16位汇编语言的学习小结

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前言：前一段时间一直在学习汇编语言，使用的书籍就是最经典的王爽那本书，现在也学习到了一个阶段，想着是不是把学了东西做个小结。

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一些不容易弄明白的概念

1. 16位、32位、64位机和三大总线的关系

众所周知，CPU和外部芯片做信息交互必须使用三大总线：地址总线，数据总线，控制总线。
这三大总线相对于CPU来说可以称为外部总线，CPU内部由运算器（处理信息）、控制器（控制）、寄存器（存储信息）等器件构成，这些器件靠内部总线相连。汇编程序员通过改变各种寄存器中的内容来实现对CPU的控制。
再说回外部总线，CPU连接外部芯片的一些管脚和这些总线相连，所以这3种总线的宽度标志了CPU的不同方面的性能。

地址总线宽度为n，CPU 最多可以寻找 2n 个内存单元；
数据总线宽度为n，一次可传送的二进制数据为n位；
控制总线宽度为n，意味着CPU能提供对外部器件的控制方式有n种。

我们所说的16位、32位、64位结构的CPU，并不是说它的地址总线（寻址能力）是16位，比如说最经典的16位的8086CPU的地址总线实际上是20位的，而是指CPU的寄存器的位宽为16位，CPU的运算器一次最多处理16位数据，他们之间的通路（内部总线）是16位的。而且这里还有另外一种叫法，就是字长16位或者叫16位机。 （ps：这一段是我根据自己查询网上和书上的资料，再结合自己对CPU的理解总结的，如有错误欢迎指正。）

2. X86机，X64机，IA64和32位、64位操作系统的关系

再来说说X86结构（架构）的机器，很多机器都可以被称为X86结构，不仅仅是计算机，还有可能是其他的嵌入式机器。X86结构指的是特定微处理器执行的是intel通用计算机语言指令集（RISC精简指令集。随着Intel的8086CPU诞生了X86架构），它定义了芯片的基本使用规则，所以X86结构的CPU还有可能是64位的，而不是一般以为的32位机，跟操作系统的32位（X86）系统也没有关系。

x86是一个intel通用计算机系列的标准编号缩写,也标识一套通用的计算机指令集合,X与处理器没有任何关系，它是一个对所有*86系统的简单的通配符定义，例如：i386,586,奔腾(pentium)。由于早期intel的CPU编号都是如8086,80286来编号,由于这整个系列的CPU都是指令兼容的,所以都用X86来标识所使用的指令集合。如今的奔腾,P2,P4,赛扬系列都是支持X86指令系统的,所以都属于X86家族。

什么是X86架构的典型特征呢？指令的长度不定、指令数量繁杂、但是指令扩展性较强是我们最直接的印象。X86处理器都拥有一个庞大的译码器，实际上X86内部的计算部分依然是经典的RISC简明架构，再加上存储堆栈等种种因素，X86处理器现在面临核心面积较大，发热较高效率较低等问题，并不适合在手机平板等设备中使用。

与X86架构不同的著名的另一个架构是ARM架构。ARM架构的英文名是Advanced RISC Machine，所以ARM架构可以认为是灵活苗条的精简指令集处理器，它被广泛用于嵌入式设备和移动设备，近几年随着每一代架构和工艺的演变，ARM架构处理器性能倍增，已经接近低端X86架构处理器，同时功耗表现依然优秀。
另外，比较经典的其他架构CPU有AMD的Athlon 64（X86-64结构，简称X64，X86指令集的64位扩展超集，向下兼容），Intel的安腾（IA64架构，不兼容X86指令集）。IA64架构的CPU与x86指令不兼容。如果想要执行x86指令需要硬件虚拟化支持，而且效率不高。优点在于IA－64架构体系将拥有64位内存寻址能力，能够支持更大的内存寻址空间。并且由于架构的改变，性能比起x86-64的64位兼容模式更高更强。IA-64操作系统由于只能在intel安腾系列处理器及AMD部分服务器处理器运行，所以主流市场并不常见。而且，这些IA-64架构处理器也不能够使用x64操作系统，而x86-64处理器则可以自由选择x86或是x64操作系统。

英特尔非常清楚，是X86指令集限制了CPU性能的进一步提高，因此，他们正同惠普共同努力开发下一代指令集架构（Instruction Set Architecture ，ISA）： EPIC(Explicitly Parallel Instruction Computing，显性并行指令计算)。对英特尔而言， IA－64（英特尔的64位架构）是下一个10到15年的架构。新的ISA将使英特尔摆脱X86架构的限制，从而设计出超越所有现有RISC CPU和X86 CPU的新型处理器。

