汇编基础教程（4）段

段

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1    将一段内存定义为一个段，用一个段地址指示段，用偏移地址访问段内的单元

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2    种类

2.1  代码段

定义

•    对于8086PC机，在编程时，可以根据需要，将一组内存单元定义为一个段。

•    可以将长度为 N（ N≤64KB ）的一组代码，存在一组地址连续、起始地址为 16的倍数的内存单元中，这段内存是用来存放代码的，从而定义了一个代码段。

   例如

• 

•     这段长度为 10 字节的字节的指令，存在从123B0H~123B9H的一组内存单元中，我们就可以认为，123B0H~123B9H这段内存单元是用来存放代码的 ，是一个代码段 ，它的段地址为123BH，长度为10字节。

  如何使得代码段中的指令被执行

•    CPU 只认被 CS:IP 指向的内存单元中的内容为指令。

•    所以要将CS:IP指向所定义的代码段中的第一条指令的首地址。

•    CS = 123BH，IP = 0000H。

 

2.2  数据段

定义

•    我们可以将一组长度为N（N≤64K）、地址连续、起始地址为16的倍数的内存单元当作专门存储数据的内存空间，从而定义了一个数据段。
•    比如我们用123B0H~123B9H这段空间来存放数据：

1.     段地址：123BH
2.     长度：10字节

•   将一段内存当作数据段，是我们在编程时的一种安排，我们可以在具体操作的时候 ，用 ds 存放数据段的段地址，再根据需要，用相关指令访问数据段中的具体单元。

DS和[address]

•     我们要读取10000H单元的内容

•     CPU要读取一个内存单元的时候，必须先给出这个内存单元的地址

1.       在8086PC中，内存地址由段地址和偏移地址组成。
2.       8086CPU中有一个 DS寄存器，通常用来存放要访问的数据的段地址。

•      将10000H（1000:0）中的数据读到al中。

1.       mov bx,1000H
2.       mov ds,bx
3.       mov al,[0]

      mov 指令可以将一个内存单元中的内容送入一个寄存器。

•       mov指令的格式：

1.        mov 寄存器名，内存单元地址
2.        “[…]”表示一个内存单元， “[…]”中的0表示内存单元的偏移地址。

•       如何用mov指令从10000H中读取数据？

1.        10000H表示为1000:0（段地址:偏移地址）
2.        将段地址1000H放入ds
3.        用mov al,[0]完成传送（mov指令中的[]说明操作对象是一个内存单元，[]中的0说明这个内存单元的偏移地址是0，它的段地址默认放在ds中）

•       如何把1000H送入ds？

1.        8086CPU不支持将数据直接送入段寄存器的操作，ds是一个段寄存器。（硬件设计的问题）
2.        mov ds,1000H 是非法的。
3.        数据>>一般的寄存器>>段寄存器

例如

•    我们将123B0H~123BAH的内存单元定义为数据段，我们现在要累加这个数据段中的前3个单元中的数据，代码如下：

   

 

2.3  栈段

栈

• 栈空间当然也是内存空间一部分，它只是一段可以以一种特殊方式进行访问的内存空间。

 

操作方式

•     栈有两个基本的操作

1.        入栈：将一个新的元素放到栈顶
2.        出栈：从栈顶取出一个元素

•       栈顶的元素总是最后入栈，需要出栈时，又最先被从栈中取出
•       栈的操作规则：LIFO（Last In First Out，后进先出）
•       8086CPU的入栈和出栈操作都是以字为单位进行的。
•       注意：字型数据用两个单元存放，高地址单元放高 8 位，低地址单元放低8 位。

 

