华科-汇编语言程序设计幻灯片第1章

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1、第一章 预备知识,一、本章的学习内容： 本章学习汇编语言的预备知识： 1什么是汇编语言? 2Intel 80X86微处理器中的寄存器组 3主存储器的编址方式及物理地址的形成方式 4. 数和符号在计算机中的表示方法 5. 标志寄存器 6汇编源程序的基本结构,第一章 预备知识,第一章 预备知识,二、本章的学习重点： 1汇编语言、汇编程序的概念 280X86寄存器组 3. 堆栈的概念、进栈、出栈指令 4实模式和保护模式下物理地址的形成 5. 整数和字符串的表示方法 6. CF、OF、ZF、SF标志位 7汇编源程序举例,三、本章学习的难点： 1寄存器组各个寄存器的名称和用途 2PUSH/POP指令、堆

2、栈指示器的变化 3保护模式下物理地址的形成 4. 有符号数、无符号数及其运算对于标志寄存器 的影响,第一章 预备知识,1.1 机器语言与汇编语言,1. 机器语言（指令） 机器语言的特点： 由0和1组成的二进制码。 (2) 能为计算机识别并执行。 (3) 不同类型的机器，不同类型的CPU都有自己特有的、一定数量的基本指令。,机器指令(硬指令):指挥计算机完成某一基本操作的命令,是面向机器的。 操作种类 操作数存放位置 例： 1011 1011 BB 操作码 0011 0100 34 操作数 0001 0010 12 操作：1234H BX,1.1 机器语言与汇编语言,操作码,地址码,指令系统：每

3、台计算机都规定了自己所特有的、一定数量的基本命令，这批指令的全体为计算机的指令系统 机器语言：机器指令的集合 机器语言程序：用机器语言编写的程序,1.1 机器语言与汇编语言,2. 汇编语言(改进的方案) 助记符 变量或标号 汇编语言：一种用符号书写的、其操作与机器指令一一对应的，并遵循一定语法规则的计算机语言。,1.1 机器语言与汇编语言,操作码,地址码,例2：刚才的例子若用汇编语言来书写： 操作码 地址码 BB 34 12 MOV BX， 1234H,1.1 机器语言与汇编语言,汇编源程序 用汇编语言编写的程序类似于高级语言编写的源程序 汇编程序 把汇编源程序翻译成目标程序的（语言加工）程序

4、类似于高级语言的编译程序 汇编 汇编程序对源程序进行翻译的过程 类似于高级语言的编译过程,1.1 机器语言与汇编语言,机器语言、汇编语言和高级语言的比较,1.1 机器语言与汇编语言,1.2 Intel系列机简介,微型计算机的构成,1.2.2 80x86微处理器结构,80x86微处理器结构,1总线接口部件: 是CPU与计算机系统中其它功能部件之间的高速接口 功能：接受所有的总线操作请求，并按优先权进 行选择，最大限度地利用本身的资源为这 些请求服务。 2执行部件：寄存器组、标志寄存器、算逻部件、 控制部件等组成 功能：从译码指令队列中取出指令并且执行,1.2.2 80x86微处理器结构,（1）

5、数据寄存器组(EAX，EBX，ECX，EDX) EAX (累加器)Accumulator EBX (基址寄存器)Base ECX (计数寄存器)Count EDX (数据寄存器)Data 作用 ：用来保存操作数、运算结果或作指示 器、变址寄存器，减少存取操作数所需 要的访问总线和主存储器的时间，加快 运行速度。,1.2.2 80x86微处理器结构,注意： 它们既可作32位、16位寄存器，也可作8位寄存器使用。 8位的寄存器不能作指示器或变址寄存器。,1.2.2 80x86微处理器结构,（2） 指示器变址寄存器组(ESI、EDI、ESP、EBP) 作用：一般用来存放操作数的偏移地址，用作 指示器

