汇编语言访问寄存器和内存篇---02
汇编语言访问寄存器和内存篇---02[*]CPU的组成
[*]
[*]寄存器是CPU内部的信息存储单元
[*]通用寄存器——以AX为例
[*]横看成岭侧成峰
[*]“字”在寄存器中的存储
[*]mov和add指令
[*]确定物理地址的方法
[*]
[*]物理地址
[*]8086CPU给出物理地址的方法
[*]“段地址×16+偏移地址=物理地址”的本质含义
[*]内存的分段表示法
[*]
[*]用分段的方式管理内存
[*]同一段内存，多种分段方案
[*]用不同的段地址和偏移地址形成同一个物理地址
[*]Debug
[*]
[*]启动Debug
[*]用R命令查看、改变CPU寄存器的内容
[*]用D命令查看内存中的内容
[*]用E命令改变内存中的内容
[*]用U命令将内存中的机器指令翻译成汇编指令
[*]用A命令以汇编指令的格式在内存中写入机器指令
[*]用T命令执行机器指令
[*]用Q命令退出Debug
[*]CS、IP与代码段
[*]
[*]两个关键的寄存器
[*]jmp指令
[*]内存中字的存储
[*]
[*]字单元
[*]用DS和实现字的传送
[*]
[*]字的传送
[*]案例
[*]DS与数据段
[*]
[*]对内存单元中数据的访问
[*]将123B0H~123BAH的内存单元定义为数据段
[*]用mov指令操作数据
[*]加法add和减法sub指令
[*]用DS和形式访问内存中数据段方法小结
[*]栈及栈操作的实现
[*]
[*]栈结构
[*]例：设将10000H~1000FH内存当作栈来使用……
[*]栈的操作
[*]push 指令和pop指令的执行过程
[*]执行入栈(push)时，栈顶超出栈空间
[*]执行出栈(pop)时，栈顶超出栈空间
[*]栈顶超界问题的解决
[*]栈的小结
[*]关于“段”的总结
[*]
[*]综合示例：按要求设置段并执行代码
[*]综合示例：三个段地址可以一样滴！
本系列文章参考汇编语言第四版和汇编语言程序设计 贺利坚主讲整理而成
CPU的组成
[*] 运算器进行信息处理；
[*] 寄存器进行信息存储；
[*] 控制器协调各种器件进行工作；
[*] 内部总线实现CPU内 各个器件之间的联系
https://img-blog.csdnimg.cn/69e83d38de5c411d94e75d4c69a1de6a.png
寄存器是CPU内部的信息存储单元
https://img-blog.csdnimg.cn/5e762a71a93147df83c5fc9e8d469515.png
8086CPU有14个寄存器：
[*] 通用寄存器：AX、BX、CX、DX
[*] 变址寄存器：SI、DI
[*] 指针寄存器：SP、BP
[*] 指令指针寄存器： IP
[*] 段寄存器：CS、SS、DS、ES
[*] 标志寄存器：PSW
共性; 8086CPU所有的寄存器都是16位的， 可以存放两个字节。
通用寄存器——以AX为例
一个16位寄存器存储一个16位的数据, 最大值？
[*] 2的16次方-1
https://img-blog.csdnimg.cn/86242c09509144cf8282218edf38b2bf.png
例：在AX中存储18D
[*] 18D — 12H — 10010B
https://img-blog.csdnimg.cn/ba4df84b02e04088a31d9e4328568340.png
再例：在AX中存储20000D
[*] 20000D — 4E20H — 0100111000100000B
https://img-blog.csdnimg.cn/1be222412ec8438e8e8b33e3f3c15cc9.png
横看成岭侧成峰
问题： 8086上一代CPU中的寄存器都是8位 的，如何保证程序的兼容性？
https://img-blog.csdnimg.cn/086b156440b043a1b82b77396fc9a043.png
方案: 通用寄存器均可以分为两个独立的 8位寄存器使用
https://img-blog.csdnimg.cn/a9ea2bdadd6c4e9a9d01489521f1b541.png
细化：
[*] AX可以分为AH和AL
[*] BX可以分为BH和BL
[*] CX可以分为CH和CL
[*] DX可以分为DH和DL
“字”在寄存器中的存储
8086是16位CPU
[*] 8086的字长(word size)为16bit
一个字(word)可以存在一个16位寄存器中
[*] 这个字的高位字节存在这个寄存器的高8位寄存器
[*] 这个字的低位字节存在这个寄存器的低8位寄存器