另外， 还可以参看：32位嵌入式微处理器（processor）一览

3. 为什么使用十六进制数表示机器码

我们都知道计算机中的数据都是以0和1表示，即计算机是以二进制形式来存放数据的，一位二进制数占用一个比特（bit）的空间，并且计算机的最小存储单元是字节（Byte），一个字节占用8个bit的空间，而十六进制数的一位正好相当于二进制数的四位，所以使用2位十六进制的数就正好可以表示一个B（Byte）的数据，而且十六进制的数据进行手动运算（只要几个数都是十六进制就可以类似于十进制一样运算）也比使用二进制更加简单明了（如果使用十进制进行手动运算是更方便了，但是1位十进制数没办法正好表示4位二进制数这个优势中间的运算就会困难很多），十六进制数表示二进制数比使用八进制更加简短，所以现在的机器指令和数据一般都是使用十六进制表示的。
汇编语言和机器码的十六进制表示方式（数制标准表示，使用简码）都是在数字后面加上H或者h（二进制数用B表示，十进制数用D表示可省略），而在使用高级语言编程比如C语言表示十六进制数的时候是在数字前面加上0x。

另外，在8086cpu汇编源程序中，十六进制数据不能以字母开头，需要在字母前加0；
不能直接给段寄存器送入数据（8086cpu不支持），需要通用寄存器中介或者使用内存单元中介；
不支持从内存到内存送入数据，需要通过通用寄存器中介。
将数据直接mov到内存中，必须显式的说明访问内存的大小（字节还是字或者其他）。（数据处理的2个基本问题：处理的数据在什么地方和要处理的数据有多长）
8086CPU中程序加载时，在装入的内存ds:0段之前有256B（使用十六进制表示为100H）的空间存放着PSP（程序段前缀），说明着程序的一些信息，后面紧接着存放程序运行的机器码，所以程序机器码所在的物理地址为ds+10H:0。

4.待续–

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16位汇编的子程序结构

一般情况下，都是使用的call和ret来实现子程序的机制的。但是由于X86架构CPU的寄存器数量有限，子程序和主程序可能必须使用相同的寄存器，比如都有循环的时候都要用到cx寄存器，jcxz有条件跳转的时候也要用到cx，所以会存在寄存器冲突的问题。一般我们使用栈来保存寄存器中的内容，解决寄存器冲突问题，这样就有了下面的子程序标准框架：

    sub：;子程序中使用的寄存器入栈   
        push reg
        ;子程序的主要内容：
            ;主程序传递过来的参数出栈（少量参数使用寄存器，连续参数用寄存器传参数首地址，高级语言常用栈传参，涉及到 调用惯例）
        ......  
            ;功能代码块
        ........
        ;子程序中使用的寄存器出栈
        pop reg
        ;子程序运行的结果入栈（子程序没有返回的话就不用；也可以使用寄存器存储返回）
        ;返回（ret、retf）
        ret n

– 注意寄存器入栈和出栈的顺序

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一个例子

assume cs:code
data segment

    db 'Welcome to masm!',0

data ends

code segment

    start:  mov ax,data
            mov ds,ax

            mov dh,8
            mov dl,3
            mov cl,2
            mov si,0
            call show_str

        e:  jmp e

            mov ax,4c00h
            int 21h
    ;---------------------------------------------------------
    ;function:  show a zero-terminated string   with specified color and location
    ;parameters:    line number:dh;     column number:dl    color:cl    
    ;               Starting address of the string:  ds:[si]
    ;return:    none
    ;---------------------------------------------------------
    show_str:   
            ;push reg which will be used in this subprogram
            push ax         ;Multiplication will use register AX
            ;push ax            ;A char and it's properties
            push bx         ;The address of the char in the video memory
            push es         ;The segment address of video memory:B800h
            push si

            ;The function code
            ;(bx)=(dh)*160+(dl)*2
            mov al,160
            mul dh
            mov bx,ax
            mov al,2
            mul dl
            add bx,ax

            ;mov es,0B800H
            mov ax,0B800H
            mov es,ax
        s:  ;judgment
            push cx 
            mov cl,ds:[si]
            mov ch,0
            jcxz ok
            ;Display
            pop cx
            mov al,ds:[si]
            mov ah,cl
            mov es:[bx],ax

            inc si
            add bx,2
            jmp short s
            ;pop
        ok: pop cx
            pop si
            pop es
            pop bx
            pop ax
            ret

code ends

end start

参考书：王爽《汇编语言（第二版）》