计算机组成与汇编语言核心知识问答

最新推荐文章于 2025-11-16 23:53:07 发布

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#冯·诺依曼架构 #寄存器 #汇编语言

1、绘制一幅冯·诺依曼架构的图。

我无法直接绘制图形，但我可以描述冯·诺依曼架构的主要组成部分，你可以根据描述来绘图：

冯·诺依曼架构主要由以下五部分组成：

运算器
控制器
存储器
输入设备
输出设备

绘图时，可将这五部分用方框表示，用箭头表示各部分之间的数据流动和控制关系。

运算器 和 控制器 通常合称为 中央处理器（CPU）
存储器 分为内存等
输入设备 如 键盘、鼠标
输出设备 如 显示器、打印机

2、哪个架构组件将内存与CPU连接起来？

总线（Bus）

3、高速缓存内存是如何帮助提升整体性能的？

高速缓存的作用与性能优化

如果访问一个内存位置，该值的副本会被放入高速缓存。后续对该内存位置的连续访问可从高速缓存（CPU芯片内部）获取。

高速缓存命中 时，从高速缓存读取数据比从主内存读取更快。
能从高速缓存满足的请求越多，系统性能通常越快。

此外，历代CPU芯片增加了高速缓存内存并改进了高速缓存映射策略，以提高整体性能。

4、在C++中，使用“int”声明的整数占用多少字节？

4字节

5、在英特尔X86 - 64架构中，每个地址可以存储多少字节？

1字节

6、给定32位十六进制数004C4B40₁₆，求：1. 最低有效字节（LSB） 2. 最高有效字节（MSB）

最低有效字节（LSB）为40；2. 最高有效字节（MSB）为00

7、给定32位十六进制数004C4B40₁₆，展示其小端字节序的内存布局，显示内存中的每个字节。

地址（十六进制）	值
0100100C	00
0100100B	4C
0100100A	4B
01001009	40

8、以下每个寄存器分别代表多少位：1. al 2. rcx 3. bx 4. edx 5. r11 6. r8b 7. sil 8. r14w

al ：8位
rcx ：64位
bx ：16位
edx ：32位
r11 ：64位
r8b ：8位
sil ：8位
r14w ：16位

9、哪个寄存器指向栈的当前顶部？

rsp寄存器指向栈的当前顶部。

10、如果al被设置为05₁₆，ax被设置为0007₁₆，eax被设置为00000020₁₆，rax被设置为0000000000000000₁₆，请给出完整rax寄存器的最终完整内容。

0000000000000000₁₆

11、如果rax寄存器被设置为十进制的81,985,529,216,486,895（十六进制的123456789ABCDEF），那么以下寄存器的十六进制内容分别是什么？1. al 2. ax 3. eax 4. rax

EF₁₆
CDEF₁₆
89ABCDEF₁₆
0123456789ABCDEF₁₆

12、给出以下各项的取值范围：1. 有符号字节 2. 无符号字节 3. 有符号字 4. 无符号字 5. 有符号双字 6. 无符号双字

有符号字节：-128 到 +127
无符号字节：0 到 255
有符号字：-32768 到 +32767
无符号字：0 到 65535
有符号双字：-2147483648 到 +2147483647
无符号双字：0 到 4294967295

13、给出以下二进制数的十进制值：1. 0000101₂ 2. 0001001₂ 3. 0001101₂ 4. 0010101₂

5；2. 9；3. 13；4. 21

14、给出以下双字大小的十六进制补码值对应的十进制值。1. FFFFFFFB₁₆ 2. FFFFFFEA₁₆ 3. FFFFFFF3₁₆ 4. FFFFFFF8₁₆

十六进制补码转换为十进制值的方法

对于双字大小（32位）的十六进制补码：

若最高位为1，则为负数，需先取反加1得到原码再计算十进制值；
若最高位为0，则为正数，直接转换为十进制值。

转换示例

FFFFFFFB₁₆ ：
最高位为1，是负数。
先取反得到 00000004₁₆，再加1得到 00000005₁₆，转换为十进制是 5，
所以该补码对应的十进制值是 -5 。
FFFFFFEA₁₆ ：
最高位为1，是负数。
先取反得到 00000015₁₆，再加1得到 00000016₁₆，转换为十进制是 22，
所以该补码对应的十进制值是 -22 。
FFFFFFF3₁₆ ：
最高位为1，是负数。
先取反得到 0000000C₁₆，再加1得到 0000000D₁₆，转换为十进制是 13，
所以该补码对应的十进制值是 -13 。
FFFFFFF8₁₆ ：
最高位为1，是负数。
先取反得到 00000007₁₆，再加1得到 00000008₁₆，转换为十进制是 8，
所以该补码对应的十进制值是 -8 。