https://img-blog.csdnimg.cn/cb856c1de61a468ab0dcb3f7c4d58958.png
mov和add指令
https://img-blog.csdnimg.cn/7b5b5eaf2e98448bb5947006a8216ac9.png
注：汇编指令不区分大小写
确定物理地址的方法
物理地址
[*] 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，这个唯 一的地址称为物理地址。
事实
[*] 8086有20位地址总线，可传送20位地址，寻址能力 为1M。
[*] 8086是16位结构的CPU运算器一次最多可以处理16位的数据，寄存器 的最大宽度为16位。
[*] 在8086内部处理的、传输、暂存的地址也是16位，寻址能力也只有64KB！
问题：8086如何处理在寻址空间上的这个矛盾？！
https://img-blog.csdnimg.cn/57030b50c3dd4e9b868293e0ae5006a2.png
8086CPU给出物理地址的方法
8086CPU的解决方法
[*] 用两个16位地址(段地址、偏移地址) 合成一个20位的物理地址。
地址加法器合成物理地址的方法 ： 物理地址=段地址×16+偏移地址
段地址 * 16=基地址左移4个二进制位
https://img-blog.csdnimg.cn/faec57c01f6747059cb76454aab3f367.png
演示：物理地址=段地址×16+偏移地址
https://img-blog.csdnimg.cn/503ddab48c814a94b52dd7aac1d3f195.png
注意: 并不是一个物理地址就可以决定一个段地址，而是当我们给出一个段地址后，通过适当调整，即加上一个偏移地址，就可以得到一个物理地址，看下面的例子:
https://img-blog.csdnimg.cn/6767340e315b4de8a710cc4b6ab82303.png
“段地址×16+偏移地址=物理地址”的本质含义
要解决的问题 ： 用两个16位的地址（段地址、偏移地址）， 相加得到一个20位的物理地址
本质含义 : CPU在访问内存时，用一个基础地址（段 地址×16）和一个相对于基础地址的偏移 地址相加，给出内存单元的物理地址。
内存的分段表示法
用分段的方式管理内存
8086CPU用“（段地址×16）+偏移地址=物理地址”的方 式给出内存单元的物理地址。
内存并没有分段，段的划分来自于CPU！！！
https://img-blog.csdnimg.cn/29c9d59e750742a1ad62c2dc58173f36.png
同一段内存，多种分段方案
https://img-blog.csdnimg.cn/73bb3cf8f7ef4cf88083382a37e47ab4.png
（1）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
（2）偏移地址为16位，16 位地址的寻址能力为 64K，所以一个段的长度最大为64K
用不同的段地址和偏移地址形成同一个物理地址
https://img-blog.csdnimg.cn/9e4486fcba484be29606fb0ee77bd34d.png
Debug
Debug是DOS系统中的著名的调试程序，也可以运行在windows系统实模式下。 :
使用Debug程序，可以查看CPU各种寄存器中的内容、内存的情况，并且在机器指令级跟踪程 序的运行！
启动Debug
在DOS提示符下输入命令：debug
https://img-blog.csdnimg.cn/167c64687f39452cb31a3470270099c6.png
用R命令查看、改变CPU寄存器的内容
[*] R - 查看寄存器内容
[*] R 寄存器名 - 改变指定寄存器内容
https://img-blog.csdnimg.cn/f881cf89e1bd456b8ce45fb9167cc511.png
用D命令查看内存中的内容
[*] D - 列出预设地址内存处的 128个字节的内容
https://img-blog.csdnimg.cn/408482b84a6141938f2c0dae6069b8db.png
段地址*16 + 偏移地址得到的是物理地址
[*] D 段地址:偏移地址 - 列出内 存中指定地址处的内容
https://img-blog.csdnimg.cn/7526faf105ae4186a04e71f6f888d31b.png
