彙編語言閱讀筆記【基礎知識】

1、參考

彙編語言-王爽

2、概要

彙編語言是和具體的微處理器相聯繫的，每一種微處理器的彙編語言都不同，只能經過一種經常使用的、結構簡潔的微處理器的彙編語言進行學習，從而達到學習彙編語言的兩個根本目的：
（1）充分得到底層編程的體驗
（2）深入理解機器運行程序的機理

使用的以8086CPU爲中央處理器的PC機進行學習，由於：經常使用並且結構簡潔

3、基本知識

彙編語言的主體是彙編指令，彙編指令和機器指令的差異在於指令的表示方法上，彙編指令是機器指令便於記憶的書寫格式。

寄存器，簡單講是CPU中能夠存儲數據的器件，一個CPU中包含多個寄存器

計算機如何執行程序員用匯編指令編寫的程序呢？
（1）程序員用匯編語言寫出源程序；
（2）使用匯編編譯器將源程序編譯爲機器碼
（3）計算機執行機器碼

3.1 彙編語言的組成

彙編語言由三種指令組成：

1. 彙編指令：機器碼的助記符，有對應的機器碼；
2. 僞指令：沒有對應的機器碼，由編譯器執行，計算機並不執行；
3. 其餘符號，例如：+，-，*，/ 等，由編譯器識別，沒有對應的機器碼

3.2 指令和數據

CPU是計算機的核心部件，控制着整個計算機的運做、進行計算，CPU工做須要提供指令和數據（指令和數據保存在內存中，CPU能夠讀取和寫入）

指令和數據是應用上的概念，在內存和磁盤中，指令和數據沒有任何區別（都是二進制信息），CPU根據不一樣需求，把二進制信息解析爲指令和數據，賦予其不一樣意義。

內存被劃分爲若干個存儲單元，一個存儲單元能夠存儲一個Byte（字節）

CPU要想進行數據的讀寫，須要和外部器件（芯片）進行3類信息的交互：

（1）存儲單元的地址（地址信息）；
（2）芯片的選擇，讀或者寫的命令（控制信息）；
（3）讀或者寫的數據（數據信息）

計算機CPU和其餘芯片鏈接的導線稱爲總線（一根根導線的集合），根據傳送信息的不一樣，總線從邏輯上分爲3類：地址總線、控制總線、數據總線

地址總線：經過地址總線來指定存儲器單元
數據總線：CPU與內存或者其餘器件之間的數據傳送是經過數據總線進行的
控制總線：對外部器件的控制是經過控制總線進行的

CPU從3號單元讀取數據過程？

（1）CPU經過地址總線將地址信息（3單元）發出；
（2）CPU經過控制線發出內存讀命令，選中存儲器芯片，通知它，從中讀取數據；
（3）存儲器將（3單元）數據（8）經過數據線送入CPU中

CPU向3號單元寫入數據過程？

（1）CPU經過地址線將地址信息（單元3）發出；
（2）CPU經過控制線發出內存寫入命令，選中存儲器芯片，通知它，向其中寫入數據；
（3）CPU經過數據線將數據（26）寫入到內存的3單元中

一個CPU若是有n根地址線，則這個CPU的地址總線寬度爲n，最多能夠尋找2的n次方的內存單元（即2**n Byte)

數據總線的寬度決定了CPU和外界的數據傳送速度，8根數據總線一次能夠傳送一個8位二進制數據（1Byte），16根數據總線一次能夠傳送兩個字節（2Byte）

控制總線的寬度決定了CPU對外部器件的控制能力
內存讀或者寫命令是由幾根控制線綜合發出的，其中一根稱爲「讀信號輸出」的控制線負責由CPU向外傳送讀信號，CPU向該控制線上輸出低電平表示將要讀取數據；
有一根稱爲「寫信號輸出」的控制線負責傳送寫信號。

3.3 硬件描述

主板：每一個PC機中，都有一個主板，主板上有核心器件和一些主要器件，經過總線（3種）相鏈接，這些器件有CPU，存儲器，外圍芯片組，擴展插槽等等，擴展插槽中通常插有RAM內存條和各種接口卡

接口卡：直接控制外部設備（顯示器、音箱、打印機等）進行工做的是插在擴展插槽上的接口卡，CPU經過控制接口卡，實現CPU對外設的間接控制，即CPU經過總線向接口卡發送命令，接口卡根據CPU的命令控制外設進行工做。

存儲器芯片：一個PC機中，裝有多個存儲器芯片，從物理鏈接上，這些芯片是獨立的，不一樣的器件。從讀寫屬性，能夠分爲RAM（隨機存儲器）和ROM（只讀存儲器），從功能和鏈接上能夠分爲：
（1）隨機存儲器：存放CPU使用的絕大部分程序和數據，主隨機存儲器通常由兩個位置上的RAM組成，裝在主板上的RAM和插在擴展插槽上的RAM
（2）裝有BIOS （basic input/output system）的ROM
BIOS是由主板和各種接口卡（顯卡、網卡等）廠商提供的軟件系統，能夠經過它利用該硬件設備進行最基本的輸入輸出。
主板和某些接口卡上插有存儲對應的BIOS的ROM，例如：主板上的ROM中保存着主板的BIOS（系統BIOS），顯卡ROM上存儲着顯卡的BIOS，網卡ROM（若是安裝）存儲着網卡的BIOS

