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汇编语言学习笔记（三）：寄存器（内存访问）
|汇编语言

学习参考：汇编语言（第2版）王爽

  • 内存中字的存储
  • DS 和 [address]
  • mov、add、sub 指令
  • 小结
  • CPU 提供的栈机制
  • push、pop 指令
  • 小结

内存中字的存储

字单元的概念：字单元，即存放一个字形数据（16 位）的内存单元，由两个地址连续的内存单元组成。高地址内存单元中存放字形数据的高位字节，低地址内存单元中存放字形数据的低位字节

我们将起始地址为 N 的字单元简称为 N 地址字单元。比如一个字单元由 2、3 两个内存单元组成，则这个字单元的起始地址为 2，我们可以说这是 2 地址字单元。

举例来说，下面有一个内存中字的存储

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0 | 20H |
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1 | 4EH |
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2 | 12H |
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3 | 00H |
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4 |     |
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对 0 地址字单元来说，0 号单元是低地址单元，1 号单元是高地址单元，则字型数据 4E20H 的低位字节存放在 0 号单元中，高位字节存放在 1 号单元中。

  • 0 地址单元中存放的字节型数据是 20H
  • 0 地址字单元中存放的字型数据是 4E20H
  • …

综上，任何两个地址连续的内存单元，N 号单元和 N+1 号单元，可以将它们看成两个内存单元，也可以看成一个地址为 N 的字单元中的高位字节单元和低位字节单元

DS 和 [address]

DS 寄存器，通常用来存放要访问数据的段地址

比如我们要读取 10000H 单元的内容，可以用如下的程序段进行

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

上面三条指令将 10000H (1000:0) 中的数据读到 al 中

下面详细说明指令的含义

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mov al,[0]

使用 mov 指令讲一个内存单元的内容送入一个寄存器中。

“[…]” 表示一个内存单元，“[…]” 中的 0 表示内存单元的偏移地址。但是只有偏移地址是不能定位一个内存单元的，那么内存单元的段地址是在指令执行时，8086CPU 自动取 ds 中的数据为内存单元的段地址。

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mov bx,1000H
mov ds,bx

*如何用 mov 指令从 10000H 中读取数据？
10000H 用段地址和偏移地址表示为 1000:0，我们先将 1000H 放入 ds，然后用 mov al,[0] 完成传送。若要用该指令完成数据从 1000:0 单元到 al 的传送，这条指令执行时，ds 中的内容应为段地址 1000H，所以在这条指令之前应该将 1000H 送入 ds

如何把一个数据送入寄存器？

8086CPU 不支持直接将数据送入段寄存器的操作，ds 是一个段寄存器，所以 mov ds,1000H 这条指令是非法的。所以，只好使用一个寄存器进行中转，即先将 1000H 送入一个一般的寄存器，如 bx，再将 bx 中的内容送入 ds。

Q:写几条指令，将 al 中的数据送入内存单元 10000H 中
A:

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

mov、add、sub 指令

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mov 寄存器,数据          比如:mov ax,8
mov 寄存器,寄存器        比如:mov ax,bx
mov 寄存器,内存单元      比如:mov ax,[0]
mov 内存单元,寄存器      比如:mov [0],ax
mov 寄存器,内存单元      比如:mov ax,[0]
mov 段寄存器,寄存器      比如:mov ds,ax
mov 寄存器,段寄存器      比如:mov ax,ds
mov 段寄存器,内存单元    比如:mov ds,[0]


add 寄存器,数据          比如:add ax,8
add 寄存器,寄存器        比如:add ax,bx
add 寄存器,内存单元      比如:add ax,[0]
add 内存单元,寄存器      比如:add [0],ax


sub 寄存器,数据          比如:sub ax,9
sub 寄存器,寄存器        比如:sub ax,bx
sub 寄存器,内存单元      比如:sub ax,[0]
sub 内存单元,寄存器      比如:sub [0],ax

小结

  1. 字在内存中存储时，要用两个地址连续的内存单元来存放，字的低位字节存放在低地址单元中，高位字节存放在高地址单元中
  2. 用 mov 指令访问内存单元，可以在 mov 指令中只给出单元的偏移地址，此时，段地址默认在 DS 寄存器中
  3. [address] 表示一个偏移地址为 address 的内存单元
  4. 在内存和寄存器之间传送字形数据时，高地址单元和高 8 位寄存器、低地址单元和低 8 位寄存器相对应
  5. mov、add、sub 是具有两个操作对象的指令。jmp 是具有一个操作对象的指令
  6. 可以根据自己的推测，在 Debug 中实验指令的新格式

CPU 提供的栈机制

在基于 8086CPU 编程的时候，可以将一段内存当作栈来使用。8086CPU 提供入栈和出栈指令，最基本的两个是 PUSH（入栈）和 POP （出栈）

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push ax     ;表示将寄存器 ax 中的数据送入栈中
pop ax      ;表示从栈顶取出数据送入 ax

