[汇编]《汇编语言》第1章基础知识

Posted 2021-08-08 若水三千

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王爽《汇编语言》第四版超级笔记

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王爽《汇编语言》第四版超级笔记
- 第1章基础知识

第1章基础知识

1.1 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，计算机的机器指令是一列二进制数字。

现在，在我们常用的PC机中，有一个芯片来完成计算机执行机器指令、进行运算功能。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。

以后我们提到的计算机是指由CPU和其他受CPU直接或间接控制的芯片、器件、设备组成的计算机系统，比如我们最常见的PC机。

每一种微处理器都有自己的机器指令集，也就是机器语言。

早期的程序设计均使用机器语言。程序员们将用0、1数字编成的程序代码打在纸带或卡片上，1打孔，0不打孔，再将程序通过纸带机或卡片机输入计算机，进行运算。

应用8086CPU完成运算s=768+12288-1280,机器码如下：

101110000000000000000011

000001010000000000110000

001011010000000000000101

在显示器上输岀“welcome to masm”，机器码如下：

0001111010111000
0000000000000000
0101000010111000
1100011000001111
1000111011011000
1011010000000110
1011000000000000
1011011100000111
1011100100000000
0000000010110110
0001100010110010
0100111111001101
0001000010110100
0000001010110111
0000000010110110
0000000010110010
0000000011001101
0001000010110100
0000100110001101
0001011000101010
0000000011001101
0010000110110100
0000101010001101
0001011000110001
0000000011001101
0010000110110100
0000011010110000
0001010010110111
0001100110110101
0000101110110001
0001001110110110
0000110110110010
0011110011001101
0001000010110100
0000001010110111
0000000010110000
0000110010110010
0001010011001101
0001000010110100
0000100110001101
0001011000000000
0000000011001101
0010000111001011

1.2 汇编语言的产生与组成

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。

操作：将寄存器BX的内容送到AX中
机器指令：1000100111011000
汇编指令：mov ax,bx

(寄存器，简单地讲是CPU中可以存储数据的器件，一个CPU中有多个寄存器。AX是其中一个寄存器的代号，BX是另一个寄存器的代号。)

计算机如何执行程序员用汇编指令编写的程序呢？

汇编语言有以下3类指令组成

汇编指令：机器码的助记符，有对应的机器码。
伪指令：没有对应的机器码，由编译器执行，计算机并不执行。
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。

1.3 存储器、指令、数据、存储单元

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。

要灵活地利用汇编语言编程，我们首先要了解CPU是如何从内存中读取信息，以及向内存中写入信息的。

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1000100111011000,计算机可以把它看作大小为89D8H的数据来处理，也可以将其看作指令mov ax,bx来执行。

注：89D8H 中的H是十六进制的标识Hex

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

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。

例如一个存储器有128个存储单元，编号从0〜127,如图1.2所示。

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。

1Byte = 8 bit

对于大容量的存储器一般还用以下单位来计量容量（以下用B来代表Byte）：

1KB=1O24B 1MB=1O24KB 1GB = 1024MB 1TB = 1024GB 1PB = 1024TB

磁盘的容量单位同内存的一样，实际上以上单位是微机中常用的计量单位。

1.4 CPU对存储器的读写

存储器被划分成多个存储单元，存储单元从零开始顺序编号。

这些编号可以看作存储单元在存储器中的地址。

CPU要从内存中读数据，首先要指定存储单元的地址。

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？

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。

CPU从3号单元中读取数据的过程（见图1.3）如下。

（1）CPU通过地址线将地址信息3发出。

（2）CPU通过控制线发出内存读命令，选中存储器芯片，并通知它，将要从中读取数据。

（3）存储器将3号单元中的数据8通过数据线送入CPU。

写操作与读操作的步骤相似，如向3号单元写入数据26。

（1）CPU通过地址线将地址信息3发出。

（2）CPU通过控制线发出内存写命令，选中存储器芯片，并通知它，要向其中写入数据。

（3）CPU通过数据线将数据26送入内存的3号单元中。

如何命令计算机进行数据的读写呢？

对于8086CPU,下面的机器码，能够完成从3号单元读数据。

机器码：101000010000001100000000
含义：从3号单元读取数据送入寄存器AX

CPU接收这条机器码后将完成我们上面所述的读写工作。

机器码难于记忆，用汇编指令来表示，情况如下。

机器码：101000010000001100000000
对应的汇编指令：MOV AX,[3]
含义：传送3号单元的内容入AX

1.5 CPU的三大总线

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。

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。

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。

8088CPU的数据总线宽度为8, 8086CPU的数据总线宽度为16。

8086有16根数据线，可一次传送16位数据，所以可一次传送数据89D8H；而8088只有8根数据线，一次只能传8位数据，所以向内存写入数据89D8H时需要进行两次数据传送。

CPU对外部器件的控制是通过控制总线来进行的。

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。

前面所讲的内存读或写命令是由几根控制线综合发出的，其中有一根称为“读信号输出”的控制线负责由CPU向外传送读信号，CPU向该控制线上输出低电平表示将要读取数据；有一根称为“写信号输出”的控制线则负责传送写信号。

1.1～1.5 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=1024B 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。

1.6 内存地址空间

什么是内存地址空间呢？

举例来讲，一个CPU的地址总线宽度为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。

下面进行深入讨论。首先需要介绍两部分基本知识，主板和接口卡。

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。

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。

接口卡

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。

存储器芯片

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。

这些存储器从功能和连接上又可分为以下几类。

随机存储器
用于存放供CPU使用的绝大部分程序和数据，主随机存储器一般由两个位置上的RAM组成，装在主板上的RAM和插在扩展插槽上的RAM。
装有 Bios（Basic Input/Output System,基本输入/输出系统）的ROM
BIOS是由主板和各类接口卡（如显卡、网卡等）厂商提供的软件系统，可以通过它利用该硬件设备进行最基本的输入输岀。在主板和某些接口卡上插有存储相应BIOS的ROM。例如，主板上的ROM中存储着主板的BIOS（通常称为系统BIOS）；显卡上的ROM中存储着显卡的BIOS；如果网卡上装有ROM,那其中就可以存储网卡的BIOS。
接口卡上的RAM
某些接口卡需要对大批量输入、输出数据进行暂时存储，在其上装有RAM，最典型的是显示卡上的RAM, 一般称为显存。显示卡随时将显存中的数据向显示器上输出。换句话说，我们将需要显示的内容写入显存，就会出现在显示器上。

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岀内存读写命令。

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。

在图1.8中，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，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。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。

内存地址空间的大小受CPU地址总线宽度的限制。

8086CPU的地址总线宽度为20, 可以传送2^{20个不同的地址信息（大小从0至2}20—1）。即可以定位2^20个内存单元，则8086PC的内存地址空间大小为1MB。同理，80386CPU的地址总线宽度为32,则内存地址空间最大为4GB。

不同的计算机系统的内存地址空间的分配情况是不同的，图1.9展示了8086PC机内存地址空间分配的基本情况。

图1.9告诉我们，从地址0〜9FFFF的内存单元中读取数据，实际上就是在读取主随机存储器中的数据；向地址AOOOO-BFFFF的内存单元中写数据，就是向显存中写入数据，这些数据会被显示卡输出到显示器上；我们向地址C0000〜FFFFF的内存单元中写入数据的操作是无效的，因为这等于改写只读存储器中的内容。