【汇编学习】汇编语言读书笔记（第二章）

汇编学习：寄存器（CPU工作原理）

寄存器

• 内部总线实现CPU内部各个器件之间的联系，外部总线实现CPU和主板上其他器件的联系，简单来说，在CPU中：
  
  • 运算器进行信息处理
  • 寄存器进行信息存储
  • 控制器控制各种器件进行工作
  • 内部总线连接各种器件，在它们之间进行数据的传送
• CPU中的主要器件是寄存器。寄存器是CPU中程序员可以用指令读写的部件。程序员通过改变各种寄存器中的内容来实现对CPU的控制
• 8086CPU有14个寄存器，每个寄存器都有一个名称。这些寄存器是AX、BX、CX、DX、SI、DI、SP、BP、IP、CS、SS、DS、ES、PSW。

通用寄存器

• 8086CPU 的所有寄存器都是16位的，可以存放两个字节。AX、BX、CX、DX这4个寄存器通常用来存放一般性的数据，被称为通用寄存器。
  
  • 一个16位寄存器可以存储的数据的最大值为2^16。
  • 8086CPU的AX、BX、CX、DX这4个寄存器都可以分为两个可独立使用的8位寄存器来使用：
  • AX可分为AH和AL；
  • BX可分为BH和BL；
  • CX可分为CH和CL；
  • DX可分为DH和DL；

字在寄存器中的存储

• 8086CPU可以一次性处理一下两种尺寸的数据：
  
  • 字节：记为byte，一个字节由8个bit组成，可以存在8位寄存器中。
  • 字：记为word，一个字由两个字节组成，分为高位字节和低位字节。

几条汇编指令

• 在写一条汇编指令或一个寄存器的名称时不区分大小写
• 在进行数据传送或运算时，要注意指令的两个操作对象的位数应当是一致的

物理地址

• CPU访问内存单元时，要给出内存单元的地址。所有的内存单元构成的存储空间是一个一维的线性空间，每一个内存单元在这个空间中都有唯一的地址，我们将这个唯一的地址称为物理地址。

16位结构的CPU

• 16位结构描述了一个CPU具有下面几个方面的结构特性：
  
  • 运算器一次最多可以处理16位的数据；
  • 寄存器的最大宽度为16位；
  • 寄存器和运算器之间的通路位16位；

8086CPU给出物理地址的方法

• 8086CPU由20位地址总线，可以传送20位地址，达到1MB寻址能力
• 8086CPU要读写内存时：
  
  • CPU中相关部件提供两个16位的地址，一个称为段地址，一个称为偏移地址；
  • 段地址和偏移地址通过内部总线送入一个称为地址加法器的部件；
  • 地址加法器将两个16位地址合成为一个20位的物理地址；
  • 地址加法器通过内部总线将20位物理地址送入输入输出控制电路；
  • 输入输出控制电路将20位物理地址送上地址总线；
  • 20位物理地址被地址总线传送到存储器。
• 地址加法器采用物理地址=段地址*16+偏移地址的方法和用段地址和偏移地址合成物理地址

段的概念

• 在编程时可以根据需要，将若干地址连续的内存单元看做一个段，用段地址×16定位段的起始地址（基础地址），用偏移地址定位段中的内存单元。
• CPU访问内存单元时，必须向内存提供内存单元的物理地址。8086CPU在内部用段地址和偏移地址移位相加的方法形成最终的物理地址。
• CPU可以用不同的段地址和偏移地址形成同一个物理地址
• 偏移地址16位，变化范围为0~FFFFH，仅用偏移地址来寻址最多可寻64KB个内存单元。