8086CPU提供入栈和出栈指令

    SS:SP

     　8086CPU中，有两个寄存器：

•       段寄存器SS 　存放栈顶的段地址
•       寄存器SP 　存放栈顶的偏移地址
•       任意时刻，SS:SP指向栈顶元素。

         SS和SP只记录了栈顶的地址，依靠SS和SP可以保证在入栈和出栈时找到栈顶。

   栈顶超界的问题

      种类

•        当栈满的时候再使用push指令入栈，

•        栈空的时候再使用pop指令出栈，

      8086CPU不保证对栈的操作不会超界。

•        8086CPU 只知道栈顶在何处（由SS:SP指示），而不知道读者安排的栈空间有多大。

•        8086CPU的工作机理，只考虑当前的情况：

1.         当前栈顶在何处；
2.         当前要执行的指令是哪一条。

     解决办法

•        要根据可能用到的最大栈空间，来安排栈的大小，防止入栈的数据太多而导致的超界

•        执行出栈操作的时候也要注意，以防栈空的时候继续出栈而导致的超界。

 

push、pop指令

定义

•       push和pop指令是可以在寄存器和内存之间传送数据的。

PUSH（入栈）

     push ax：将寄存器ax中的数据送入栈中；

     执行过程

        push ax

•          （1）SP=SP–2；

•          （2）将ax中的内容送入SS:SP指向的内存单元处，SS:SP此时指向新栈顶。

         图示

• 

•         入栈时，栈顶从高地址向低地址方向增长

 

POP（出栈）

       pop ax ：从栈顶取出数据送入ax。

       执行过程

•         （1）将SS:SP指向的内存单元处的数据送入ax中；
•         （2）SP = SP+2，SS:SP指向当前栈顶下面的单元，以当前栈顶下面的单元为新的栈顶。

        图示

• 

   注意：

•     出栈后，SS:SP指向新的栈顶 1000EH，pop操作前的栈顶元素，1000CH 处的2266H 依然存在 ，但是，它已不在栈中。
•     当再次执行push等入栈指令后，SS:SP移至1000CH，并在里面写入新的数据，它将被覆盖。

 

格式

（1）

•        push 寄存器：将一个寄存器中的数据入栈
•        pop   寄存器：出栈，用一个寄存器接收出栈的数据
•        例如：push ax    pop bx

（2）

•        push 段寄存器：将一个段寄存器中的数据入栈
•        pop   段寄存器：出栈，用一个段寄存器接收出栈的数据
•        例如：push ds    pop es

（3）

•        push   内存单元：将一个内存单元处的字入栈（栈操作都是以字为单位）
•        pop     内存单元：出栈，用一个内存字单元接收出栈的数据
•        例如：push [0]     pop [2]
•         指令执行时 ，CPU 要知道内存单元的地址，可以在 push、pop 指令中给出内存单元的偏移地址，段地址在指令执行时，CPU从ds中取得。

 

注意

• 与mov指令不同的是，push和pop指令访问的内存单元的地址不是在指令中给出的，而是由SS:SP指出的。

•  CPU执行mov指令只需一步操作，就是传送，而执行push、pop指令却需要两步操作

•        执行push时：先改变SP，后向SS:SP处传送。
•        执行pop时：  先读取SS:SP处的数据，后改变SP。

• push、pop 等栈操作指令，修改的只是SP。也就是说，栈顶的变化范围最大为：0~FFFFH。

•  提供：SS、SP指示栈顶；改变SP后写内存的入栈指令；读内存后改变SP的出栈指令。

 

栈段定义

•    可以根据需要 ，将一组内存单元定义为一个段

•     比如我们将10010H~1001FH 这段长度为 16 字节的内存空间当作栈来用，以栈的方式进行访问。

•     我们可以将长度为 N（N ≤64K ）的一组地址连续、起始地址为16的倍数的内存单元，当作栈来用，从而定义了一个栈段

•            这段空间就可以成为栈段，段地址为1000H，大小为16字节

•     如何使的如push、pop 等栈操作指令访问我们定义的栈段

•            将SS:SP指向我们定义的栈段。

 

