汇编语言大学狗及格必看(一)

阅读数: 次 2020-06-09

EverydayOneCat

「筋トレ！！！！！！！！」——“宿舍里的宠物吃了我留下的蛋白粉”

一、基础知识

1.机器语言

机器语言是机器指令的集合。机器指令展开来讲就是一台机器可以正确执行的命令。电子计算机的机器指令是一列二进制数字。计算机将之转变为一列高低电平，以使计算机的电子器件受到驱动，进行运算。

现在，在我们常用的 PC机中，有一个芯片来完成上面所说的计算机的功能。这个芯片就是我们常说的CPU(Central Processing Unit, 中央处理单元），CPU是一种微处理器。每一种微处理器都有自己的机器指令集，也就是机器语言。

2.汇编语言

汇编语言的主体是汇编指令。汇编指令和机器指令的差别在千指令的表示方法上。汇编指令是机器指令便千记忆的书写格式。

汇编语言发展至今，有以下3类指令组成：

(1)汇编指令：机器码的助记符，有对应的机器码。
(2)伪指令：没有对应的机器码，由编译器执行，计算机并不执行。
(3)其他符号：如＋、－、＊、／等，由编译器识别，没有对应的机器码。

汇编语言的核心是汇编指令，它决定了汇编语言的特性。

3.存储器

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，也就是我们平时所说的内存。在台PC机中内存的作用仅次千CPU。离开了内存，性能再好的CPU也无法工作。

4.指令和数据

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。CPU在工作的时候把有的信息看作指令，有的信息看作数据，为同样的信息赋予了不同的意义。

例如，内存中的二进制信息I000100111011000,计算机可以把它看作大小为8908H的数据来处理，也可以将其看作指令movax,bx来执行。

1000100111011000 -> 89D8H （数据）
1000100111011000 -> mov ax, bx （程序）

5.存储单元

存储器被划分成若干个存储单元，每个存储单元从0开始顺序编号，例如个存储器有128个存储单元，编号从0~127。

那么一个存储单元能存储多少信息呢？我们知道电子计算机的最小信息单位是bit（音译为比特），也就是一个二进制位。8 个bit 组成一个Byte, 也就是通常讲的一个字节。微型机存储器的存储单元可以存储一个Byte, 即8 个二进制位。一个存储器有128 个存储单元，它可以存储128 个Byte。

微机存储器的容量是以字节为最小单位来计算的。对千拥有128个存储单元的存储器，我们可以说，它的容量是128个字节。

6.CPU对存储器的读写

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）进行下面3类信息的交互。

存储单元的地址（地址信息）；
器件的选择，读或写的命令（控制信息）；
读或写的数据（数据信息）。

那么CPU是通过什么将地址、数据和控制信息传到存储器芯片中的呢？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。总线从物理上来讲，就是一根根导线的集合。根据传送信息的不同，总线从逻辑上又分为3类， 地址总线、控制总线和数据总线。

7.地址总线

CPU是通过地址总线来指定存储器单元的。可见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。

现假设，一个CPU有10根地址总线，让我们来看下它的寻址情况。我们知道，在电子计算机中，一根导线可以传送的稳定状态只有两种，高电平或是低电平。用二进制表示就是1 或 0, 10根导线可以传送10位二进制数据。而10位二进制数可以表示多少个不同的数呢？ 2的10次方个。最小数为0, 最大数为1023。

一个CPU有N根地址线，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。

8.数据总线

CPU 与内存或其他器件之间的数据传送是通过数据总线来进行的。数据总线的宽度决定了CPU 和外界的数据传送速度。8 根数据总线一次可传送一个8 位二进制数据（即一个字节）。16 根数据总线一次可传送两个字节。

9.控制总线

CPU 对外部器件的控制是通过控制总线来进行的。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。

10.主板和接口卡

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。这些器件有CPU、存储器、外围芯片组、扩展插槽等。扩展插槽上一般插有RAM 内存条和各类接口卡。

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对外部设备都不能直接控制，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。扩展插槽通过总线和CPU相连，所以接口卡也通过总线同CPU相连。CPU可以直接控制这些接口卡，从而实现CPU对外设的间接控制。简单地讲，就是CPU通过总线向接口卡发送命令，接口卡根据CPU的命令控制外设进行工作。

