【汇编语言01】第1章 基础知识

1 前言

1.1 语言发展历程

1. 历程：机器语言→汇编语言→高级语言
2. 机器语言：人们为了去控制计算机完成自己的任务或者项目，只能去编写“0”、“ 1”这样的二进制数字串去控制电脑，其实就是控制计算机硬件的高低电平或通路开路，这种语言就是机器语言。
3. 汇编语言：机器语言作为一种编程语言， 灵活性、可阅读性都很差，为了减轻机器语言带给软件工程师的不适应，人们对机器语言进行了升级和改进：用一些容易理解和记忆的缩写单词来代替一些特定的指令。
4. 高级语言：为解决程序的可移植性，需要设计一个能够不依赖于计算机硬件，能够在不同机器上运行的程序。这样可以免去很多编程的重复过程，提高效率，同时这种语言又要接近于数学语言或人的自然语言。

1.2 特点

1. 优点
   （1）可以轻松的读取存储器状态以及硬件I/O接口情况
   （2）编写的代码因为少了很多编译的环节，可以能够准确的被执行
   （3）作为一种低级语言，可扩展性很高
2. 缺点
   （1）因为代码非常单调，特殊指令字符很少，所以造成了代码的冗长以及编写的困难
   （2）因为汇编仍然需要自己去调用存储器存储数据，很容易出现BUG，而且调试起来也不容易
   （3）就算完成了一个程序，后期维护时候也需要耗费大量的时间。
   （4）因为机器的特殊性造成了代码兼容性差的缺陷。

1.3 为什么要学汇编语言

汇编语言是培养学生理解硬件资源的语言，是学习和理解其他高级程序设计语言的基础，是计算机组成原理、接口与通信技术、计算机控制技术和数据采集等许多专业课的前导课程，是必要的基础知识，起着承上启下的作用。

1.4 学习重点

研究重点放在如何利用硬件系统的编程结构和指令集有效灵活的控制系统进行工作。

2 汇编语言基础概念

本章节内容主要是了解基本概念，更多知识点后续用到的地方再做补充。

2.1 汇编语言的组成

1. 汇编指令（机器码的助记符）：汇编语言的核心是汇编指令，它决定了汇编语言的特性。
2. 伪指令 （由编译器执行）：没有对应的机器指令，所起的作用主要是对汇编过程进行控制。
3. 其它符号（由编译器识别）：加减乘除等符号。

2.2 汇编指令

1. 汇编语言的主体是汇编指令，汇编指令是机器指令的助记符。
2. 汇编指令和机器指令的差别在于指令的表示方法上，汇编指令是机器指令便于记忆的书写格式。
3. 例子：
   要实现的操作：寄存器BX的内容送到AX中
   机器指令： 1000100111011000
   汇编指令：MOV AX,BX
4. 寄存器：简单的讲是CPU中可以存储数据的器件，一个CPU中有多个寄存器。

2.3 指令和数据

1. 指令和数据是应用上的概念。在内存或磁盘上，指令和数据没有任何区别，都是二进制信息，具体是当做指令或者数据，是由程序来决定的。
2. 例子：
   二进制数据：1000100111011000
   视为数据：89D8H（H表示十六进制）
   视为指令：MOV AX,BX

2.4 存储器

2.4.1 存储器简介

1. 存储器的作用：
   CPU 是计算机的核心部件．它控制整个计算机的运作并进行运算，要想让一个CPU 工作，就必须向它提供指令和数据。指令和数据在存储器中存放，也就是平时所说的内存
2. 存储器的地位：
   在一台PC机中内存的作用仅次于CPU。离开了内存，性能再好的CPU也无法工作。
3. 存储器与磁盘：
   磁盘不同于内存，磁盘上的数据或程序如果不读到内存中，就无法被CPU 使用。

2.4.2 存储单元

1. 存储器被划分为若干个存储单元，每个存储单元从0开始顺序编号。假设一个存储器有128个存储单元，则编号从0~127。
2. 每个存储单位可以存储1个字节Byte，即8个bit。假设一个存储器有128个存储单元，则可以存储128B的内容。

2.4.3 分类

1. 从读写属性上看分为两类：
   （1）随机存储器（RAM）
   （2）只读存储器（ROM）
2. 从功能和连接上分类：
   （1）随机存储器RAM
   （2）装有BIOS的ROM
   （3）接口卡上的RAM

2.4.4 各类存储器的逻辑连接

各类存储器的逻辑连接示意如下，主板上各类存储器在物理上虽是独立的器件，但是它们在以下两点上相同：
（1）都和CPU的总线相连。
（2）CPU对它们进行读或写的时候都通过控制线发出内存读写命令。