我们可以手动选择查看某一个段地址和对应的偏移地址，默认显示的是预设的段地址
[*] D段地址:偏移地址 结尾偏移 地址 - 列出内存中指定地址范 围内的内容
https://img-blog.csdnimg.cn/2688e1fcf5ce4e5babfc90df086860ba.png
2000是指定的段地址,0000是偏移地址，而f是显示多少个字节，默认显示128个，这里我们要求显示16个字节,2f就是48个字节，这里使用和显示的数值都是十六进制形式的
用E命令改变内存中的内容
[*] E 段地址:偏移地址 数据1 数据2 …
https://img-blog.csdnimg.cn/0a2ba96d3c5e4f4eb4449a65e19f6e05.png
[*] E 段地址:偏移地址
[*] 逐个询问式修改
[*] 空格 - 接受，继续
[*] 回车 -结束
https://img-blog.csdnimg.cn/221638d9760d4458999e5fde533c20bd.png
如果采用询问式方式修改，那么每按一次空格，他都会给出下一个字节的内容，例如: 12. 然后我们需要在.后面给出需要替换掉当前字节的内容
用U命令将内存中的机器指令翻译成汇编指令
有汇编指令
[*] mov ax, 0123H
[*] mov bx 0003H
[*] mov ax, bx
[*] add ax, bx
对应的机器码为
[*] B8 23 01
[*] BB 03 00
[*] 89 D8
[*] 01 D8
e 地址 数据 - 写入
d 地址 - 查看
https://img-blog.csdnimg.cn/ea1b2cfda25b4dad87f444acfd6e184a.png
u 地址 - 查看代码
https://img-blog.csdnimg.cn/89bd6fc595c8476e82971c2095bee033.png
用A命令以汇编指令的格式在内存中写入机器指令
有汇编指令
[*] mov ax, 0123H
[*] mov bx, 0003H
[*] mov ax, bx
[*] add ax, bx
对应的机器码为
[*] B8 23 01
[*] BB 03 00
[*] 89 D8
[*] 01 D8
a 地址 - 写入汇编指令
https://img-blog.csdnimg.cn/1e5fa08631af48489c44e2afae419a30.png
向2000:100处写入上面汇编指令
d 地址 - 查看数据
https://img-blog.csdnimg.cn/5a04b861d5b344fab2d7666c824b91bb.png
u 地址 - 查看代码
https://img-blog.csdnimg.cn/b01c47c655b74c8698a1489d83db513a.png
用T命令执行机器指令
t - 执行CS:IP处的指令
[*] mov ax, 0123H
[*] mov bx, 0003H
[*] mov ax, bx
[*] add ax, bx
https://img-blog.csdnimg.cn/61d2d0b018004f839a5f0d493eb88ca1.png
先调整cs和ip寄存器初始值
[*] 指令指针寄存器： IP
[*] 段寄存器：CS
https://img-blog.csdnimg.cn/44f63fc4465c4d34a1d2fa21b232c13d.png
https://img-blog.csdnimg.cn/93513e1e91cc4119a05b823292332d5c.png
用Q命令退出Debug
q - 退出Debug
https://img-blog.csdnimg.cn/f34857032bee4826b4490aa9921255b1.png
CS、IP与代码段
两个关键的寄存器
[*] CS：代码段寄存器
[*] IP： 指令指针寄存器
[*] CS:IP：CPU将内存中CS:IP 指向的内容当作指令执行。
https://img-blog.csdnimg.cn/2f5771d3c37c45e09636a161cf2f095b.png
[*] CS提供段地址，16位
[*] IP可以理解为PC寄存器，提供的是偏移地址，也是16位
[*] 位址加法器对两个16位地址进行相加，然后得到一个20位地址
[*] 通过BUS地址总线，发送给MAR
[*] MAR从内存中取出该地址对应的指令，然后放入MDR
[*] MDR中的数据通过数据总线转交给CPU处理
[*] 因为，这里取出的指令是3个字节，因此这里IP自动加3