思考

•     我们将10000H~1FFFFH这段空间当作栈段 ，SS=1000H ，栈空间大小为64KB ，栈最底部的字单元地址为1000:FFFE。
•     任意时刻，SS:SP指向栈顶，当栈中只有一个元素的时候，SS=1000H，SP=FFFEH。
•     栈为空，就相当于栈中唯一的元素出栈，出栈后，SP=SP+2。
•     SP原来为FFFEH，加2后SP=0，所以，当栈为空的时候，SS=1000H，SP=0。
•     任意时刻，SS:SP指向栈顶元素，当栈为空的时候 ，栈中没有元素 ，也就不存在栈顶元素，所以SS:SP只能指向栈的最底部单元下面的单元 ，该单元的偏移地址为栈最底部的字单元的偏移地址+2 ，栈最底部字单元的地址为1000:FFFE，所以栈空时，SP=0000H。

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3    访问

•  对于数据段，将它的段地址放在 DS中，用mov、add、sub等访问内存单元的指令时，CPU就将我们定义的数据段中的内容当作数据段来访问；

•  对于代码段，将它的段地址放在 CS中，将段中第一条指令的偏移地址放在IP中，这样CPU就将执行我们定义的代码段中的指令；

•  对于栈段，将它的段地址放在SS中，将栈顶单元的偏移地置放在 SP 中，这样CPU在需要进行栈操作的时候，比如执行 push、pop 指令等，就将我们定义的栈段当作栈空间来用。

•  可见，不管我们如何安排 ，CPU 将内存中的某段内存当作代码 ，是因为CS:IP指向了那里；CPU将某段内存当作栈 ，是因为 SS:IP 指向了那里

 比如我们将10000H~1001FH安排为代码段，并在里面存储如下代码：

•   设置CS=1000H，IP=0，这段代码将得到执行。

•   可以看到，在这段代码中，我们又将10000H~1001FH 安排为栈段和数据段。

•   10000H~1001FH这段内存，既是代码段，又是栈段和数据段。

•   一段内存，可以既是代码的存储空间，又是数据的存储空间，还可以是栈空间，也可以什么也不是。

•   关键在于CPU中寄存器的设置，即：CS、IP、SS、SP、DS的指向。

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4    段前缀

在访问内存单元的指令中，用于显式地指明内存单元的段地址的“ds:”、“cs:”、“ss:”或“es:”

应用

场景1

   问题：将内存ffff:0~ffff:b段元中的数据拷贝到 0:200~0:20b单元中。

   分析

• （1） 0:200~0:20b单元等同于0020:0~0020:b单元，它们描述的是同一段内存空间
• （2）拷贝的过程应用循环实现，简要描述如下：

1.       初始化：X=0
2.       循环12次

•       将ffff:X单元中的数据送入0020:X（需要用一个寄存器中转）
•       X=X+1

• （3）在循环中，源单元ffff:X和目标单元的0020:X的偏移地址X是变量。我们用bx来存放

• （4）我们用将0:200~0:20b用0020:0~0020:b描述，就是为了使目标单元的偏移地址和源始单元的偏移地址从同一数值0开始。

  问题

•     因源单元ffff:X和目标单元0020:X 相距大于64KB，在不同的64KB段里，程序中，每次循环要设置两次ds。

•     这样做是正确的，但是效率不高。

  解决

•     我们可以使用两个段寄存器分别存放源单元ffff:X和目标单元0020:X的段地址，这样就可以省略循环中需要重复做12次的设置ds的程序段。
• 
•     改进的程序中，使用 es 存放目标空间0020:0~0020:b的段地址，用ds存放源空间ffff:0~ffff:b的段地址。
•     在访问内存单元的指令“mov es:[bx],al”中 ，显式地用段前缀 “es:” 给出单元的段地址，这样就不必在循环中重复设置ds

 

场景2

Debug和汇编编译器Masm对指令的不同处理

    Debug中

•       mov ax,[0]

•       表示将ds:0处的数据送入al中。

    在汇编源程序中，指令“mov ax,[0]”被编译器当作指令“mov ax,0”处理。

解决：利用段前缀显性的指出段地址