汇编语言（一）

一、编程语言

1）机器语言

        机器语言是机器指令的集合。在计算机中是一串0、1二进制数，计算机转变为高低电平，器件受到震动，进行运算。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使它工作，所以每一种微处理器都有自己的机器指令集，即机器语言。

2）汇编语言

        由于机器码的晦涩难懂和不易查错，很快产生了汇编语言。在汇编语言中，用助记符代替机器指令的操作码，用地址符号或标号代替指令或操作数的地址，便于阅读和记忆，但汇编语言仍然能“看见”机器的硬件结构，可以编写直接访问机器硬件资源的程序 ​ 例如, 操作：寄存器BX的内容送入到AX中 ​ 机器指令：1000100111011000 ​ 汇编指令：mov ax,bx

3）高级语言

        高级语言（High-level programming language）是一种独立于机器，面向过程或对象的语言。高级语言是参照数学语言而设计的近似于日常会话的语言。高级语言程序“看不见”机器的硬件结构，与计算机的硬件结构及指令系统无关，它有更强的表达能力。 ​ 例如，要将2个变量相加并赋值给第三个变量，用高级语言表达为var3=var1+var2 [

        但计算机能读懂的只有机器指令，其他语言编写的程序需要经过翻译程序将其转换成机器语言，这样的程序叫作编译器

二、编译

        计算机能读懂的只有机器指令，其他语言编写的程序需要经过翻译程序将其转换成机器语言，这样的程序叫作编译器。

        现代编译的主要工作流程：源代码 (source code) → 预处理器 (preprocessor) → 编译器 (compiler) → 目标代码 (object code) → 链接器 (Linker) → 可执行程序 (executables)

编译器：就是将“一种语言（通常为高级语言）”翻译为“另一种语言（通常为低级语言）”的程序。、 汇编器（assembler）是一种编译程序，是专门用于将汇编语言源程序转换为机器语言的程序。 链接器（linker）也是一种工具程序，它把汇编器生成的单个文件组合为一个可执行程序。 调试器（debugger），使程序员可以在程序运行时，单步执行程序并检查寄存器和内存状态。

以下是汇编语言从编写到执行的流程：

三、汇编语言

组成： 汇编指令：是机器指令便于记忆的书写格式，与机器语言是一对一（one-to-one）的关系 伪指令：没有对应的机器指令，是由编译器执行的指令，进行相关的编译工作。 运算符号：+、-、*、/ 等，由编译器识别，没有对应的机器码

HelloWorld程序：

//数据段
DATAS  SEGMENT
     STRING  DB  'Hello World!',13,10,'$'
DATAS  ENDS
//代码段
CODES  SEGMENT
     ASSUME    CS:CODES,DS:DATAS
     
START:
     MOV  AX,DATAS
     MOV  DS,AX
     LEA  DX,STRING
     MOV  AH,9
     INT  21H
   
     MOV  AH,4CH
     INT  21H
CODES  ENDS
​
    END   START

四、存储器

        汇编语言是基于计算机硬件系统编程的，且CPU所能访问的是内存地址空间的地址，所以我们必须知道这个系统中内存地址空间分配情况。 ​ 指令与数据的区别：内存和磁盘中，指令和数据并没有区别，都是二进制信息，CPU工作时区分二者。

1）存储器

先了解一下计算机中一些构件：

• 主板：将一些核心器件如CPU、存储器、外围芯片组、扩展插槽等，通过总线相连到一块电路板上。扩展插槽一般插有RAM内存条和各类接口卡。

• 接口卡：扩展插槽上有多个接口卡，通过总线和CPU相连，能直接控制外部设备的工作，是CPU控制外部设备的接口。CPU通过总线向接口卡发送命令，接口卡根据CPU命令控制外设进行工作。