结论

综上，答案依次为 -5、-22、-13、-8 。

15、以下哪个十进制值在二进制中有精确表示？1. 0.1 2. 0.2 3. 0.3 4. 0.4 5. 0.5

16、以下字符的十六进制 ASCII 码分别是什么：1. “A” 2. “a” 3. “0” 4. “8” 5. 制表符

"A" ： 0x41
"a" ： 0x61
"0" ： 0x30
"8" ： 0x38
制表符： 0x09

17、在汇编语言程序中，注释是如何标记的？

在汇编语言程序中，分号（ ; ）用于标记程序注释。分号可置于任何位置，包括指令之后，分号后的任何字符都会被汇编器忽略。

18、已初始化数据声明所在的节的名称是什么？

数据段（data section）

19、未初始化数据声明所在的节的名称是什么？

BSS节

20、代码放置的段的名称是什么？

.text

21、对于以下变量，给出每个变量具有给定值的数据声明：1. 字节大小的变量bNum设置为1010；2. 字大小的变量wNum设置为10291；3. 双字大小的变量dwNum设置为2126010；4. 四字大小的变量qwNum设置为10000000000。

bNum db 1010  
wNum dw 10291  
dwNum dd 2126010  
qwNum dq 10000000000

22、以下各项的未初始化数据声明分别是什么：1. 一个名为 bArr 的、包含 100 个元素的字节数组；2. 一个名为 wArr 的、包含 3000 个元素的字数组；3. 一个名为 dwArr 的、包含 200 个元素的双字数组；4. 一个名为 qArr 的、包含 5000 个元素的四字数组。

1. bArr resb 100；
2. wArr resw 3000；
3. dwArr resd 200；
4. qArr resq 5000

23、在文本段中，标志程序开始所需的声明有哪些？

需要包含以下声明：global _start _start:

24、汇编器第一遍扫描会执行哪些操作？

汇编器第一遍扫描执行的基本操作

汇编器第一遍扫描执行的基本操作包括：

创建符号表
展开宏
计算常量表达式

此外，还会为程序中的所有语句分配地址，并处理一些汇编器指令。

25、汇编器第二遍扫描执行哪些操作？

汇编器第二遍扫描执行的基本操作

汇编器在第二遍扫描期间执行以下基本操作：

最终生成代码
将程序员提供的汇编语言指令转换为CPU可执行的机器语言指令。
在代码生成过程中，会使用符号表来检查程序中使用的符号并获取相应的地址。
创建列表文件（如果有请求）
列表文件可用于调试目的。
如果用户请求生成列表文件，则在第二遍扫描期间创建。
创建目标文件
如果在处理过程中没有发现错误，则在第二遍扫描期间创建最终的目标文件。

26、链接器执行哪些操作？

链接器的操作包括：

将较小的解决方案组合成一个可执行单元
若使用了用户或系统库例程，会包含相应的例程
将目标文件和库例程组合成单个可执行模块
把机器语言代码从每个目标文件复制到单个可执行文件中

在组合目标文件时：

必要时调整可重定位地址
满足外部引用
将外部引用的最终位置放入代码中

27、加载器会执行哪些操作？

尝试打开可执行文件（验证其存在性和权限）
读取头信息
请求操作系统创建新进程
若成功：
- 读取可执行文件的其余部分并加载到内存（由操作系统指定位置）
- 在加载完成时通知操作系统
注意：加载器不运行进程

28、请给出一个常量表达式的示例。

假设常量 BUFF 已定义，指令“mov rax, BUFF+5”包含一个常量表达式。

29、为确保程序易于调试，在汇编和链接步骤中需要什么选项？

-g 限定符必须包含在汇编和链接步骤中。

30、continue命令具体有什么作用？

在初始运行命令之后，使用 continue 命令（通过点击 Cont 菜单窗口或在 (gdb) 提示符下输入 cont ）可继续执行程序到下一个断点；

continue <n> | c <n> 可继续执行程序到下一个断点，跳过 n - 1 次断点跨越，可用于快速到达循环的第 n 次迭代。

31、寄存器窗口如何显示？

寄存器窗口默认不显示，但可通过选择顶部菜单栏中的 “Status → Registers” 来查看。显示时，寄存器窗口将按寄存器名称（左列）显示寄存器内容，同时以十六进制（中间列）和无符号十进制（右列）显示。