例示：在CS和IP指示下代码的执行
[*] 8086CPU当前状态：CS中内容为2000H，IP中内容为0000H
[*] 内存20000H~20009H处存放着可执行的机器代码
https://img-blog.csdnimg.cn/50a30ff0ba894b5d9838beefc31ec900.png
8086PC读取和执行指令演示
8086PC工作过程的简要描述：
（1）从CS:IP指向内存单元读取 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。
指令读取和执行的实证演示-Debug
用debug程序执行下面的代码
[*] mov ax, 0123H
[*] mov bx, 0003H
[*] mov ax, bx
[*] add ax, bx
a 地址 - 写入汇编指令
u 地址 - 查看代码
t - 执行CS:IP处代码
https://img-blog.csdnimg.cn/07cf17f59f9848c08838fe58da2d4a20.png
https://img-blog.csdnimg.cn/070bdf3bfb964072b56f742f383e6c16.png
https://img-blog.csdnimg.cn/7c235a8e8f95443dbeff89fe3d94e410.png
https://img-blog.csdnimg.cn/e546772ebf614620b86f09bc33fc3e59.png
问：内存中有数据 B8 23 01 BB 03 00 89 D8 01 D8， 究竟用作一般数据，还是用作指令？
答：CPU将CS:IP指向的内存单元中的内容看作指令！
jmp指令
修改CS、IP的指令：
事实：执行何处的指令，取决于CS:IP
应用：可以通过改变CS、IP中的内容，来控制CPU要执行的目标指令
问题：如何改变CS、IP的值？
方法1：Debug 中的 R 命令可以改变寄存器的值——r cs, r ip
Debug是调试手段，并非程序方式！
方法2：用指令修改
https://img-blog.csdnimg.cn/6380675b55e64a7d84ca680a4963ace8.png
方法3：转移指令 jmp
转移指令 jmp :
[*] 同时修改CS、IP的内容
jmp 段地址：偏移地址
jmp 2AE3:3
jmp 3:0B16 功能：用指令中给出的段地址修改CS，偏移地址修改IP。
[*] 仅修改IP的内容 jmp
某一合法寄存器
jmp ax （类似于 mov IP, ax） jmp bx 功能：用寄存器中的值修改IP。
问题分析
https://img-blog.csdnimg.cn/56d6af1d6f204ebba88329c6b616204c.png
从20000H开始，执行的序列是：
（1）mov ax,6622
（2）jmp 1000:3
（3）mov ax,0000
（4）mov bx,ax
（5）jmp bx
（6）mov ax,0123H
（7）转到第（3）步执行
内存中字的存储
事实：对8086CPU，16位作为一个字
问题： 16位的字存储在一个16位的寄存器中，如何存储？
回答:
[*] 高8位放高字节，低8位放低字节
问题: 16位的字在内存中需要2个连续字节存储，怎么存放？
回答:
[*] 低位字节存在低地址单元，高位字节存在高地址单元
例：20000D（4E20H）存放0、1两个单元，18D (0012H）存放在2、3两个单元
https://img-blog.csdnimg.cn/7d9543ae293247279a7f669dcce5c3ec.png
字单元
字单元：由两个地址连续的内存单元组成，存放一个字型数据（16位）
原理：在一个字单元中，低地址单元存放低位字节，高地址单元存放高位字节
[*] 在起始地址为0的单元中，存放的是4E20H
[*] 在起始地址为2的单元中，存放的是0012H
https://img-blog.csdnimg.cn/af55b3ec8e234d00823a4ff7674ea02e.png
问题：
（1）0地址单元中存放的字节型数据是（ 20H）
（2）0地址字单元中存放的字型数据是（ 4E20H）
（3）2地址单元中存放的字节型数据是（ 12H ）
（4）2地址字单元中存放的字型数据是（ 0012H ）
机器字长、存储字长、指令字长
用DS和实现字的传送
要解决的问题：CPU从内存单元中要读取数据
要求： CPU要读取一个内存单元的时候，必须先给出这个内存单元的地址
