分类：N08_C与汇编
### 汇编语言课程设计课程内容
#### 1. 绪论
##### 1.1 我们要学汇编语言
> 汇编语言仍在发挥不可替代的作用：
>>
>> 效率
>>> 运行效率：开发软件的核心部件，快速执行和实时响应
>>> 开发效率：做适合的事，开发效率无敌
>>
>> 底层：计算机及外围设备的驱动程序
>>> 操作系统的内核
>>> 嵌入式系统：家用电器、仪器仪表、物联网等等
>
> 汇编语言在学习计算机中起到的独特作用-直击计算机系统的核心
>> 便于加深对计算机原理和操作的理解
>> 通过学习和使用汇编语言，能够感知，体会和理解及其的逻辑功能
>>> 向上为理解各种软件系统的原理，打下技术理论基础
>>> 向下为掌握硬件系统的原理，打下实践应用基础
>>
>> 学会底层的程序调试和错误分析方法
##### 1.2 由机器语言到汇编语言
###### 机器语言与机器指令
1. 机器语言是机器指令的集合
2. 机器指令是一台机器可以正确执行的命令
3. 机器指令是由一串二进制数表示，例：01010000
4. 电平脉冲：高低电平组成
5. 早期程序员门的工作状态
> 将0、1的数字编程的程序代码打在卡带或卡片上，1打孔，0不打孔，再将程序通过纸带机或卡片机输入计算机，进行运算。
###### 汇编语言与汇编指令
1. 汇编语言的主题是汇编指令
2. 汇编指令和机器指令的差别在于指令的表示方法上
> 汇编指令是机器指令便于记忆的书写格式
> 汇编指令是机器指令的助记符
```
机器指令：1000100111011000
操作：将寄存器BX的内容送到AX中
汇编指令：MOV AX BX
```
3. 寄存器：CPU中可以存储数据的器件，一个CPU中有多个寄存器
4. 用汇编语言编写程序的工作过程
程序员->编写->汇编指令->经过编译器->生成->机器码
```
;汇编语言程序实例
assume cs:codesg
codesg segment
start:
mov ax, 0123H
mov bx, 0456H
add ax, bx
add ax, ax
mov ax, 4c00h
int 21h
codesg ends
end
```
> 以上代码说明：
>> 伪指令（由编译器执行）如：assume, codesg
>> 汇编指令（机器码的助记符）如：mov, add
>> 其他符号（由编译器识别）如：start, end
##### 1.3 计算机的组成
##### 1.4 内存的读写与地址空间
##### 1.5 汇编语言实践环境搭建
#### 2. 访问寄存器和内存
##### 2.0 阶段导学
##### 2.1 寄存器及数字存储
1. 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
2. 共性
- 8086CPU所有的寄存器都是16位的，可以存放2个字节
##### 2.2 mov和add指令
1. 学习汇编指令 - 用中学
|汇编指令|控制CPU完成的操作|用高级语言的语法描述|
|---|---|---|
|mov ax, 18|将18送入AX|AX =18|
|mov ah, 78|将78送入AH|AH = 78|
|add ax, 8|将寄存器AX中的数值加上8|AX=AX+8|
|mov ax, bx|将寄存器BX中的数据送入寄存器AX|AX=BX|
|add ax, bx|将AX，BX中的内容相加，结果存到AX中|AX=AX+BX|
> 注：汇编指令不区分大小写
##### 2.3 确定物理地址的方法
1. 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室一个一维的线性空间
- 每一个聂村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，可传递20位地址，寻址能力为1M
* 8086是16位结构的CPU
1. 运行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
2. 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如何处理在地址空间上的这个矛盾
- 8086CPU的解决办法：
* 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X16 + 偏移地址
例如：
```
段地址：1230
+ 偏移地址： 00C8
---------------
物理地址：123C8
```
- 本质含义：
* CPU在访问内存时，用一个基础地址(段地址X16)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
##### 2.4 内存的分段表示法
###### 用分段的方式管理内存
1. 8086CPU用“（段地址X16）+偏移地址= 物理地址”的方式给出内存单元的物理地址