6、或变址寄存器。 ESP（Stack Pointer），称为堆栈指示器，存放的是当前堆栈段中栈顶的偏移地址； EBP(Base Pointer)，为对堆栈操作的基址寄存器； ESI(Source Index)，称为源变址寄址器；字符串指令源操作数的指示器 EDI(Destination Index)，称为目的变址寄存器；字符串指令目的操作数的指示器,1.2.2 80x86微处理器结构,3. 指令预取部件和指令译码部件 指令预取部件:通过总线接口部件，把将要执行的指令从主存中取出，送入指令排队机构中排队。 指令译码部件:从指令预取部件中读出指令并译码，再送入译码指令队列排队供执行部件使用。 指令（

7、地址）指示器:它总是保存着下一条将要被CPU执行的指令的偏移地址(简称EA)，其值为该指令到所在段首址的字节距离。,1.2.2 80x86微处理器结构,4分段部件和分页部件 使用分段部件和分页部件实现虚拟存储空间映射到物理存储空间 程序员使用二维地址 段地址：段内偏移地址 分段部件 段地址：段内偏移地址 一维的线性的地址 分页部件 虚拟的线性的地址 主存储器的物理地址,1.2.2 80x86微处理器结构,段寄存器：低档处理器保存段首地址，高档处理器保存选择字 代码段寄存器 CS 堆栈段寄存器 SS 数据段寄存器 DS 附加段寄存器 ES 附加段寄存器 FS 附加段寄存器 GS,1.2.2 80

8、x86微处理器结构,指令执行过程： (1) 指令预取部件和指令译码部件 EIP 指令的偏移地址 EIP增量，形成下一条指令的地址 (2) 分段部件和分页部件 CS : EIP 指令的物理地址 (3) 总线接口部件 从主存中取指令 预取指令队列,1.2.2 80x86微处理器结构,(4) CPU按序从预取指令队列中取出指令 指令译码部件。 (5) 指令译码部件译码 执行部件执行指令; (6) 执行过程中若需要取主存操作数 操作数偏移地址 (7) 分段部件和分页部件 偏移地址 , 段寄存器 操作数的物理地址 (8) 总线接口部件 从主存中取数据 执行部件,1.2.2 80x86微处理器结构,1.

9、实方式（实际地址） 操作相当于一个可进行32位快速运算的8086（内部32位、外部总线16位数据、20位地址） 2. 保护方式（虚地址） 是80X86设计目标全部达到的工作方式，通过对程序使用的存储区采用分段、分页的存储管理机制，达到分级使用互不干扰的保护目的。能为每个任务提供一台虚拟处理器，使每个任务单独执行，快速切换。 3. 虚拟8086方式 保护方式下所提供的同时模拟多个8086处理器。,1.2.2 80x86的三种工作方式,存储器：用来存放程序和数据的装置，包括主存和外存。 主存储器：主机内部的半导体存储器，相对外存，容量小，速度快，成本高。,1.3 主存储器和物理地址的形成,主存储器

10、编址方式 主存储器的基本记忆单元是位，它能记忆/容纳一个二进制数0或1。 8位组成一个字节，当前微机一个存储单元存放一个字节。 为了区别不同的存储单元，每一存储单元都被指定一个编号，编号作为存储单元的物理地址。,1.3.1 主存储器,80X86系统中主存是按字节编址的，即字节作最小访问单位。,1.3.1 主存储器,字：由2个字节组成，字地址由两字节地址较小的一个（即低字节）的地址表示。存放的方式是低8位存放低字节，高8位存放高字节。 双字：双字的地址也由四个字节中的最低地址表示,1.3.1 主存储器,问题: 一个字数据该怎样存入计算机主存呢? 双字数据呢？ 高-高 低-低 字：要占有连续的两个

11、字节. 16位中，低8位存放在低字节地址中，高8位存放在相邻的高字节地址中。 双字：32位中，低16位存放在低字地址中，高16位存放在相邻的高字地址中。,1.3.1 主存储器,1.3.1 主存储器,从逻辑上来看：是内存中开辟的一片存贮区，这片存贮区采用的存贮方式是一端固定，一端活动，即只允许在一端插入或删除(访问可任意)。 堆栈中数据的存取原则: “先进后出”， 堆栈中的数据也称元素或栈项。 元素进栈称压入，出栈称弹出。,1.3.2 堆栈,从硬件的观点看堆栈必须由一片存贮单元和一个指示器组成。 固定端叫栈底。 栈指针用来指示栈顶进栈和出栈时偏移地址的变化 指针所指示的最后存入信息的单元叫栈顶，