• 存储器：一台存储器中有多个存储器芯片，这些芯片通过总线相连。

根据随机存取方式，可以分为两类随机存储器RAM和只读存储器ROM，RAM可读可写，但必须带电存储，关机后丢失；ROM只能读取不能写入。

根据存储容量和所在位置，又可分为寄存器、高速缓存、主存储器以及外部存储器这 4 类。

• 寄存器是计算机中存储容量最小（通常为 4~8 个字节）、读写速率最快的存储器，位于 CPU 内部。用于临时保存 CPU 运行所需要的数据或者当前 CPU 正在处理的指令，所有需 CPU 处理的数据，都必须经过寄存器。

• 高速缓存是一种存储容量较小、读写效率介于寄存器和主存储器之间的存储器，因此它主要用于协调高速的 CPU 和读写效率低的主存储器之间的数据传输问题。高速缓存可以保存 CPU 经常使用的数据和指令，确保 CPU 使用这些数据时可以直接从高速缓存中找到，而无需再访问主存储器，从而提高 CPU 处理数据的效率。它又可以细分为一级缓存、二级缓存、三级缓存等。对于现代的个人电脑，这三级缓存往往都集成在 CPU 内部；

• 主存储器，简称主存，它有 2 种类型，即 RAM (random access)类型主存和 ROM (read only)类型主存。根据实际场景的需要，不同用途的计算机可以选择配备 RAM 或者 ROM 主存，甚至两种都用。比如，我们现在使用的笔记本电脑中，内存条其实就是集成多个 RAM 存储芯片的电路板；计算机内部还含有多个 ROM 芯片，用于存储 BIOS 系统、某些硬件的驱动程序等等

• 外部存储器，支持永久性地存储数据，同时还支持用户对其内部的数据做修改、删除等操作。注意，CPU 无法直接访问外部存储器，其内部的数据需先传输到 RAM 主存中，CPU 才能访问它。

2）物理地址

        存储器被划分成若干个存储单元，每个存储单元从0开始顺序标号，这些标号可以看作是存储单元在存储器中的地址。 ​ 一个存储单元的大小为1Byte,即8个二进制位。

易混单位：

• 字节：8bit，是计算机处理数据的基本单位，计算机以字节为单位存储和解释信息

• 字：计算机在进行数据处理，一次存取、加工、传送的数据长度称为字(word)。

• 机器字长：CPU一次能处理数据的位数，通常与CPU的寄存器位数有关。

• 存储字长：存储器中一个存储单元的存储地址所存储的二进制代码的位数，即存储器中的MDR的位数。

• 指令字长：计算机指令字的位数。

• 数据字长：计算机数据存储所占用的位数。

物理地址：每一个内存单元都有一个唯一的物理地址。所有内存单元构成的存储空间是一个一维线性空间。

物理地址的形成：以8086CPU为例，其地址线宽度为20，但其为16位结构CPU，一次仅能处理16位地址。8086CPU采用在内部用两个16位地址合成的方法，通过一个地址加法器，形成一个20位物理地址，再输入控制电路。

        8086CPU中，地址加法器采用 物理地址=段地址*16+偏移地址，乘16相当于左移4位（参考10进制中，左移一维相当于乘10，右移一位相当于除以10），本质为 **基础地址+偏移地址=物理地址

3）内存地址空间

        地址总线可寻到的内存单元构成这个CPU的内存地址空间。 对于CPU来说，系统中所有存储器的存储单元都处于一个统一的逻辑存储器中，容量受CPU寻址能力的限制，这个逻辑存储器及我们所说的内存地址空间。

        当我们希望向显示器输出一段信息，那么必须将这段信息写入显存中，显卡才能将它输出到显式器上，向显存中写入数据，则必须知道显存在内存空间的地址。

4)寄存器

        一个典型的CPU由运算器、控制器、寄存器等器件构成，这些器件依靠CPU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，在他们之间进行数据传送。 ​ 对于一个汇编程序来说，程序员面向机器部件通过指令读写部件，通过改变各种寄存器中的内容实现对CPU的控制。