8086CPU 的入栈和出栈操作都是以字为单位进行的

Q：CPU 如何知道栈顶的位置？
A：8086CPU 中，有两个寄存器，段寄存器 SS 和寄存器 SP，栈顶的段地址存放在 SS 中，偏移地址存放在 SP 中，任意时刻，SS:SP 指向栈顶元素。push 指令和 pop 指令执行时，CPU 从 SS 和 SP 中得到栈顶地址

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push ax

该指令的执行，由一下两步完成

  • SP=SP-2，SS:SP 指向当前栈顶前面的单元，以当前栈顶前面的单元为新的栈顶
  • 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

8086CPU 对 push 指令的执行过程如下图

可见，入栈时，栈顶从高地址向低地址方向增长

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pop ax

该指令的执行过程和 push ax 相反，由一下两步完成

  • 将 SS:SP 指向的内存单元处的数据送入 ax 中
  • 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

8086CPU 对 pop 指令的执行过程如下图

注意，出栈后，SS:SP 指向新的栈顶 1000EH，pop 操作前的栈顶元素，1000CH 处的 2266H 依然存在，但已不在栈中，当再次执行 push 等入栈指令后，SS:SP 移至 1000CH，并在里面写入新的数据，将其覆盖

Q：如果将 10000H ~ 1000FH 这段空间当作栈，初始状态是空的，此时，SS=1000H，SP=？
A：SP=0010H

换一个角度看，任意时刻，SS:SP 指向栈顶元素，当栈为空的时候，栈中没有元素，也就不存在栈顶元素，所以 SS:SP 只能指向栈的最底部单元下面的单元，该单元的偏移地址为栈最底部的字单元的偏移地址+2，栈最底部字单元的地址为 1000:000E，所以栈空时，SP=0010H

push、pop 指令

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push 寄存器     ; 将一个寄存器中的数据入栈
pop  寄存器     ; 出栈，用一个寄存器接收出栈的数据

push 段寄存器   ; 将一个段寄存器中的数据入栈
pop  段寄存器   ; 出栈，用一个段寄存器接收出栈的数据

push 内存单元   ; 将一个内存单元处的字入栈（注意：栈操作都是以字为单位）
pop  内存单元   ; 出栈，用一个内存单元接收出栈的字

举例如下

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mov ax,1000H
mov ds,ax       ;内存单元的段地址要放在 ds 中
push [0]        ;将 1000:0 处的字压入栈中
pop  [2]        ;出栈，出栈的数据送入 1000:2 处

指令执行时，CPU 要知道内存单元的地址，可以从 push、pop 指令中给出内存单元的偏移地址，段地址在指令执行时，CPU 从 ds 中获得

Q：编程

  • 将 10000H ~ 1000FH 这段空间当作栈，初始状态栈是空的
  • 设置 AX=001AH，BX=001BH
  • 利用栈，交换 AX 和 BX 中的数据

A：

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mov ax,1000H
mov ss,ax       ;设置栈的段地址，不能直接想段寄存器送入数据，需要使用寄存器做中转
mov sp,0010H    ;设置偏移地址，栈为空，所以偏移地址应该为最低部单元的偏移地址+1

mov ax,001AH
mov bx,001BH

push ax
push bx

pop ax
pop bx

小结

  • 8086CPU 提供了栈操作机制，方案如下
    1. 在 SS、SP 中存放栈顶的段地址和偏移地址
    2. 提供入栈和出栈指令，它们根据 SS:SP 指示的地址，按照栈的方式访问内存单元
  • push 指令的执行步骤
    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 指向的字单元中送出数据
    2. SP=SP+2
  • 任意时刻，SS:SP 指向栈顶元素
  • 8086CPU 只记录栈顶，栈空间的大小我们要自己管理
  • 用栈来暂存以后要恢复的寄存器的内容时，寄存器出栈的顺序要和入栈的顺序相反
  • push、pop 实质上是一种内存传送指令，注意它们的灵活应用

Q：一个栈段最大可以设为多少？为什么？
A：从栈操作指令所完成的功能上看，push、pop 等指令在执行的时候只修改 SP，所以栈顶的变化范围为 0 ~ FFFFH，从栈空时候的 SP=0，一直压栈，直到栈满时 SP=0；如果再次压栈，栈顶将环绕，覆盖原来栈中的内容。所以一个栈段的容量最大为 64KB。

一段内存，可以既是代码的存储空间，又是数据的存储空间，还可以是栈空间，也可以什么也不是，关键在于CPU 中寄存器的设置，即 CS、IP、SS、SP、DS 的指向

Author: Inno Fang
Link: http://innofang.github.io/2017/11/19/%E6%B1%87%E7%BC%96%E8%AF%AD%E8%A8%80%E5%AD%A6%E4%B9%A0%E7%AC%94%E8%AE%B0%EF%BC%88%E4%B8%89%EF%BC%89%EF%BC%9A%E5%AF%84%E5%AD%98%E5%99%A8%EF%BC%88%E5%86%85%E5%AD%98%E8%AE%BF%E9%97%AE%EF%BC%89/
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