2.5 CPU对存储器的读写

1. CPU要想进行数据的读写，必须和外部器件（标准的说法是芯片）进行三类信息的交互：
   （1）存储单元的地址（地址信息）
   （2）器件的选择，读或写命令（控制信息）
   （3）读或写的数据（数据信息）
2. 那么CPU是通过什么将地址、数据和控制信息传到存储芯片中的呢？
   电子计算机能处理、传输的信息都是电信号，电信号当然要用导线传送。在计算机中专门有连接CPU和其他芯片的导线，通常称为总线。
3. 理解CPU往存储器中读写数据的过程。

2.6 总线

2.6.1 总线概述

1. 物理上：一根根导线的集合；
2. 逻辑上划分为：
   （1）地址总线
   （2）数据总线
   （3）控制总线
   

2.6.2 地址总线

1. CPU是通过地址总线来指定存储单元的。
2. 地址总线上能传送多少个不同的信息，CPU就可以对多少个存储单元进行寻址。
3. 一个CPU有N根地址总线，则可以说这个CPU的地址总线的宽度为N。这样的CPU最多可以寻找２的N次方个内存单元。

2.6.3 数据总线

1. CPU与内存或其它器件之间的数据传送是通过数据总线来进行的。
2. 数据总线的宽度决定了CPU和外界的数据传送速度，8根数据总线可以1次传输8位数据，即1个字节，16根数据总线可以1次传输16位数据，即2个字节。

2.6.4控制总线

1. CPU对外部器件的控制是通过控制总线来进行的。控制总线上发送的控制信息。
2. 在这里控制总线是个总称，控制总线是一些不同控制线的集合。有多少根控制总线，就意味着CPU提供了对外部器件的多少种控制。所以，控制总线的宽度决定了CPU对外部器件的控制能力。

2.7 主板

在每一台PC机中，都有一个主板，主板上有核心器件和一些主要器件。这些器件通过总线（地址总线、数据总线、控制总线）相连。

2.8 接口卡

计算机系统中，所有可用程序控制其工作的设备，必须受到CPU的控制。CPU对外部设备不能直接控制，如显示器、音箱、打印机等。直接控制这些设备进行工作的是插在扩展插槽上的接口卡。

2.9 内存地址空间

1. 内存地址空间：一个CPU的地址线宽度为10，那么可以寻址1024个内存单元，这1024个可寻到的内存单元就构成这个CPU的内存地址空间。
2. 存储器与内存地址空间：CPU在操作各存储器时，把他们都当做内存来对待，把它们总的看做一个由若干存储单位组成的逻辑存储器，这个逻辑存储器就是我们所说的内存地址空间。
   （1）所有的物理存储器被看作一个由若干存储单元组成的逻辑存储器；
   （2）每个物理存储器在这个逻辑存储器中占有一个地址段，即一段地址空间；
   （3）CPU在这段地址空间中读写数据，实际上就是在相对应的物理存储器中读写数据。
   

3 小结

1. 汇编指令是机器指令的助记符，同机器指令一一对应。
2. 每一种CPU都有自己的汇编指令集。
3. CPU可以直接使用的信息在存储器中存放。
4. 在存储器中指令和数据没有任何区别，都是二进制信息。
5. 存储单元从零开始顺序编号。
6. 一个存储单元可以存储 8 个 bit （用作单位写成“b”），即 8 位二进制数，即1个字节。
7. 每一个CPU芯片都有许多管脚，这些管脚和总线相连。也可以说，这些管脚引出总线。一个CPU可以引出三种总线的宽度标志了这个CPU的不同方面的性能：
   （1）地址总线的宽度决定了CPU的寻址能力；
   （2）数据总线的宽度决定了CPU与其它器件进行数据传送时的一次数据传送量；
   （3）控制总线宽度决定了CPU对系统中其它器件的控制能力。
8. 核心思维：最终运行程序的是CPU，我们用汇编编程的时候，必须要从CPU角度考虑问题。
   对CPU来讲，系统中的所有存储器中的存储单元都处于一个统一的逻辑存储器中，它的容量受CPU寻址能力的限制。这个逻辑存储器即是我们所说的内存地址空间。

参考文献

1. 《汇编语言(第3版) 》王爽著，主要参考书籍和学习路线。
   百度云：https://pan.baidu.com/s/1TE1Egc0ZmeJfLP5zvamo0Q
   提取码：3y72
2. 《汇编语言百科》
3. 《汇编语言基础01》小甲鱼零基础视频课程
4. 《汇编语言基础02》小甲鱼零基础视频课程
5. 《汇编语言基础03》小甲鱼零基础视频课程
6. 《汇编语言基础04》小甲鱼零基础视频课程
7. 《汇编语言基础05》小甲鱼零基础视频课程
8. 《汇编语言学习笔记》