11.内存地址空间

一台PC机中，装有多个存储器芯片，这些存储器芯片从物理连接上看是独立的、不同的器件。从读写属性上看分为两类：随机存储器(RAM)和只读存储器(ROM)。随机存储器可读可写，但必须带电存储，关机后存储的内容丢失；只读存储器只能读取不能写入，关机后其中的内容不丢失。

上述的那些存储器，在物理上是独立的器件，但是在以下两点上相同。
• 都和CPU的总线相连。
• 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。

这也就是说， CPU在操控它们的时候，把它们都当作内存来对待，把它们总的看作一个由若干存储单元组成的逻辑存储器，这个逻辑存储器就是我们所说的内存地址空间。在汇编这门课中，我们所面对的是内存地址空间。

12.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, 即8位二进制数。
(7) 1Byte=8bit 1KB=l024B 1MB= 1024KB. 1GB= 1024MB。

(8)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3种总线的宽度标志了这个CPU的不同方面的性能：
地址总线的宽度决定了CPU的寻址能力；
数据总线的宽度决定了CPU与其他器件进行数据传送时的一次数据传送量；
控制总线的宽度决定了CPU对系统中其他器件的控制能力。

13.习题

（1）1个CPU的寻址能力为8KB，那么它的地址总线的宽度为 13位。

2^13=8000

（2）1KB的存储器有 1024 个存储单元，存储单元的编号从 0 到 1023 。

一个存储单元就是1byte=8bit

（3）1KB的存储器可以存储 8192（2^13） 个bit， 1024个Byte。

（4）1GB是 1073741824 （2^30） 个Byte、1MB是 1048576（2^20） 个Byte、1KB是 1024（2^10）个Byte。

（5）8080、8088、80296、80386的地址总线宽度分别为16根、20根、24根、32根，则它们的寻址能力分别为: 64 （KB）、 1 （MB）、 16 （MB）、 4 （GB）。

一根就代表可以传一位二进制数据，16根就是16位，2^16=64*1024及64kb

（6）8080、8088、8086、80286、80386的数据总线宽度分别为8根、8根、16根、16根、32根。则它们一次可以传送的数据为: 1 （B）、 1 （B）、 2 （B）、 2 （B）、 4 （B）。

8 根数据总线一次可传送一个8 位二进制数据,（即一个字节1b）

（7）从内存中读取1024字节的数据，8086至少要读 512 次，80386至少要读 256 次。

（8）在存储器中，数据和程序以 二进制 形式存放。

二、寄存器(CPU工作原理)

一个典型的CPU由运算器、控制器、寄存器(CPU工作原理）等器件构成，这些器件靠内部总线相连。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。

不同的CPU,寄存器的个数、结构是不相同的。8086CPU有14个寄存器，每个寄存器有一个名称。这些寄存器是： AX、BX、EX、DX、SI、DI、SP、BP、IP、CS、SS、DS、ES、PSW。

1.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、EX、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。

8086CPU 的上一代CPU中的寄存器都是8位的，为了保证兼容，使原来基于上代CPU编写的程序稍加修改就可以运行在8086 之上， 8086CPU的AX、BX、EX、DX这4个寄存器都可分为两个可独立使用的8位寄存器来用：

AX 可分为AH 和AL;BX 可分为BH 和BL;EX 可分为CH 和CL;DX 可分为DH 和DL。

AX 的低8 位(0 位～7 位）构成了AL 寄存器，高8 位(8 位～15 位）构成了AH 寄存器。AH 和AL 寄存器是可以独立使用的8 位寄存器。

一个16位寄存器所能存储的数据的最大值为多少？——2^16-1

一个8位寄存器所能存储的数据的最大值为多少？——2^8-1

2.字在寄存器中的存储

出千对兼容性的考虑， 8086CPU 可以一次性处理以下两种尺寸的数据。
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，这两个字节分别称为这个字的高位字节和低位字节。