32、寄存器窗口有三列。第一列显示寄存器。另外两列显示什么？

中间列以十六进制显示寄存器内容，右列以无符号十进制显示寄存器内容；对于某些特殊用途寄存器（如 rbp 和 rsp ），两列都以十六进制显示。第三列一般显示十进制四字表示，但对于特殊用途寄存器（ rbp 和 rsp ）除外，有符号四字十进制表示并非总是有意义。

33、调试器启动后，用户如何退出？

可以在输入文件中使用 'quit' 命令退出调试器；
若输入文件中移除了 'quit' 命令，退出输入文件时，调试器可能会请求用户确认是否退出（回答 yes 或 no ）；
另外，也可通过命令行输入 'gdb <gdbIn.txt prog' 执行输入文件中的命令，创建输出文件并退出程序。

34、描述设置断点的多种方法。

可以通过在底部窗口（ (gdb) 提示符处）输入命令 break <label/addr> 或其缩写 b <label/addr> 来设置断点，其中 <label/addr> 表示标签或地址。

35、从文件中读取调试器命令的调试器命令是什么？

source

36、当 DDD 显示一个绿色箭头指向一条指令时，这意味着什么？

绿色箭头指向的是下一条要执行的指令，即绿色箭头所指的语句尚未执行。

37、显示当前栈顶值的调试器命令是什么？

x/ug $rsp

38、显示当前栈顶的五个值的调试器命令是什么？

x/5ug $rsp

39、输入一个示例程序，对该程序进行汇编和链接操作。执行调试器，在标签“last”处设置断点并执行程序到该断点处。交互式地验证所执行的计算是否得出了正确的值，这需要根据变量大小输入相应的调试器检查内存命令。

下面是给定的【文本内容】：需按要求完成以下操作：

1. 输入示例程序；
2. 对程序进行汇编和链接操作；
3. 执行调试器；
4. 在标签last处设断点并执行程序；
5. 根据变量大小用调试器检查内存命令验证计算结果。

40、创建一个汇编和链接脚本文件，使用该脚本对程序进行汇编和链接，确保脚本能正确完成汇编和链接操作。

可以创建如下的简单 bash 汇编/链接脚本：

#!/bin/bash
# 简单的汇编/链接脚本。

if [ -z $1 ]; then
    echo "Usage: ./asm64 <asmMainFile> (no extension)"
    exit
fi

将上述脚本内容保存为一个文件，例如 asm64 ，并赋予执行权限：
chmod +x asm64 。

然后在命令行中运行 ./asm64 <asmMainFile> （ <asmMainFile> 为无扩展名的汇编主文件名）来进行汇编和链接操作。

41、解释以下两条指令的区别：1. mov rdx, qword [qVar1] 2. mov rdx, qVar1

下面是给定的【文本内容】：

指令1 mov rdx, qword [qVar1] 是将内存地址 qVar1 处存储的8字节（64位）数据移动到寄存器 rdx 中；

指令2 mov rdx, qVar1 是将变量 qVar1 的地址本身移动到寄存器 rdx 中。

42、以下列出的每条指令的源操作数的寻址模式是什么？请用寄存器、立即数、内存或非法指令作答。注意，mov <目的操作数>, <源操作数> 。指令如下：mov ebx, 14；mov ecx, dword [rbx]；mov byte [rbx+4], 10；mov 10, rcx；mov dl, ah；mov ax, word [rsi+4]；mov cx, word [rbx+rsi]；mov ax, byte [rbx]。

mov ebx, 14 ：立即数
mov ecx, dword [rbx] ：内存
mov byte [rbx+4], 10 ：立即数
mov 10, rcx ：非法指令
mov dl, ah ：寄存器
mov ax, word [rsi+4] ：内存
mov cx, word [rbx+rsi] ：内存
mov ax, byte [rbx] ：内存

43、给定以下变量声明和代码片段：ans1 dd 7 mov rax, 3 mov rbx, ans1 add eax, dword [rbx] 执行后eax寄存器中的值是什么？以十六进制、完整寄存器大小显示答案。

0x0000000A

44、给定以下变量声明和代码片段：list1 dd 2, 3, 4, 5, 6, 7 mov rbx, list1 add rbx, 4 mov eax, dword [rbx] mov edx, dword [list1] 执行后eax和edx寄存器中的值是什么？以十六进制、完整寄存器大小显示答案。

eax寄存器的值为0x00000003，edx寄存器的值为0x00000002

45、实现示例程序来计算一个数字列表的总和。使用调试器执行该程序并显示最终结果。创建一个调试器输入文件来展示结果。

按要求实现计算数字列表总和的示例程序
利用调试器运行该程序
显示最终计算得到的总和结果
创建调试器输入文件记录该结果

46、创建一个程序来对一个数字列表进行排序。使用以下冒泡排序算法：从列表长度减 1 开始到 0 进行外层循环，每次外层循环开始时将交换标志设为 false，在内层循环中从 0 到当前外层循环变量减 1 进行遍历，如果当前元素大于后一个元素，则交换这两个元素，并将交换标志设为 true。若某一次外层循环中交换标志一直为 false，则提前结束排序。使用调试器执行该程序并显示最终结果，同时创建一个调试器输入文件来展示结果。