（3）接口卡的RAM，某些接口卡須要對大批量的輸入、輸出數據進行暫時存儲，在其上裝有RAM，最典型的是顯示卡上的RAM，通常稱爲顯存，顯示卡隨時將顯存中的數據向顯示器上輸出

3.4 內存地址空間

各類存儲器是獨立的器件，可是：
（1）都與CPU的總線相連；
（2）CPU對其進行讀或者寫都經過控制總線發出內存讀寫命令
CPU在操控這些存儲器時候，都把它們看成內存對待，當作是一個由若干個存儲單元組成的邏輯存儲器，即稱爲內存地址空間

每一個物理存儲器在這個邏輯存儲器中佔有一個地址段（一段地址空間），CPU在這段地址空間中讀寫數據，實際上就是在相對應的物理存儲器中讀寫數據。

內存地址空間的大小受CPU地址總線寬度的限制，

8086CPU地址總線寬度是20，即擁有2**20 1M的內存地址空間
80386CPU地址總線寬度是32,即擁有2**32 4G的內存地址空間

由圖可得，在8086PC機器中，
最初的640KB內存中讀取數據，實際上就是在讀取主隨機存儲器中的數據，
向隨後的128KB內存中寫入數據，就是向顯存中寫入數據，這些數據會被顯示卡輸出到顯示器上；向最後的256KB內存中寫入數據的操做是無效的，由於這等於要修改只讀存儲器的內容。

最終運行程序的是CPU，對於CPU來講，系統的全部存儲器的存儲單元都處於一個統一的邏輯存儲器中，其容量受到CPU尋址能力的限制，這個統一的邏輯存儲器，稱爲內存地址空間。

4、寄存器

一個典型的CPU由運算器、控制器、寄存器等器件構成，這些器件使用內部總線鏈接。
運算器：進行信息處理
寄存器：進行信息存儲
控制器：控制各類器件進行工做；

對於程序員，CPU的主要部件是寄存器，寄存器是CPU中程序員能夠用指令讀寫的部件，程序員經過改變各類寄存器中的內容實現對CPU的控制

4.1 通用寄存器

8086CPU的全部寄存器都是16位的，能夠存放兩個字節，AX BX CX DX這4個寄存器一般用來存放通常性的數據，稱爲通用寄存器

爲了保持兼容，8086CPU的4個通用寄存器能夠獨立使用8個8位寄存器表示

AX分爲AH AL
BX分爲BH BL
CX分爲CH CL
DX分爲DH DL
其中，AX的低8位構成了AL寄存器，高8位構成了AH寄存器

出於對兼容性的考慮，8086CPU能夠一次性處理兩種尺寸的數據
（1）字節，byte， 8bit, 保存在8位寄存器中
（2）字，word, 16bit, 保存爲2個字節，稱爲高位字節、低位字節

4.2 段寄存器CS

CS和IP是8086CPU中兩個最關鍵的寄存器，指示了CPU當前要讀取指令的地址，CS爲代碼段寄存器，IP爲指令指針寄存器，假設：任意時刻，CS中的內容爲M，IP中的內容是N,則CPU將從內存M*16 +N單元開始，讀取一條指令而且執行

在任意時刻，CPU將CS:IP指向的內容看成指令執行，工做過程簡單描述以下：
（1）從CS:IP指向的內存單元讀取指令，讀取的指令進入指令緩衝器；
（2）IP=IP+所讀取指令的長度，從而指向下一條指令；
（3）執行指令，轉到（1）重複

在8086CPU加電或者復位後（即CPU剛開始工做時候）CS和IP被設置爲CS=FFFFH, IP=0000H,即在機器剛剛啓動時候，CPU從內存FFFF0H單元中讀取指令執行，該指令爲開機後執行的第一條指令。

問：第三章中說到，在內存中，指令和數據沒有任何區別，都是二進制信息，CPU在工做時候如何判斷指令和數據呢？
答：CPU將CS:IP指向的內存單元中的內容看成指令，由於，在任什麼時候候，CS:IP中的內容看成指令的段地址和偏移地址，用它們合成指令的物理地址，到內存中讀取指令碼，執行。若是，內存中的一段信息被CPU執行過，則其所在的內存單元必然被CS:IP指向過。

問：如何修改CS，IP指令的值？
答：可以修改CS，IP的內容的指令被統稱爲轉移指令，例如：jmp指令

形式以下：
（1）jmp 段地址:偏移地址
用指令中給出的段地址修改CS，偏移地址修改IP

jmp 2AE3:3 執行後，CS=2AE3H, IP=0003H, CPU從2AE33H處讀取指令；
jmp 3:0B16 執行後，CS=0003H, IP=0B16H, CPU從00B46H處讀取指令

（2）jmp 某個合法寄存器
用寄存器中的值修改IP
jmp ax, 相似於 mov IP, ax 將ax寄存器中的值賦予IP

4.3 代碼段

對於8086PC機，能夠根據須要，將一組內存單元定義爲一個段，段的長度小於等於64KB, 存在一組地址連續、起始地址爲16的倍數的內存單元中

問：如何使得代碼段中的指令被執行呢？
答：將一段內存看成代碼段，僅僅是編程時候的一種方法，CPU只會認爲CS:IP指向所定義的內容爲指令，因此，若是讓CPU執行放在代碼段中的指令，須要將CS:IP指向所定義的代碼段中的第一條指令的首地址。

4.4 段寄存器DS

4.5 段寄存器SS