一个字型数据20000, 存在AX寄存器中，在AH中存储了它的高8位，在AL中存储了它的低8位。AH和AL中的数据，既可以看成是一个字型数据的高8 位和低8 位，这个字型数据的大小是20000; 又可以看成是两个独立的字节型数据，它们的大小分别是78 和32。

3.几条汇编指令

汇编语言不区分大小写

解题1：

程序段中的最后一条指令add ax,bx, 在执行前ax和bx中的数据都为8226H, 相加后所得的值为： 1 044CH, 但是ax为16位寄存器，只能存放4位十六进制的数据，所以最高位的1不能在ax中保存，ax中的数据为：044CH。

解题2：

其中al就是低位(后两位)，ah就是高位(前两位)

程序段中的最后一条指令add al,93H, 在执行前，al中的数据为C5H, 相加后所得的值为：158H, 但是al为8位寄存器，只能存放两位十六进制的数据，所以最高位的l丢失， ax中的数据为：0058H。

注：这里的丢失，指的是进位值不能在8位寄存器中保存，但是CPU并不真的丢弃这个进位值，我们以后会详细讨论

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，反面教材：

错误的原因都是指令的两个操作对象的位数不一致

4.习题1~3

写出每条汇编指令执行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

只能使用目前学过的汇编指令，最多使用4条指令，编程计算2的4次方。

mov  ax,2         AX=2 
add  ax,ax        AX=4 
add  ax,ax        AX=8 
add  ax,ax        AX=16

5.物理地址和16位CPU

我们知道，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，我们见这个唯一的地址成为物理地址。

CPU通过地址总线送入存储器的，必须是一个内存单元的物理地址。先要在内部生成这个物理地址。

6.8086CPU给出物理地址的方法

8086CPU 相关部件的逻辑结构图：

当8086CPU 要读写内存时：

(l) CPU 中的相关部件提供两个16 位的地址，一个称为段地址，另一个称为偏移地址；
(2)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；
(3) 地址加法器将两个16 位地址合成为一个20 位的物理地址；
(4) 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；
(5) 输入输出控制电路将20 位物理地址送上地址总线；
(6) 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x16＋偏移地址 的方法用段地址和偏移地址合成物理地址。

“段地址xl6” 有一个更为常用的说法是左移4 位。计算机中的所有信息都是以二进制的形式存储的，段地址当然也不例外。机器只能处理二进制信息， “左移4位” 中的位，指的是二进制位。

(1) 一个数据的二进制形式左移1 位，相当千该数据乘以2:
(2) 一个数据的二进制形式左移N 位，相当于该数据乘以2 的N 次方；
(3) 地址加法器如何完成段地址xl6 的运算？就是将以二进制形式存放的段地址左移4 位。

一个数据的十六进制形式左移1 位，相当于乘以16; 一个数据的十进制形式左移1 位，相当千于乘以10; 一个x 进制的数据左移1位，相当于乘以X 。

＂段地址xl6＋偏移地址＝物理地址” 的本质含义是： CPU 在访问内存时，用一个基础地址（段地址xl6)和一个相对千基础地址的偏移地址相加，给出内存单元的物理地址。

7.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作一个段，用段地址xl6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。有两点需要注意：段地址*16必然是16的倍数，所以一个段的起始地址也一定是16的倍数；偏移地址为16位，16位地址的寻址能力为64KB,所以一个段的长度最大为64KB

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移位相加的方法形成最终的物理地址。

结论：CPU可以用不同的段地址和偏移地址形成同一个物理地址

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如果给定一个段地址，仅通过变化偏移地址来进行寻址，最多可定位多少个内存单元？

结论：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。比如给定段地址1000H, 用偏移地址寻址，CPU的寻址范围为：lOOOOH-lFFFFH。

“ 数据在21F60H内存单元中。” 这句话对于8086PC机一般不这样讲，取而代之的是两种类似的说法： 1、数据存在内存2000:1F60单元中；2、数据存在内存的2000H段中的1F60H单元中。这两种描述都表示“ 数据在内存21F60H单元中” 。