2. 存层并没有分段，段的划分来自于CPU
###### 同一段内存，多种分段方案
1. 起始地址（基础地址）为10000H
2. 段地址位1000H，大小为100H
> 或者：
1. 起始地址（基础地址）为10000H和10080H，
2. 段地址为1000H和1008H，大小均为80H
###### 用不同的段地址和偏移地址形成同一个物理地址
|物理地址|段地址|偏移地址|
|-|-|-|
|21F60H|2000H|1F60H|
|21F60H|2100H|0F60H|
|21F60H|21F0H|0F60H|
|21F60H|21F6H|0000H|
|21F60H|1F00H|2F60H|
1. 在8086PC机种存储单元地址的表示方法
2. 例如：数据在21F60H内存单元中，段地址是2000H,说法
* （a）数据存在内存2000:1F60单元中；
* （b) 数据存在内存的2000H段中的1F60H单元中
3. 偏移地址16位，变化范围为0-FFFH，用偏移地址最多寻址64KB
4. 例：给定段地址2000H，用偏移地址寻址的范围：20000H-2FFFFFH,共64K
###### 段地址很重要！ 用专门的寄存器存放段地址
> 4个段寄存器：
- CS-代码寄存器
- DS-数据段寄存器
- SS-栈段寄存器
- ES-附加段寄存器
> 偏移地址可以用多种方式提供- 8086丰富的取址方式
##### 2.5 Debug的使用
###### Debug是什么
1. Debug 是DOS系统中的著名的调试程序，也可以运行在windows系统模式下
2. 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
##### 2.6 CS、IP与代码段
###### 两个关键的寄存器
1. CS：代码段寄存器
2. IP：指令指针寄存器
3. CS:IP :CPU将内存中CS:IP 指向的内容当作指令执行
4. 示例：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，通过地址加法器获得内存实际地址，并通过数据总线将指令输入到指令缓冲器，等待cup执行。
* 内存20000H-20009H处存放着可执行的机器代码
5. 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
##### 2.7 jmp指令
###### 修改CS、IP的指令
1. 事实：执行何处的指令，取决于cs:ip
2. 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
3. 问题：如何修改CS、IP的值
4. 方法1：Debug中的R命令可以修改寄存器的值-rcs,rip
* DeBug 是调试手段，并非程序方法
5. 方法2：用指令修改(是禁止的，8086CPU不提供对CS和IP修改的指令)
* mov cs 2000H
* mov ip 0000H
6. 方法3：转移指令jmp
###### 转移指令jmp
1. 同时修改CS、IP的内容
* jmp 段地址：偏移地址
jmp 2AE#: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。
2. 仅修改IP的内容
* jmp某一合法寄存器
jmp ax (类似与 mov IP，ax)
jmp bx (类似与 mov IP，bx)
##### 3.1 内存中字的存储
###### 内存中字的存储
1. 事实：对8086CPU，16位作为一个字
2. 问题：16位的字存储在一个16位的寄存器中，如何存储
3. 回答：高8位放高字节，低8位放低字节
4. 问题：16位的字在内存中需要2个连续字节存储，怎么存放？
5. 回答：低位字节存在低地址单元，高位字节存在高地址单元
* 20000D(4E20H)存放0,1两个单元，18D(0012H)存放在2,3两个单元
###### 字单元
1. 字单元：由2个地址连续的内存单元组成，存放一个字形数据(16位)
2. 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
* 在起始位置为0的单元中，存放的是4E20H
* 在起始位置为2的单元中，存放的是0012H
3. 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 用DS和[address]实现字的传送
###### 要解决的问题：CPU从内存单元中要读取数据
1. 要求：CPU要读取的一个内存单元的时候，必须先给出这个内存单元的地址；
2. 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）
3. 解决方案：DS和[address]配合
1. 用DS寄存器存放要访问的数据的段地址
2. 偏移地址用[...]形式直接给出