段寄存器

• 8086CPU有四个段寄存器：CS、DS、SS、ES

CS和IP

• CS为代码寄存器，IP为指令指针寄存器
• 8086机中，任意时刻，CPU将CS:IP指向的内容当做指令执行
• 在8086CPU加电启动或复位后（即CPU刚开始工作时）CS和IP被设置为CS=FFFFH，IP=0000H，即在8086PC机刚启动时，CPU从内存FFFF0H单元中读取指令执行，FFFF0H单元中的指令时8086PC机开机后执行的第一条指令
• CPU将CS:IP指向的内存单元中的内容看作指令，因为，在任何时候，CPU将CS、IP中的内容当做指令的段地址和偏移地址，用它们合成指令的物理地址，到内存中读取指令码，执行。如果说，内存中的一段信息曾被CPU执行过的话，那么，它所在的内存单元必然被CS：IP指向过。

修改CS、IP的指令

• 8086CPU大部分寄存器的值，都可以用mov指令来改变，mov指令被称为传送指令。
• 能够改变CS、IP的内容的指令被称作转移指令

代码段

• 将一段内存当做代码段，仅仅是我们在编程时的一种安排，CPU并不会由于这种安排，就自动的将我们定义的代码段中的指令当作指令来执行。CPU只认被CS:IP指向的内存单元中的内容为指令。
• 要让CPU执行我们放在代码段中的指令，必须要将CS:IP指向所定义的代码段中的第一条指令的首地址。

小结

• 8086CPU的工作过程：
  
  • 从CS：IP指向的内存内存单元读取指令，读取的指令进入指令缓冲器
  • IP指向下一条指令；
  • 执行指令

实验 查看CPU和内存，用机器指令和汇编指令编程

• Debug是DOS、Windows都提供的实模式（8086方式）程序的调试工具
• 用到的Dubug的功能
  
  • r命令查看、改变CPU寄存器的内容；
  • d命令查看内存中的内容
  • e命令改写内存中的内容
  • u命令将内存中的机器指令翻译成汇编指令；
  • t命令执行一条机器指令
  • a命令以汇编指令的格式在内存中写入一条机器指令

• 查看在内存FFF00H~FFFFFH的某几个内存单元并尝试改写，并不能成功

  通过DEBUG中的D命令查看到主板的生产日期[以月、日、年，分隔符为’/’的格式]存储在内存ffff:0005~ffff:000C(共8个字节单元中)处。此生产日期不能被改变，因为其具有‘只读’属性.

• 向内存从B8100H开始的单元中填写数据，观察现象

  B8100H开始的内存空间是显存空间，通过向内存中的显存写入数据，使计算机根据写入的数据进行ASCII转换，并将转换后且可打印的字符输出到屏幕上。<注：关于显存的详细讨论不在此题范围>

习题检测2.1

• 写出每条汇编指令执行之后相关寄存器中的值

  mov ax,62627            AX=F4A3H
  mov ah,31H              AX=31A3H
  mov al,23H              AX=3123H
  add ax,ax               AX=6246H
  mov bx,826CH            BX=826CH
  mov cx,ax               CX=6246H
  mov ax,bx               AX=826CH
  add ax,bx               AX=04D8H
  mov al,bh               AX=0482H
  mov ah,bl               AX=6C82H
  add ah,ah               AX=D882H
  add al,6                AX=D888H
  add al,al               AX=D810H
  mov ax,cx               AX=6246H
  

• 编程计算2的4次方

  mov ax,2
  mov ax,ax
  mov ax,ax
  mov ax,ax

习题检测2.2

• 给定段地址为0001H，仅通过变化偏移地址寻址，CPU的寻址范围为（00010H）到（1000FH）。
• 有一数据存放在内存20000H单元中，现给定段地址为SA，若想用偏移地址寻到此单元。则SA应满足的条件是：最小为（1001H），最大为（2000H）

习题检测2.3

• 下面的3条指令执行之后，CPU几次修改IP，都是在什么时候，最后IP中的值是多少？

  mov ax,bx
  sub ax,ax
  jmp ax

• 一共变化四次

  • 执行完mov ax,bx后
  • 执行完sub ax,ax后
  • 读入jmp ax后
  • 执行jmp ax后IP的值应当为0000H