原理： 在8086PC中，内存地址由段地址和偏移地址组成（段地址:偏移地址）
解决方案：DS和配合 ，用 DS寄存器存放要访问的数据的段地址 ，偏移地址用[…]形式直接给出
https://img-blog.csdnimg.cn/ca4a65a8d11b413dab819583e1c0f65a.png
给出偏移地址后，会默认去DS寄存器获取段地址
https://img-blog.csdnimg.cn/c258b4fb84454aa0a92b2e82825f4b27.png
字的传送
8086CPU可以一次性传送一个字(16位的数据)
例
[*] mov bx, 1000H
[*] mov ds, bx
[*] mov ax, —> 1000:0处的字型数据送入ax
[*] mov ,cx —> cx中的16位数据送到1000:0处
案例
https://img-blog.csdnimg.cn/60d351c169194214bb0873e9bdaa9c16.png
[*] 先将1000:0处内存的前四个字节设置为上面给出的值
https://img-blog.csdnimg.cn/230e4144301045839dd32ea8193e248e.png
[*] 在默认的起始地址处,输入指令
https://img-blog.csdnimg.cn/7045600fd3f5430a98f384c1d353e37c.png
https://img-blog.csdnimg.cn/8f043e45f4cf4017a61dd903ba0e7896.png
https://img-blog.csdnimg.cn/f954e904f1c34cb39fd22cb909a53e53.png
后面同理,DS和配合，可以让我们通过从内存中快速读取一个字到指定寄存器中
DS与数据段
对内存单元中数据的访问
对于8086PC机，可以根据需要将一组内存单元定义为一个段。
[*] 物理地址=段地址×16+偏移地址
[*] 将一组长度为N（N≤64K）、地址连续、起始地址为16的倍数的内存单元当作专门存储数 据的内存空间，从而定义了一个数据段。
例：用123B0H~123B9H的空间来存放数据
[*] 段地址：123BH 起始偏移地址：0000H 长度：10字节
[*] 段地址：1230H 起始偏移地址：00B0H 长度：10字节
[*] …
处理方法：(DS): ( )
[*] 用DS存放数据段的段地址
[*] 用相关指令访问数据段中的具体单元，单元地址由指出
mov、add、sub... 将哪段内存当作数据段，段地址如何定，在编程时安排
将123B0H~123BAH的内存单元定义为数据段
https://img-blog.csdnimg.cn/a238dbabbaea4781bf9192a7ae0d1128.png
AL是AX的低字节位
用mov指令操作数据
https://img-blog.csdnimg.cn/87e615a93976429b824f11632c7157c4.png
加法add和减法sub指令
https://img-blog.csdnimg.cn/ec9ee2fae4ba436584e9cab5eea5851e.png
用DS和形式访问内存中数据段方法小结
https://img-blog.csdnimg.cn/8a424b60ad134853ae5cfbf95630c362.png
（1）字在内存中存储时 ，要用两个地址连续的内存单元来存放，字的 低位字节存放在低地址单元中，高位字节存放再高地址单元中。
（2）用 mov 指令要访问内存单元，可以在mov指令中只给出单元的偏 移地址，此时，段地址默认在DS寄存器中。
（3）表示一个偏移地址为address的内存单元。
（4）在内存和寄存器之间传送字型数据时，高地址单元和高8位寄存器、 低地址单元和低8位寄存器相对应。
（5）mov、add、sub是具有两个操作对象的指令，访问内存中的数据段 （对照：jmp是具有一个操作对象的指令，对应内存中的代码段）。
（6）可以根据自己的推测，在Debug中实验指令的新格式。
栈及栈操作的实现
栈结构
栈是一种只能在一端进行插入或删除操作的数据结构。
栈有两个基本的操作：入栈和出栈。
[*] 入栈：将一个新的元素放到栈顶
[*] 出栈：从栈顶取出一个元素。
栈顶的元素总是最后入栈，需要出栈时，又最先被从栈 中取出。
栈的操作规则：LIFO（Last In First Out，后进先出）
CPU提供的栈机制:
现今的CPU中都有栈的设计。
8086CPU提供相关的指令，支持用栈的方式访问内存空间。