        汇编指令中直接使用寄存器的缩写代表寄存器地址。 ​ 不同数据要存放在不同的寄存器中，如通用寄存器AX、BX、CX、DX通常用来存放一般性数据，新一代寄存器均为16位，但为兼容8位，每个寄存器可分为两个8位寄存器分别记为（ AH,AL），(BH,BL)。

常用寄存器如下：

字在寄存器中的存储：一个字存在一个16位寄存器中，高字节和低字节分别存在寄存器的高8位和低8位寄存器中；也可以看作两个独立的字节型数据。

以下是几条汇编指令：

5）段的概念：

        CPU将若干连续的内存单元逻辑上看作一个段。将内存单元分成较大的段，再通过寄存器协助可以方便地找到目标内存单元的地址，寻址更快和高效。

        段寄存器：寄存段地址，CS、DS、SS、ES，其相对应的指针寄存器是 IP、BP、SP

        8086CPU不支持将数据直接送入段寄存器的操作，故修改段寄存器地址，只能使用 mov 段寄存器，通用寄存器转换

1.代码段：

        CS（Code Segment）代码段寄存器，记录代码起始地址，与此相关的寄存器是IP指令指针寄存器，指令物理地址为 CS*16+IP，CS:IP指向的内容即为指令行

程序员可以通过修改CS、IP内容控制CPU执行目标程序

jmp指令：转移指令，改变CS、IP中的内容

jmp 段地址：偏移地址
    jmp 2AE3:3      执行后CS=2AE3H,IP=0003H,CPU将从2AE33H处读取指令
jmp 寄存器名称
    jmp ax          执行后IP=ax 好似 mov IP,ax

2.数据段：

DS（Data Segment）数据段寄存器，专门存储要访问数据的段地址的一段内存空间

mov bx,1000H        
mov ds,bx
mov al,[0]
将 1000H(1000:0)中的数据读到al中

3）栈段：

        SS（Stack Segment）堆栈段寄存器，是一块特殊访问方式的存储空间，数据遵循先进后出的原则。于此相关的寄存器是SP堆栈指针寄存器，任意时刻as:sp即位栈顶地址。基本的操作为入栈和出栈.

入栈：

出栈：

        注意在栈满时入栈，栈空时出栈都会引起超界，超界会造成栈之外的空间数据、代码意外改写，将会引发一连串的问题，在CPU中设置记录栈上限和下限的寄存器 

小结

五、总线

        CPU需要获取存储器中的数据或指令进行计算，最后有将计算结果输出到存储器中。如何快速高效的读写存储器的数据呢？

首先CPU若要进行数据的读写，必须跟外部器件下面三类信息的交互：

1）存储单元地址。 ​
2）操作哪一个硬件，指明是读命令还是写命令(控制信息) ​
3）读入或写出的数据

其次，电子计算机能处理、传输的信息都是电信号，电信号当然是用导线传送，每一个CPU都有许多管脚，这些管脚和外部其他部件通过导线相连，通常称为总线。物理上总线就是一根根导线的集合，逻辑上可分为三类： ​
        a.地址总线：传送指定存储单元地址的，地址总线能传送多少个不同的信息，CPU就可以对多少个存储单元进行寻址，决定了CPU的寻址能力。如一个CPU有10根导线，共有2的10次方个电信号，所以能够找寻1024个地址单元 ​
        b.控制总线：CPU通过控制总线发送信号对外部器件控制的，有N跟控制总线，意味着对外部有2的N次方中控制，其决定了对外部器件的控制能力。 ​
        c.数据总线：传输CPU与其他器件之间的数据传送。N跟数据总线一次可以传送8位二进制数据。

六、基本指令

mov 寄存器，数据/寄存器/内存单元
mov 寄存器，[内存单元]
mov 段寄存器，寄存器

add 寄存器，数据/寄存器/内存单元
add [内存单元]，寄存器
sub 寄存器，数据/寄存器/内存单元
sub [内存单元]，寄存器