8.习题5~7

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 0010H 到 1000FH 。

解题过程：

物理地址＝SA*16+EA

EA的变化范围为0h~ffffh 物理地址范围为(SA16+0h)~(SA16+ffffh)

现在SA=0001h,那么寻址范围为 (0001h16+0h)~(0001h16+ffffh) =0010h~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 。

物理地址＝SA*16+EA

20000h＝SA*16+EA SA=(20000h-EA)/16=2000h-EA/16

EA取最大值时,SA=2000h-ffffh/16=1001h,SA为最小值

EA取最小值时,SA=2000h-0h/16=2000h,SA为最大值

9.段寄存器

我们前面讲到， 8086CPU 在访问内存时要由相关部件提供内存单元的段地址和偏移地址，送入地址加法器合成物理地址。这里，需要看一下，是什么部件提供段地址。段地址在8086CPU 的段寄存器中存放。8086CPU有4 个段寄存器： CS、DS、SS、ES。当8086CPU要访问内存时由这4个段寄存器提供内存单元的段地址。

10.CS和IP

CS 和IP是8086CPU中两个最关键的寄存器，它们指示了CPU当前要读取指令的地址。CS 为代码段寄存器，IP为指令指针寄存器。

在8086PC 机中，任意时刻，设CS 中的内容为M, IP中的内容为N, 8086CPU将从内存Mx16+N单元开始，读取一条指令并执行。也可以这样表述：8086机中，任意时刻， CPU将CS:IP指向的内容当作指令执行。

8086CPU 的工作过程可以简要描述如下：

(1) 从CS:IP 指向的内存单元读取指令，读取的指令进入指令缓冲器；
(2) IP=IP＋所读取指令的长度，从而指向下一条指令；
(3) 执行指令。转到步骤(1)，重复这个过程。

在8086CPU 加电启动或复位后（即CPU 刚开始工作时）CS 和lP 被设置为CS=FFFFH, IP= OOOOH, 即在8086PC 机刚启动时， CPU 从内存FFFFOH 单元中读取指令执行， FFFFOH 单元中的指令是8086PC 机开机后执行的第一条指令。

问：CPU根据什么将内存中的信息看作指令？

答：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 中的内容当作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。

11.修改CS、IP的指令

在CPU 中，程序员能够用指令读写的部件只有寄存器，程序员可以通过改变寄存器中的内容实现对CPU 的控制。CPU 从何处执行指令是由CS 、IP 中的内容决定的，程序员可以通过改变CS 、IP 中的内容来控制CPU 执行目标指令。

8086CPU 为CS 、IP 提供了另外的指令来改变它们的值。能够改变CS 、IP 的内容的指令被统称为转移指令。我们现在介绍一个最简单的可以修改CS 、IP 的指令： jmp指令。

(1)若想同时修改CS 、IP 的内容，可用形如“jmp段地址：偏移地址” 的指令完成，如

jmp 2AE3:3, 执行后： CS=2AE3H, IP =0003H, CPU 将从2AE33H 处读取指令。
jmp 3:0B16, 执行后： CS=0003H, lP=OB16H, CPU 将从00B46H 处读取指令。

“jmp 段地址：偏移地址” 指令的功能为：用指令中给出的段地址修改cs, 偏移地址修改IP。

jmp 3:0186 在含义上好似mov CS,3 mov IP,O1B6。

(2)若想仅修改1P 的内容，可用形如“jmp 某一合法寄存器” 的指令完成，如

jmp ax, 指令执行前： ax=1OOOH, CS=2000H, IP=0003H 指令执行后： ax=1OOOH, CS=2000H, IP=1OOOH

“jmp 某一合法寄存器” 指令的功能为：用寄存器中的值修改IP。jmp ax, 在含义上好似： mov IP,ax。

12.代码段

前面讲过，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。我们可以将长度为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，我们可以认为，这段内存是用来存放代码的，从而定义了一个代码段。

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

将一段内存当作代码段，仅仅是我们在编程时的一种安排， CPU 并不会由于这种安排，就自动地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。所以，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。我们将一段代码存放在123BOH~123B9H 内存单元中，将其定义为代码段，如果要让这段代码得到执行，可设CS=123BH、IP=OOOOH。