【汇编语言基础入门】—— 汇编的基础介绍

锡兰_CC

已于 2023-11-13 13:20:42 修改

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分类专栏：汇编语言文章标签：汇编 c++

于 2023-11-13 10:54:45 首次发布

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本文介绍了机器语言、汇编语言的基本概念，详细讲解了CPU与内存之间的交互，特别是8086CPU的构成和寻址方式，包括寄存器、地址总线、控制总线以及段寄存器如CS、DS、SS和SP的作用。

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文章目录

一、机器语言

在学习汇编语言之前，我们应该先了解一下什么是机器语言。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。计算机将它转变成一系列高低电平，使计算机的电子器件受到驱动，进行运算。
每一种微处理器由于硬件设计和内部结构的不同，需要不同的电平脉冲来控制它工作，所以每一种微处理器都有自己的机器指令集，也就是机器语言。
早期的程序设计使用的都是机器语言。程序员们将用 0、1 数字编成的程序代码打印在纸带或者卡片上，1 打孔，0 不打孔，再将程序通过纸带机或者卡片机输入计算机进行运算。下面是应用 8086CPU 运算 s = 768 + 12288 - 1280 的机器码：
在这里插入图片描述
从上面的案例就可以看出，书写和阅读机器码程序非常的困难，出现了错误也很难排查。一个简单的程序就要有几十行机器码，为了避免这种麻烦，诞生了汇编语言。

二、汇编语言

汇编语言是程序设计语言的基础语言，是唯一可以直接与计算机硬件打交道的语言。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于指令的表示方法。汇编指令是机器指令便于记忆的书写格式。

举个例子，机器指令 1000100111011000 表示将寄存器 BX 中的内容送到 AX 中。汇编指令为 mov ax,bx。

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

在这之后，程序员就开始用汇编语言编写源程序，由于计算机只能读懂机器指令，需要一个能够将汇编指令转换成机器指令的翻译程序，这样的程序称为编译器。程序员用汇编语言写出源程序，再用汇编编译器将其编译成机器码，最后由计算机执行。
在这里插入图片描述

汇编语言由以下三类指令组成

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。

汇编指令的核心是汇编指令，他决定了汇编语言的特性。

三、CPU 与 CPU 内存

在学习汇编语言过程中，遇到的绝大部分指令都是跟内存、CPU 有关的。

1、CPU 对存储器的读写

CPU 要从内存中读数据的时候，首先要指定存储单元的地址，还要指明要对哪一个器件进行操作，是读数据还是写入数据。
在这里插入图片描述
CPU 通过地址总线来指定存储器单元，地址总线上能传送多少不同的信息，CPU 就可以对多少个存储单元进行寻址。CPU 通过数据总线与内存或其他器件之间进行数据传送。数据总线的宽度决定了 CPU 和外界的数据传送速度。CPU 通过控制总线对外部器件进行控制，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，控制总线的宽度决定了 CPU 对外部器件的控制能力。

四、CPU 的典型构成

一个 CPU 由运算器、控制器、寄存器等器件构成，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。寄存器是 CPU 中程序员可以用指令读写的部件，可以通过改变寄存器中的内容来实现对 CPU 的控制。

1、寄存器

8086CPU 有14个寄存器：AX、BX、CX、DX、SI、DI、SP、BP、IP、CS、SS、DS、ES、PSW都是16位，一个16位寄存器可以存储一个16位的数据。不同的 CPU，寄存器的个数、结构都是不相同的。

2、通用寄存器

通用寄存器通常用来存放一般性的数据，有AX、BX、CX、DX，它们可分为两个可独立使用的8位寄存器。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。

16位	8高位	8低位
AX	AH	AL
BX	BH	BL
CX	CH	CL
DX	DH	DL

3、物理地址的计算方法

当 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，我们将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。在 CPU 向地址总线上发送物理地址之前，必须要在内部先形成这个物理地址。不同的 CPU 可以有不同的形成物理地址的方法。我们来看看 8086CPU 是如何在内部形成内存单元的物理地址的。
8086CPU 有20位地址总线，可以传送20位地址，达到1MB寻址能力。8086CPU 是16位结构，在内部一次性处理、传输、暂时存储的地址为16位。，从 8086CPU 的内部结构来看，如果将地址从内部简单地发出，那么它只能送出16位的地址，表现出的寻址能力只有64KB。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。
在这里插入图片描述
当 8086CPU 要读写内存时：

CPU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；
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；
地址加法器将两个地址合成为一个物理地址；
地址加法器通过内部总线将物理地址送上输入输出控制总线
输入输出控制总线将物理地址送上地址总线
物理地址被地址总线传送到存储器

4、CS

8080CPU中有4个段寄存器：CS、DS、SS、ES，可以提供内存单元的段地址。CS为代码段寄存器。IP为指令指针寄存器。CPU将CS:IP指向的内容当作指令执行。
在这里插入图片描述 8080CPU的工作过程简要描述：

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；
IP=IP+所读取指令的长度，从而指向下一条指令；
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IP被设置为CS=FFFFH，IP=0000H，即在8086PC机刚启动时，FFFF0H单元中的指令是8086PC机开机后执行的第一条指令。

8086CPU提供转移指令修改CS、IP的内容。

jmp 段地址:偏移地址：用指令中给出的段地址修改CS，偏移地址修改IP。如：jmp 2AE3:3
jmp 某一合法寄存器：仅修改IP的内容。如：jmp ax。在含义上就像：mov IP，ax

5、DS

CPU要读写内存单元的时候，必须先给出这个内存单元的地址，在8086CPU中，内存地址由段地址和偏移地址组成。DS寄存器用来存放要访问的数据的段地址。当我们需要读取 1000H 单元的内容时：

mov bx, 1000H
mov ds, bx
mov al, [0]

注意：8086CPU不支持将数据直接送入段寄存器的操作。

6、SS SP

SS 是堆栈段地址寄存器，存放堆栈段的起始地址。SP 是附加段地址寄存器，存放附加段的起始地址。堆栈是内存中一块特定的区域，其中数据按照先进先出原则，堆栈段地址存放于 SS 寄存器中，偏移地址存放在附加段地址寄存器 SP 中，他们永远指向栈顶。堆栈的初始化是通过设置 SS 及 SP 值来完成的，可以由编译系统自动完成。