```
例1：
mov bx, 1000H
mov ds, bx
mov al, [0]
```
> 将10000H（1000:0）中的数据读到al中
```
例2：
mov bx, 1000H
mov ds, bx
mov [0], al
```
> 将al中的数据写到10000H（1000:0）中
4. 将段地址送入DS的两种地址方法
* 法1 mov ds, 1000H
* 法2 mov bx, 1000H
mov ds, bx
> 8086CPU 不支持将数据直接送入段寄存器（硬件设计的问题）
* 套路：数据->一般寄存器->段寄存器
```
内存：
10000H 23
10001H 11
10002H 22
10003H 66
指令
mov ax, 1000H
mov ds, ax
mov ax, [0]
mov bx, [2]
mov cx, [1]
add bx, [1]
add cx, [2]
```
##### 3.3 DS与数据段
###### 1.用mov 指令操作数据
|指令形式|示例|
|-|-|
|mov 寄存器，数据|mov ax,8|
|mov 寄存器，寄存器|mov ax,bx|
|mov 寄存器， 内存单元|mov ax, [0]|
|mov 内存单元，寄存器|mov [0], ax|
|mov 段寄存器，寄存器|mov ds, ax|
> 已知：mov 段寄存器， 寄存器
* 推测：mov 寄存器， 段寄存器
> 已知：mov 内存单元，寄存器
* 推测：mov 内存单元，段寄存器
* 推测：mov 段寄存器， 内存单元
> 已知：mov 寄存器， 数据
* 推测：mov 段寄存器， 数据（不行）
###### 2.加法add和减法sub指令
|add指令形式|示例|
|-|-|
|add 寄存器，数据|add ax, 8|
|add 寄存器，寄存器|add ax, bx|
|add 寄存器，内存单元|add ax, [0]|
|add 内存单元，寄存器|add [0], ax|
##### 3.4 栈与栈操作的实现
###### 1. 栈结构
1. 栈是一种只能在一端进行插入或者删除的数据结构
2. 栈有两个基本的操作：入栈和出栈
1. 入栈：将一个新的元素放到栈顶
2. 出栈：从栈顶取出一个元素
3. 栈顶的元素总是最最后入栈，需要出栈时，又最先被从栈中取出
4. 栈的操作规则：LIFO (Last In First Out, 后进先出)
5. CPU提供的栈机制
1. 现在的CPU中都有栈的设计
2. 8086CPU提供相关的指令，支持用栈的方式访问内存空间
3. 基于8086CPU的编程，可以将一端内存当作栈来使用
6. PUSH（入栈）和POP（出栈）指令
1. push ax: 将ax中的数据送入栈中
2. pop ax: 将栈顶取出数据送入ax(以字为单位对栈进行操作)
3. 例：将100000H-1000FH内存当作栈来使用
```
mov ax, 0123H
push ax
mov bx, 2266H
push bx
mov cx, 1122H
push cx
pop ax
pop bx
pop cx
```
7. 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，如何知道那个单元是栈顶单元
8. 回答：
> 8086 CPU中，有2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
9. 栈的操作
```
mov ax, 1000H
mov ss, ax
mov sp, 0010H
mov ax, 001AH
mov bx, 001BH
push ax
push bx
pop ax
pop bx
```
> 说明：
1. push ax
- 1 SP = SP -1;
- 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
2. 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
3. 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？
* 当栈满的时候再使用push指令入栈，将发生栈顶超界问题
* 当栈空的时候再使用pop指令出栈，将发生栈顶超界问题
4. 栈顶超界问题的解决
- 只能靠程序员自己解决
10. 栈的总结
1. push，pop实质上就是一种内存传送指令，可以在寄存器和内存直接传送数据，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
2. 执行push和pop指令时，SP中的内存自动改变
3. 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
##### 3.5 关于“段”的总结
###### 1. 各种段
1. 基础：物理地址 = 段地址X16+偏移地址