冒泡排序程序与调试步骤

首先按照给定的冒泡排序算法编写程序对数字列表排序，然后使用调试器运行该程序以获取最终排序好的列表，最后创建一个调试器输入文件来展示排序结果。

对于具体代码实现，以 Python 为例：

lst = [5, 3, 8, 4, 2]
len_lst = len(lst)
for i in range(len_lst - 1, 0, -1):
    swapped = False
    for j in range(0, i):
        if lst[j] > lst[j + 1]:
            tmp = lst[j]
            lst[j] = lst[j + 1]
            lst[j + 1] = tmp
            swapped = True
    if not swapped:
        break
print('排序后的列表:', lst)

对于调试和创建调试器输入文件，不同的开发环境操作不同。例如在 PyCharm 中，可以设置断点进行调试，将排序结果输出到文件作为调试器输入文件展示结果。

47、哪个寄存器指向栈顶？

rsp寄存器用于指向当前栈顶。

48、执行 push rax 指令会产生哪两个结果？

首先，相应地调整rsp（rsp - 8），然后将操作数复制到[rsp]。

49、pop rax 指令从栈中移除多少字节的数据？

8 字节

50、给定以下代码片段：mov r10, 1 mov r11, 2 mov r12, 3 push r10 push r11 push r12 pop r10 pop r11 pop r12 执行后 r10、r11 和 r12 寄存器中的值是什么？以十六进制、完整寄存器大小显示答案。

r10: 0x0000000000000001，r11: 0x0000000000000002，r12: 0x0000000000000003

51、给定以下变量声明和代码片段：lst dq 1, 3, 5, 7, 9 mov rsi, 0 mov rcx, 5 lp1: push qword [lst+rsi 8] inc rsi loop lp1 mov rsi, 0 mov rcx, 5 lp2: pop qword [lst+rsi 8] inc rsi loop lp2 mov rbx, qword [lst] 解释代码执行后的结果是什么？

代码首先将列表 lst 中的元素依次压入栈中，然后再从栈中弹出元素依次存回 lst 中，实现了列表元素的逆序。

最后将逆序后 lst 的第一个元素（即原来的最后一个元素 9 ）存入 rbx 寄存器。所以执行后 rbx 寄存器的值为 9 。

52、实现一个示例程序来反转一个数字列表。使用调试器执行该程序并显示最终结果。创建一个调试器输入文件来展示结果。

以下是用于反转数字列表的示例程序代码：

; Simple example demonstrating basic stack operations.
; Reverse a list of numbers - in place.
; Method: Put each number on stack, then pop each number
; back off, and then put back into memory.
; *****************************************************
; Data declarations section
.data
; -----
; Define constants
EXIT_SUCCESS equ 0        ; successful operation
SYS_exit    equ 60      ; call code for terminate

; -----
; Define Data.
numbers     dq 121, 122, 123, 124, 125
len         dq 5

; ****************************************************
section .text
global _start

_start:
    ; Loop to put numbers on stack.
    mov rcx, qword [len]
    mov rbx, numbers
    mov r12, 0
    mov rax, 0
pushLoop:
    push qword [rbx + r12*8]
    inc r12
    loop pushLoop

    ; Loop to pop numbers from stack and put back into array
    mov rcx, qword [len]
    mov r12, 0
popLoop:
    pop qword [rbx + r12*8]
    inc r12
    loop popLoop

    ; Exit the program
    mov rax, SYS_exit
    mov rdi, EXIT_SUCCESS
    syscall

要使用调试器执行该程序并显示最终结果，可按以下步骤操作：

保存上述代码为一个 .asm 文件，例如 reverse_numbers.asm 。
汇编并链接该文件：
nasm -f elf64 reverse_numbers.asm -o reverse_numbers.o ld reverse_numbers.o -o reverse_numbers
使用调试器（如 GDB）调试程序：
gdb reverse_numbers
在 GDB 中设置断点、单步执行等操作来观察程序执行过程和最终结果。
为创建调试器输入文件，可将 GDB 中的命令保存到一个文件中，例如 gdb_input.txt ，文件内容可包含设置断点、运行程序等命令，然后在 GDB 中使用 source gdb_input.txt 执行这些命令。