汇编学习:寄存器(CPU工作原理)
寄存器
- 内部总线实现CPU内部各个器件之间的联系,外部总线实现CPU和主板上其他器件的联系,简单来说,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
- CPU中的主要器件是寄存器。寄存器是CPU中程序员可以用指令读写的部件。程序员通过改变各种寄存器中的内容来实现对CPU的控制
- 8086CPU有14个寄存器,每个寄存器都有一个名称。这些寄存器是AX、BX、CX、DX、SI、DI、SP、BP、IP、CS、SS、DS、ES、PSW。
通用寄存器
- 8086CPU 的所有寄存器都是16位的,可以存放两个字节。AX、BX、CX、DX这4个寄存器通常用来存放一般性的数据,被称为通用寄存器。
- 一个16位寄存器可以存储的数据的最大值为2^16。
- 8086CPU的AX、BX、CX、DX这4个寄存器都可以分为两个可独立使用的8位寄存器来使用:
- AX可分为AH和AL;
- BX可分为BH和BL;
- CX可分为CH和CL;
- DX可分为DH和DL;
字在寄存器中的存储
- 8086CPU可以一次性处理一下两种尺寸的数据:
- 字节:记为byte,一个字节由8个bit组成,可以存在8位寄存器中。
- 字:记为word,一个字由两个字节组成,分为高位字节和低位字节。
几条汇编指令
- 在写一条汇编指令或一个寄存器的名称时不区分大小写
- 在进行数据传送或运算时,要注意指令的两个操作对象的位数应当是一致的
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,我们将这个唯一的地址称为物理地址。
16位结构的CPU
- 16位结构描述了一个CPU具有下面几个方面的结构特性:
- 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;
- 寄存器和运算器之间的通路位16位;
8086CPU给出物理地址的方法
- 8086CPU由20位地址总线,可以传送20位地址,达到1MB寻址能力
- 8086CPU要读写内存时:
- CPU中相关部件提供两个16位的地址,一个称为段地址,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16位地址合成为一个20位的物理地址;
- 地址加法器通过内部总线将20位物理地址送入输入输出控制电路;
- 输入输出控制电路将20位物理地址送上地址总线;
- 20位物理地址被地址总线传送到存储器。
- 地址加法器采用物理地址=段地址*16+偏移地址的方法和用段地址和偏移地址合成物理地址
段的概念
- 在编程时可以根据需要,将若干地址连续的内存单元看做一个段,用段地址×16定位段的起始地址(基础地址),用偏移地址定位段中的内存单元。
- CPU访问内存单元时,必须向内存提供内存单元的物理地址。8086CPU在内部用段地址和偏移地址移位相加的方法形成最终的物理地址。
- CPU可以用不同的段地址和偏移地址形成同一个物理地址
- 偏移地址16位,变化范围为0~FFFFH,仅用偏移地址来寻址最多可寻64KB个内存单元。
段寄存器
- 8086CPU有四个段寄存器:CS、DS、SS、ES
CS和IP
- CS为代码寄存器,IP为指令指针寄存器
- 8086机中,任意时刻,CPU将CS:IP指向的内容当做指令执行
- 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,CPU从内存FFFF0H单元中读取指令执行,FFFF0H单元中的指令时8086PC机开机后执行的第一条指令
- CPU将CS:IP指向的内存单元中的内容看作指令,因为,在任何时候,CPU将CS、IP中的内容当做指令的段地址和偏移地址,用它们合成指令的物理地址,到内存中读取指令码,执行。如果说,内存中的一段信息曾被CPU执行过的话,那么,它所在的内存单元必然被CS:IP指向过。
修改CS、IP的指令
- 8086CPU大部分寄存器的值,都可以用mov指令来改变,mov指令被称为传送指令。
- 能够改变CS、IP的内容的指令被称作转移指令
代码段
- 将一段内存当做代码段,仅仅是我们在编程时的一种安排,CPU并不会由于这种安排,就自动的将我们定义的代码段中的指令当作指令来执行。CPU只认被CS:IP指向的内存单元中的内容为指令。
- 要让CPU执行我们放在代码段中的指令,必须要将CS:IP指向所定义的代码段中的第一条指令的首地址。
小结
- 8086CPU的工作过程:
- 从CS:IP指向的内存内存单元读取指令,读取的指令进入指令缓冲器
- IP指向下一条指令;
- 执行指令
实验 查看CPU和内存,用机器指令和汇编指令编程
- Debug是DOS、Windows都提供的实模式(8086方式)程序的调试工具
- 用到的Dubug的功能
- r命令查看、改变CPU寄存器的内容;
- d命令查看内存中的内容
- e命令改写内存中的内容
- u命令将内存中的机器指令翻译成汇编指令;
- t命令执行一条机器指令
- a命令以汇编指令的格式在内存中写入一条机器指令
查看在内存FFF00H~FFFFFH的某几个内存单元并尝试改写,并不能成功
通过DEBUG中的D命令查看到主板的生产日期[以月、日、年,分隔符为’/’的格式]存储在内存ffff:0005~ffff:000C(共8个字节单元中)处。此生产日期不能被改变,因为其具有‘只读’属性.
向内存从B8100H开始的单元中填写数据,观察现象
B8100H开始的内存空间是显存空间,通过向内存中的显存写入数据,使计算机根据写入的数据进行ASCII转换,并将转换后且可打印的字符输出到屏幕上。<注:关于显存的详细讨论不在此题范围>
习题检测2.1
写出每条汇编指令执行之后相关寄存器中的值
mov ax,62627 AX=F4A3H mov ah,31H AX=31A3H mov al,23H AX=3123H add ax,ax AX=6246H mov bx,826CH BX=826CH mov cx,ax CX=6246H mov ax,bx AX=826CH add ax,bx AX=04D8H mov al,bh AX=0482H mov ah,bl AX=6C82H add ah,ah AX=D882H add al,6 AX=D888H add al,al AX=D810H mov ax,cx AX=6246H
编程计算2的4次方
mov ax,2
mov ax,ax
mov ax,ax
mov ax,ax
习题检测2.2
- 给定段地址为0001H,仅通过变化偏移地址寻址,CPU的寻址范围为(00010H)到(1000FH)。
- 有一数据存放在内存20000H单元中,现给定段地址为SA,若想用偏移地址寻到此单元。则SA应满足的条件是:最小为(1001H),最大为(2000H)
习题检测2.3
下面的3条指令执行之后,CPU几次修改IP,都是在什么时候,最后IP中的值是多少?
mov ax,bx
sub ax,ax
jmp ax一共变化四次
- 执行完mov ax,bx后
- 执行完sub ax,ax后
- 读入jmp ax后
- 执行jmp ax后IP的值应当为0000H