汇编入门

一、基础知识

（ 1 ）机器语言

机器语言是机器指令的集合。电子计算机的机器指令是一系列二进制数字。计算机将之转换为一系列高低电平脉冲信号来驱动硬件工作的。

（2）汇编语言的产生

我们知道机器只能看懂机器语言，也就是0和1。实际上0和1只是我们规定的数字，机器其实连0和1也看不懂，这里的0和1实际上是指两种不同的电压状态，计算机是用电的，它能理解的就是电压的变化，所以我们通过不同的电压驱动计算机运算，来完成我们所需要的任务。

在早期，人们通过纸带来编程，打孔的地方表示1， 不 打孔的地方表示0，然后将纸带输入计算机中。这种方式不但费时费力，而且不同发现错误。

例如下面的程序:

-

Java 代码

1	101110000000000000000011
2	000001010000000000110000

3	001011010000000000000101

这是8086CPU完成运算s=768+12288-1280的程序，如果这个程序中错误的将一个0写成了1，试想要想发现这个错误是多么的困难。

为了方便人们编写程序，并且避免01代码容易出错的问题，人们发明了汇编语言。

例如：机器指令1000100111011000表示把寄存器BX的内容送到AX中。汇编指令则写成 mov ax,bx 。这样的写法与人类语言接近，便于阅读和记忆。

（3）汇编语言的组成

汇编指令 ( 机器码的助记符，有对应的机器码 ) ；

伪指令 ( 由编译器执行 ) 和 其他符号 ( 由编译器识别 ) 。

（4） 存储器

CPU工作需要指令和数据，指令和数据存储在存储器中。

（5）指令和数据

在内存或者磁盘中存储的都是为二进制信息， 指令和数据由我们设定(走的总线) 。

（6） 存储单元

• 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。

• B、KB、MB、GB、TB等单位。

（7）CPU对存储器的读写

我们知道数据和指令是放在内存中的，CPU通过总线对存储器进行访问，但实际上总线是分为三部分的，即地址线，控制线和数据线。地址线表示CPU要对内存中的哪个地址进行操作，所以地址线的条数决定了CPU能够访问的内存范围，因为一根线上最多只能有两种不同的状态即0和1，所以10根地址线能够访问的存储单元的个数就是2^10个。

地址 线仅仅 是送出了要操作的地址，但是并没有声明要进行什么操作，所以控制线就是来决定对存储单元的操作的。所以说控制线的条数决定了CPU能够执行的操作的种类。

数据线是用来在CPU和内存之间进行数据传送的，所以数据线的条数决定了一次最多传送的数据的数量，例如8根数据线一次就能传送8个bit即一个字节。


上图展示了CPU从3号内存单元中读取数据的过程。首先CPU利用数据线送出地址3，然后通过控制线发送读命令，然后内存将结果通过数据线返回给CPU。

（8） 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了这个CPU的内存地址空间。当然这里所说的内存并不单单是内存条中的内存，还包括其他各种外设中的RAM和ROM。例如，显卡也有自己的内存，用来存储在显示屏上显示的内容，另外显卡BIOS ROM也被 当做 是内存空间中的一部分，此外还有网卡的BIOS ROM和系统BIOS ROM地址空间等。

因此我们在基于一个计算机硬件系统编程时，必须要知道这个系统中的内存地址空间分配情况。应为当我们想在某类存储器中读写数据的时候，必须知道它的第一个单元地址和最后一个单元地址，才能保证读写操作是在预期的存储器中进行的。比如，我们希望在显示器上输出一段信息，那么必须将这段信息写到显存中，显卡才能将它输出到显示器上，要想向显存中写入数据，必须知道 显存在 地址空间中的地址。



上图展示了8086PC机内存地址空间分配的基本情况。从地址0~9FFFF的内存单元中读取数据，实际上就是在 读取住 随机存储器中的数据；向地址A0000~BFFFF的内存单元中写数据，就是向显示器中写入数据，这些数据 会被显卡 显示到显示器上；我们向C0000~FFFFFF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。

小结：

1、汇编指令时机器指令的助记符，与机器指令一一对应。
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都是二进制信息。
5、存储单元从0开始顺序编号。
6、一个存储单元可以存储8个bit。
7、B、KB、MB、GB等单位之间的转换。
8、CPU管脚和总线相连。总线的宽度表示CPU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与其他器件进行一次数据传送的量；
（3）控制总线宽度决定了CPU对系统中其他器件的控制。

二、寄存器(CPU的工作原理)

CPU由运算器、控制器、寄存器 等器件组成，靠内部总线相连。
内部总线实现CPU内部各器件之间的联系；外部总线实现CPU和主板上其他器件的联系。
在CPU中：
（1）运算器进行信息处理；
（2）寄存器进行信息存储；
（3）控制器控制各种器件进行工作；
（4）内部总线连接各种器件在它们之间进行数据的传送。

