg].c_str(), idata);
} else {
// reg1 = reg2
regs[reg1] = regs[reg2];
printf("%s,%s\n", reg_repr[reg1].c_str(), reg_repr[reg2].c_str());
}
regs[IP] += 1;
break;
case LOAD:
// load
pos = get_pos(DS, reg2);
regs[reg1] = load(pos);
printf("LOAD %s,[%s]\n", reg_repr[reg1].c_str(), reg_repr[reg2].c_str());
regs[IP] += 1;
break;
case SAVE:
// store
pos = get_pos(DS, reg1);
store(pos, regs[reg2]);
printf("SAVE [%s],%s\n", reg_repr[reg1].c_str(), reg_repr[reg2].c_str());
regs[IP] += 1;
break;
case ADD:
cout<<"ADD"<<endl;
if (is_idata)
{
regs[reg] = regs[reg] + idata;
} else {
regs[reg1] = regs[reg1] + regs[reg2];
}
regs[IP] += 1;
break;
case INC:
cout<<"INC"<<endl;
regs[reg1] = regs[reg1] + 1;
regs[IP] += 1;
break;
case SUB:
cout<<"SUB"<<endl;
if (is_idata)
{
regs[reg] = regs[reg] - idata;
} else {
regs[reg1] = regs[reg1] - regs[reg2];
}
regs[IP] += 1;
break;
case MUL:
cout<<"MUL"<<endl;
regs[reg1] = regs[reg1] * regs[reg2];
regs[IP] += 1;
break;
case DIV:
cout<<"DIV"<<endl;
regs[AX] = regs[reg1] / regs[reg2];
regs[DX] = regs[reg1] % regs[reg2];
regs[IP] += 1;
break;
case AND:
cout<<"AND"<<endl;
regs[reg1] = regs[reg1] & regs[reg2];
regs[IP] += 1;
break;
case OR:
cout<<"OR"<<endl;
regs[reg1] = regs[reg1] | regs[reg2];
regs[IP] += 1;
break;
case JCXZ:
printf("JCXZ :%X?\n", regs[CX]);
if (regs[CX] == 0) {
regs[IP] += 1;
break;
}
case JMP:
printf("JMP ");
if (is_idata)
{
regs[IP] += idata;
printf("%d\n", idata);
} else {
regs[IP] = regs[reg1];
printf("[%s]\n", reg_repr[reg1].c_str());
}
// char ccc ; cin>>ccc;
break;
case INT:
switch (regs[idata]) {
case 0:
runing = false;
break;
}
case NOP:
regs[IP] += 1;
break;
}
}
其他并没有什么困难之处。 我做了一个简单的demo，放到了github上：
GitHub - picasso250/8086simu: 一个比8086CPU还要简单的CPU模拟器
test.asm文件是一个简单的测试（一个病毒），而compile文件可以将asm文件编译成二进制文件。8080simu可以执行这个二进制文件。
更详细的指令集可以参看 README
PS：为什么我要无聊到编写CPU模拟器的这种地步呢？我的最终目的是做一个电子演化的实验。致敬《失控》。