2. 做法
1. 编程时，可以根据需要将一组内存单元定义为一个段
2. 可以将起始地址为16的倍速，长度为N(N<=64K)的一组地址连续的内存单元，定义为一个段
3. 将一端内存定义为一个段，用一个段地址指示段，用偏移地址反问段内的单元，在程序中可以完全由程序员安排
3. 三种段
> 1.数据段
- 1. 将段地址放到DS中
- 2. 用mov,add,sub等访问单元的指令时，CPU将我们定义的数据段中的内容当作数据段来访问
> 2.代码段
- 1. 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
- 2. CPU将执行我们定义的代码段中的指令
> 3.栈段
- 1. 将段地址放在SS中，将栈顶单元的偏移地址放在SP中
- 2. 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
4. 综合示例：按要求设置段并执行代码
```
mov bx, 1000H
mov ds, bx
mov bx, 1001H
mov ss, bx
mov sp, 10H
mov ax, [0]
mov bx, [2]
push ax
push bx
pop ax
pop bx
mov [0], ax
mov [2], bx
```
#### 3. 汇编语言程序
##### 4.1 用汇编语言写的源程序
###### 1. 用汇编语言编写程序的工作过程
1. 汇编程序：包含汇编指令和伪指令的文本
2. 汇编指令：对应机器码的指令，可以被编译为机器指令，最终被CPU执行
3. 伪指令：没有对应的机器码的指令，最终不被CPU所执行
4. 谁来执行伪指令呢？
- 伪指令是由编译器来执行的指令，编译器根据伪指令来进行相关的编译工作
5. 程序返回(套路)：程序结束运行后，将CPU的控制权交给使他运行的程序(常为DOS系统)
###### 2. 程序中的三种伪指令
1. 段定义
1. 一个汇编程序是由多个段组成的，这些段被用来存放代码，数据或当作栈空间来使用
2. 一个有意义的汇编程序中至少由一个段，这个段用来存放代码
3. 定义程序中的段：每一个段都需要有段名
* 段名 segment --段的开始
* 段名 ends --段的结束
2. end(不是ends)
> 汇编程序的结束标记。若程序结尾处不加end,编译器在编译程序时，无法知道程序在何处结束
3. assume(假设)
> 含义是假设每一段寄存器和程序中的某一个用segment...ends定义的段相关联--assume cs:codesg指CS寄存器与codesg关联，将定义的codesg当作程序的代码段使用
```
assume cs:codesg
codesg segment
start:
mov ax, 0123H
mov bx, 0456H
add ax, bx
add ax, ax
mov ax, 4c00h
int 21h
codesg ends
end
```
###### 3. 源程序经编译链接后变为机器码
###### 4. 汇编程序的结构
1. 在Debug中直接写入指令编写的汇编程序
1. 适用于功能简单，短小精悍的程序
2. 只需要包含汇编指令即可
```
debug
-a
mov ax, 27a1
add ax, 892C
```
2. 单独编写成为源程序后再编译为可执行文件的程序
1. 使用与编写大程序
2. 需要包含汇编指令，还要有知道编译器工作的伪指令
3. 源程序有一些段构成，这些段存放代码、数据，或将某个段当做栈空间。
```
assume cs:code, ds:data, ss:stack
data segment
dw 0123H,0456H,0789H,0abcH,0defH
data ends
stack segment
dw 0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0
stack ends
code segment
mov ax,stack
mov ss,ax
mov sp, 20h ;设置栈段
mov ax, data
mov ds, ax ;设置数据段
mov bx,0
mov cx,8
s:push [bx]
add bx,2
loop s
...
code ends
end
```
##### 4.2 由源程序到程序运行
##### 4.3 用Debug跟踪程序的执行
##### 5.1 [...]和(...)
##### 5.2 Loop指令
##### 5.3 Loop指令使用再例
##### 5.4 段前缀的使用
##### 6.1 在代码段中使用数据
##### 6.2 在代码段中使用栈
##### 6.3 将数据、代码、栈放入不同段
#### 4. 内存寻址方式
#### 5. 流程转移和子程序
#### 6. 中断及其应用
#### 7. 高级汇编语言技术