1、 通用寄存器

8086有14个寄存器：
AX、BX、CX、DX、SI、DI、SP、BP、IP、CS、SS、CS、ES、PSW。
AX、BX、CX、DX通常用来存放一般性数据，被称为通用寄存器。
16位寄存器所能存储的数据最大值为2^16-1 。
为保证兼容性，8086 CPU的通用寄存器可以分为两个独立的8位寄存器使用。例： AX可分为AH和AL。

2、 字在寄存器中的存储

（1）8086 CPU所有的寄存器是16位，可以存放2个字节(一个字)

（2） 一 字节由8 bit 组成，可以存在8位寄存器中

（3）字(word)是两字节，16位。

3、几条汇编指令

汇编指令对大小写不敏感

4、 物理地址

• 所有的内存单元构成一个一维的线性存储空间。

• CPU访问内存单元时要给出内存单元的唯一地址就是物理地址。

5、16位结构的CPU

• 运算器一次最多可以处理16位数据。

• 寄存器的最大宽度为16位。

• 寄存器和运算器之间的通路是16位。

6、 8086 CPU给出物理地址的方法

• 8086有20位的地址总线，可以传送20位地址，寻址能力为1M；但8086内部为16位结构，只能传送16位的地址。

• 8086CPU采用一种在内部用两个16位地址合成的方法来形成一个20位的物理地址。

8086CPU读写内存的步骤：
（1）CPU中的相关部件提供段子和偏移地址这两个16位的地址；
（2）段地址和偏移地址通过内部总线送入到一个称为地址加法器的部件；
（3）地址加法器将两个16位地址合并成一个20位的地址；
（4）地址加法器通过内部总线将20位物理地址 送 送入输入输出地址；
（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。
地址加法器工作原理：物理地址=段地址*16+偏移地址。

 段地址*16就是数据左移4位(二进制)

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。一个数据X进制形式左移N位，相当乘以N^X。

7、段地址*16+偏移地址=物理地址

CPU可以通过不同的段地址和偏移地址形成一个相同的物理地址。

8、段的概念

人为定义的，将若干地址连续的内存单元看作一个段。用段地址*16定位段的起始地址(基址)，用偏移地址定位段中的内存单元。 

一个段的起始地址是16的倍数。偏移地址为16位，寻址能力为64K，所以段的最大长度也是64K

三、寄存器(内存访问)

1、 mov 、add、sub指令

• 有两个操作对象， jmp 只有一个操作对象。

• 使用 汇编金 手指查阅指令

• mov 指令的几种形式

-

Java 代码

1	<span style="font-family: 微软雅黑 , 宋体, arial ;"> mov 寄存器,数据;             mov ax,8
2	mov 寄存器,寄存器;          mov ax,bx

3	mov 寄存器,内存单元;      mov ax,[0]
4	mov 内存单元,寄存器;      mov [0],ax

5	mov 段寄存器,寄存器;      mov ds,ax
6	mov 寄存器,段寄存器;      mov ax,ds </span>

• add指令的几种形式

-

Java 代码

1	<span style="font-family: 微软雅黑 , 宋体, arial ;">add 通用寄存器,数据
2	add 通用寄存器,通用寄存器

3	add 通用寄存器,内存单元
4	add 内存单元,寄存器</span>

• sub指令的几种形式

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Java 代码

1	<span style="font-family: 微软雅黑 , 宋体, arial ;">sub 通用寄存器,数据
2	sub 通用寄存器,通用寄存器

3	sub 通用寄存器,内存单元
4	sub 内存单元,通用寄存器  </span>

2、 栈

• 具有特殊的访问方式的存储空间，也是内存空间的一部分，数据 先进后出。

• 有两个基本操作: 

o 入 栈 ：将一个新的元素放到 栈 顶；

o 出 栈 ：从 栈 顶取出一个元素。

• 栈 顶元素最后入 栈 最先出 栈 。

3、8086 CPU提供的 栈 机制

现今的CPU都有 栈 的设计，基于8086CPU编程可以将一段内存当作 栈 来使用。
8086CPU的入 栈 (PUSH)和POP(出 栈 )，以字为单位。
push ax 将寄存器ax中的数据送入 栈
pop ax 从 栈 顶取出数据送入ax
段寄存器SS存放 栈 顶的段地址，寄存器SP存放 栈 顶的偏移地址。任意时刻SS:SP指向 栈 顶元素。push时SP先自减法后写内存，pop先读内存 sp 后自加。
pop之后数据还是存在内存中，push时覆盖。 

CS和IP存放当前指令的段地址和偏移地址。

4、 栈 顶越界的问题

• 栈 是空的，则SP指向 栈 底+1的内存。

• 8086 CPU只纪录 栈 顶， 栈 空间由自己控制。 栈 顶越界问题导致溢出漏洞。

• 8086CPU只考虑当前的情况： 

o 当前 栈 顶在何处；

o 当前要执行的指令时哪一条。