12、所有信息的存取都在栈顶进行，栈指针总是指向栈顶的。,1.3.2 堆栈,问题：为什么要用堆栈？ 程序中经常用到子程序或处理中断，此时，主程序需要把子程序或中断程序将用到的寄存器内容保护起来，以便子程序或中断返回后，主程序能够从调用点或中断点处继续执行。 此外，堆栈还经常用于： 保护和恢复现场 主程序和子程序之间传递参数 子程序中的局部变量,1.3.2 堆栈,1.进栈指令PUSH 格式：PUSH OPS 功能：将立即数、寄存器、段寄存器或存贮器中的一个字/双字数据压入堆栈。 例：PUSH AX 设：(AX)=4241H (SP)=10000H 执行： (SP)-2SP (AX)（SP）,1.3.2

13、 堆栈,1.3.2 堆栈,出栈指令POP 格式：POP OPD 功能：将栈顶元素弹出送至某一寄存器、段寄存器(除CS外)或字/双字存贮单元中。 例：POP BX 设指令执行前：(BX)=1111H，堆栈内容如上题所示。,1.3.2 堆栈,1.3.2 堆栈,问题的由来 8086的限制，20位地址总线，16位寄存器(SP，BP，SI，DI)。 问题：如何通过16位寄存器访问1MB的内存 解决：将1M字节主存分段，每段最多64K字节,1.3.3 存储器物理地址的形成,分段管理的方法： 段寄存器保存起始首地址 + 段内偏移地址的总体策略。 段首地址分别存放在：段寄存器CS、DS、ES、SS、FS、GS

14、中 段内偏移地址：段内相对于段起始地址的偏移值，往往由SP、BP、SI、DI、IP给出。,1.3.3 存储器物理地址的形成,1. 实模式 PA = 段寄存器 保存的16位二进制 数后补4个0 + EA,1.3.3 存储器物理地址的形成,分段的实际作用： (1) 实现了16位表示20位的地址； (2) 当程序和数据的大小64KB时，编制的程序可只关心EA，而不用管它的起始地址在哪（便于程序在主存中任何位置运行） (3) 便于不同目的的程序或数据分开存放，使程序各部分的含义更加明确。,1.3.3 存储器物理地址的形成,2. 保护模式 保护什么： 分清不同程序使用的存储区域，不允许随便使用别人的数据

15、和代码。 必要条件： （1）要标记每段存储区的所有者或被使用的权限级别。 （2）要标记使用者是谁（权限级别）。 （3）中间环节：CPU要去判断此次访问是否合法。,1.3.3 存储器物理地址的形成,(1) 如何标记存储区 操作系统每次将某块存储区分给某程序使用时，用8个字节的描述符描述这段存储区的特征。,1.3.3 存储器物理地址的形成,1.3.3 存储器物理地址的形成,(2) 如何标记使用者,1.3.3 存储器物理地址的形成,程序的权限由程序所在的段决定，由当前程序正在使用的段寄存器内的段选择符反映。,1.3.3 存储器物理地址的形成,（3）中间执行环节：CPU去判断 例如，执行：MOV AL

16、，DS：100H 设： （CS）= 0000000000001 1 11 B， （DS）= 0000000000001 0 01 B， （a）程序权限与被访问数据段的权限的关系； （b）（DS）指向的描述表中寻找描述符； （c）对应描述符描述的段是否可以被访问；（类别、权限） （d）从描述符2中提取段的首地址（32位）； （e）段的首地址（32位）+32位EA（100H）= 线性地址，不分页时即为PA （f）送出PA，选中存储单元，将内容读出后送入AL中。,1.3.3 存储器物理地址的形成,保护方式的实际含义： 程序知道的“段首址”实际上是一个代号，是一个虚拟的起始地址，CPU通过转换才能获得真正的段首地址。 在这个由CPU完成的转换过程中，实现了访问权限的判断，达到了保护的目的。,1.3.3 存储器物理地址的形成,1.4 数据在计算机内的表示