为什么没有实现 DIV 指令来设置 CF 而不是引发异常

Question

我知道在组装时必须非常小心，即： 这样做：

          mov ah, 10h
          mov al, 00h ; dividend = 1000h
          mov bl, 10h ; divisor = 10h
          div bl      ; Integer overflow exception, /result 100h cannot fit into al

我编写了一些可能无法防陷阱的逻辑，以创建一个更友好的除法环境：

          mov ah, 10h
          mov al, 00h
          mov bl, 10h 
TryDivide:
          cmp bl,ah
          jna CatchClause
          div bl
          clc
          jmp TryEnd
CatchClause:
          stc
TryEnd:
     

有谁知道这样的技术原因没有实现，并且我们有例外而不是设置标志/寄存器被截断？

Answer 1

要得到明确的答案，你必须询问 Stephen Morse，8086 指令集的设计者。

其他英特尔工程师致力于实际实施，但显然 ISA 是首先在纸上设计的，几乎完全由一个人完成。他还被誉为 8086 的首席架构师。 2008 年，为纪念 8086 30 周年，PC World 采访了他，更重要的是，他写了一本书，8086/8088 Primer（1982 年）。我还没有读过，但显然他讨论了一些设计决策以及如何编程。如果你幸运的话，也许他写了一些关于选择 div/idiv trap 的内容。

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没有理由一定要这样；设置 CF 和/或 OF 以及截断将是有效的设计。但在被零除的情况下¹，你仍然需要选择一些值放入商/余数输出寄存器中。 （我认为具有硬件除法的 ISA 具有至少被零除的异常是相当常见的，但是在哪些平台上整数除以零会触发浮点异常？不幸的是只提到 x86 作为带有陷阱的 ISA。如果除法会陷阱，并且 POSIX 操作系统根本不会传递信号，对于算术异常，它必须是 SIGFPE。）

请注意，其他 ISA 实际上会做出不同的选择。 例如 ARM 除法永远不会出错，也不会设置标志。 （虽然它不提供双角除数，所以只有

INT_MIN / -1

有符号溢出和除以0的情况是特殊的。）

IDK 如果构建一个硬件除法单元（或微代码）来获取溢出情况下正确截断的商（当精确商比 16 位宽时）会比简单地检测溢出和跳出更困难。如果是这样，那将是一个相当好的理由。

（在输出寄存器中留下垃圾并设置标志是可能的，但不是很好；如果想要避免使用垃圾的可能性，每个除法都需要事后检查结果。除非结果已知适合，例如因为它是无符号的，被除数的高半部分为零，并且除数已知为非零。）

注 1：在某些方面除以 0 是一种特殊情况：对于

any

被除数，对于 divisor=0，high_half < divisor 为假。但没有明确定义的数学结果可以截断。 IEEE FP 除法通过将除数接近 0（即 +- 无穷大）视为极限来解决此问题。但整数 0 应该被假设为恰好 0，而不是某个微小的数字，并且无论如何都没有带内 NaN 或 Inf 值可供使用，只有有限的 0xFFFF...

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如果考虑 FLAGS，则无需截断其他 8086 数学指令

请注意，8086 only 包括单操作数形式

mul

和

imul

，它们进行加宽乘法：

DX:AX = AX * src

。 （如果高半部分非零（对于

mul

），或者如果高半部分不是低半部分的符号扩展（对于

imul

），则设置CF和OF）。只是后来的 CPU 引入了诸如

imul r, r/m, imm

(186) 和

imul r, r/m

(386) 之类的截断形式，它们不会浪费时间在任何地方写入高半部分，尽管仍然设置 FLAGS，以便您可以根据需要检测签名换行。 （大多数用途都没有，所以后来的 CPU 只提供 imul，mul 的版本除了 FLAGS 之外都是相同的。）

add

/

sub

可以进位/借位，但加法的完整结果可用作

CF : reg

，并带有进位标志中的额外位。

如果您将 sar / shr /

shl reg, cl

视为按位逻辑运算，而不是数学，那么即使它可以移出多个位而不将它们留在任何地方，它也不算数。 （最后一位保留在 CF 中，因此可以通过旋转进位来撤消移 1。）

这使得 DIV / IDIV 成为我认为唯一可以产生更广泛结果且无处放置的算术指令。这可能是选择让它们出错的动机的一部分。

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high_half < divisor

是无符号除法的防陷阱

这就是商适合操作数大小的确切条件。

1:0

（例如

0x0100

表示 8 位操作数大小）是 不适合 的最小商，因此

0x0100 * divisor

是会产生不适合 8 位的商的最小被除数。

当分成与股息宽度相同的 hi:lo 半部分时，该股息为

divisor:0

。

任何小于该值的数字都必须从上半部分“借用”，使其严格小于

divisor

。

（有符号除法也有

INT_MIN / -1

溢出的极端情况，并且高半检查可能必须针对绝对值。）