基于8086CPU的编程，可以将一段内存当作栈来使用。
PUSH(入栈)和 POP(出栈)指令
push ax：将ax中的数据送入栈中
pop ax：从栈顶取出数据送入ax
（以字为单位对栈进行操作） 例：设将10000H~1000FH内存当作栈来使用……
入站:
mov ax,0123H
push ax
mov bx,2266H
push bx
mov cx,1122H
push cx https://img-blog.csdnimg.cn/1b0f2e43b2d7489e9bf97858a64b89f6.png
出栈:
pop ax
pop bx
pop cx https://img-blog.csdnimg.cn/7fc3322223cd4b84a6106d5df962ad48.png
问题：
1、CPU如何知道一段内存空间被当作栈使用？
2、执行push和pop的时候，如何知道哪个单元是栈顶单元？
回答：
8086CPU中，有两个与栈相关的寄存器：
[*] 栈段寄存器SS - 存放栈顶的段地址
[*] 栈顶指针寄存器SP - 存放栈顶的偏移地址
任意时刻，SS:SP指向栈顶元素。
栈的操作
https://img-blog.csdnimg.cn/705e7350900e4773bda707b217c55180.png
push 指令和pop指令的执行过程
push ax
[*] （1）SP=SP–2；
[*] （2）将ax中的内容送入SS:SP指向的内存单 元处，SS:SP此时指向新栈顶
pop ax
[*] （1）将SS:SP指向的内存单元处的数据送 入ax中；
[*] （2）SP = SP+2，SS:SP指向当前栈顶下面的单元，以当前栈顶下面的单元为新的 栈顶。
栈顶超界问题:
如何能够保证在入栈、出栈时，栈顶不 会超出栈空间？
执行入栈(push)时，栈顶超出栈空间
https://img-blog.csdnimg.cn/03a576c03cc7456dafe4c52082a4503a.png
执行出栈(pop)时，栈顶超出栈空间
https://img-blog.csdnimg.cn/caf69946e02246ed93420edb7b622149.png
栈顶超界问题的解决
https://img-blog.csdnimg.cn/93bbd2d2dfb543b28927a944c0b4ca1e.png
栈的小结
push、pop 实质上就是一种内存传送指令，可以在寄存器和内存 之间传送数据，与mov指令不同的是，push和pop指令访问的内 存单元的地址不是在指令中给出的，而是由SS:SP指出的。
执行push和pop指令时，SP 中的内容自动改变。
8086CPU提供的栈操作机制：
[*] 在SS，SP中存放栈顶的段地址和偏移地址，入栈和出栈指 令根据SS:SP指示的地址，按照栈的方式访问内存单元。
[*] push指令的执行步骤：
1）SP=SP-2
2）向SS:SP指向的字单元中送入数据。
[*] pop指令的执行步骤：
1）从SS:SP指向的字单元中读取数据
2）SP=SP-2。 关于“段”的总结
基础: 物理地址=段地址×16+偏移地址
做法:
[*] 编程时，可以根据需要将一组内存单 元定义为一个段。
[*] 可以将起始地址为16的倍数，长度为 N（N ≤64K ）的一组地址连续的内存 单元，定义为一个段。
[*] 将一段内存定义为一个段，用一个段 地址指示段，用偏移地址访问段内的 单元——在程序中可以完全由程序员 安排。
三种段
[*] 数据段： 将段地址放在 DS中，用mov、add、sub等访问内存单元的指令 时，CPU将我们定义的数据段中的内容当作数据段来访问
[*] 代码段: 将段地址放在 CS中，将段中第一条指令的 偏移地址放在IP中 ,CPU将执行我们定义的代码段中的指令
[*] 栈段: 将段地址放在SS中，将栈顶单元的偏移地 置放在 SP 中 , CPU在需要进行栈操作(push、pop)时，就 将我们定义的栈段当作栈空间来用。
综合示例：按要求设置段并执行代码
https://img-blog.csdnimg.cn/2c3e1537caeb4c979a5bd31d84a410ee.png
综合示例：三个段地址可以一样滴！
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来源：https://blog.csdn.net/m0_53157173/article/details/125304122
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