2 访问寄存器和内存

学习笔记
作者: MingXiao

2.1 寄存器和数据存储

8086的CPU和内存

其中EU(Execution Unit)和BIU(Bus Interface Unit)

8086有14个寄存器

  • 通用寄存器AX,BX,CX,DX都可以分为高位和低位
  • CS：IP是存放指令的地址组合

所有寄存器都是16位的，可以存放两个字节，上述四个都可以分为两个独立的八位寄存器使用（AX=AH+AL）

8086是16位字长（1个字），一次可以处理一个寄存器的内容，一个寄存器存储一个字

2.2 MOV和ADD指令

汇编指令 控制CPU 高级语言
mov ax, 18 把18送入ax ax = 18
mov ax, bx 把bx的值送入ax ax = bx
add ax, 8 ax的值加8 ax += 8
add ax, bx ax的值加bx的值 ax += bx

汇编指令不区分大小写

例：ax=8226h，bx=8226h，执行add ax, bx，得到ax=？

解：ax=044ch，本来是1044ch，但是ax只有16位，去掉msb

例：ax=00c5h，bx=8293h，执行add al, bl，得到ax=？

解：ax=0058h，本来是0158h，但是al只有8位，去掉msb

2.3 确定物理地址

所有的内存单元构成的存储空间是线性的（C++的数组）

8086的寻址能力是\(2^{20}\)，但是它是16位机，只能一次处理16bit，需要使用地址加法器合成物理地址

合成方法：段地址*16+偏移地址=物理地址

都是16进制表示，*16表示末尾加一个0，转为2进制就是多0000，变成了20bit

8086处理物理地址的过程

2.4 内存分段表示

内存本身是连续的，段的划分来自CPU（就是段地址的划分）

段地址由于16，所以*段的起始地址一定是16的倍数，在二进制中表现为0000结尾；偏移地址为16bit，故每个段最大长度\(2^{16}=64\)kB

不同的段地址和偏移地址可以表示一个物理地址，如2000h*16+1F60h=2100h*16+0F60h

2.5 Debug常见命令

R（Register）查看、改变寄存器的内容；R 寄存器名 改变指定寄存器内容（-r ax /endl ax 1234，ax=1234）

D（Data）查看内存内容，列出预设地址内存的128个字节（8*16，一个地址2bit）的内容

  • -d 段地址：偏移地址 （结尾偏移地址）列出指定位置的内存内容

E（Edit）改变内存内容

  • -e 段地址：偏移地址 12 34 将起始位置开始的两个地址内容改为12 34

U将内存中的机器指令翻译为汇编指令

A以汇编指令的格式在内存里写指令

  • -a 段地址：偏移地址 汇编指令

T执行机器指令

  • -t 执行CS:IP处的指令，每次执行一条

2.6 CS、IP和代码段

CS：代码段寄存器

IP：指令指针寄存器

CS:IP：CPU将该地址指向的内容当作指令（不当作数据）

8086CPU的指令读取和执行

  1. 从CS:IP指向的单元读取指令，指令进入指令缓冲器
  2. IP += 上一段指令的长度（如 mov ax, 8长3个字节，ip从0100变为0103）
  3. 执行这段指令

重复上面三个步骤（一直-t）

2.7 JMP指令

用于修改CS和IP的值，改变程序执行的顺序

修改CS/IP的方式

  1. -rcs+值，-rip+值；但这是debug内部调试手段
  2. mov cs，2000H；错误，特殊的寄存器不能用mov
  3. 转移指令jmp
    1. jmp 段地址:偏移地址：修改CS:IP，用于段间程序跳跃
    2. jmp 某个值或寄存器：仅修改IP，用于段内程序跳跃

例：如图，从20000H开始执行，执行的序列是？

  1. mov ax, 6622H;ax=6622H
  2. jmp 1000:3;段间跳跃
  3. mov ax, 0000H;ax=0000H
  4. mov bx, ax;bx=0000H
  5. jmp bx;段内跳跃
  6. mov ax, 0123H;ax=0123H
  7. mov ax,0000H;ax=0000H,开始循环

2.8 内存中字的储存

16bit=2byte=1word，1word的高八位放在高字节，低八位放在低字节

如"4E20H,0012H"，存放方式是

0 1 2 3
20H 4EH 12H 00H

字节型和字型

字节型指一个字节；字型指从这个字节开始的2个字节，这个字节为低八位

如上的内存，1地址存放的字节型数据是“4EH”，1地址存放的字型数据是“124EH”

但是，每次读内存段开始的一个字节

图中就是偶数开始，故读0地址的字型数据要1次，读1地址的字型数据要2次

2.9 用ds寄存器和[address]实现字的传送

ds(data segment)寄存器存放的是当前指向的段地址信息，[address]表示偏移地址

下面代码：

mov bx, 1000H
mov ds, bx
mov al, [0] #等价于 mov al, ds:[0]

由于mov无法直接操作ds，需要一个中间变量；bx表示base，常用来存放地址的中间变量

上面对代码将段地址写为1000H，将1000H:0000H的数据写入al中（也可以用ax）

例：

注意ax是字型变量，al是字节型变量，故所有的mov操作都将内存地址视为字型变量的低地址

数据段

默认由ds寄存器的值决定，偏移地址由[address]决定

数据累加问题

看以下的区别：

mov ax, 123BH mov ax, 123BH

mov ds, ax mov ds, ax

mov al, 0 mov ax, 0

add al, [0] add ax, [0]

add al, [1] add ax, [2]

add al, [2] add ax, [4]

左边是用一个字节累加，是字节型累加；右边用2个字节累加，是字型累加

2.10 mov和add的指令形式

mov指令 示例 add指令 示例
mov 寄存器， 数据 mov ax, 8 add 寄存器， 数据 add ax, 8
mov 寄存器， 寄存器 mov ax, bx add 寄存器， 寄存器 add ax, bx
mov 寄存器， 内存单元 mov ax, [0] add 寄存器， 内存单元 add ax, [0]
mov 内存单元， 寄存器 mov [0], ax add 内存单元， 寄存器 add [0], ax
mov 段寄存器， 寄存器 mov ds/cs, ax / /

sub用法与add相同

2.11 栈与栈操作的实现

栈：先进后出

栈段(stack segment, ss)是专门开辟的一个区域，用于暂存数据（如函数调用等）

栈的基本操作：push入栈，pop出栈

8086中栈的操作

CPU对栈的指定：SS寄存器存放栈顶的段地址，SP(stack pointer)存放栈顶的偏移地址

栈指令操作：push ax和pop ax，没有push al和pop al

任意时刻，SS:SP指向栈顶元素；栈顶的地址最低

指定栈空间

mov ax, 1000H

mov ss, ax

mov sp, 0010H

ss不能mov，但是sp可以

栈空间范围：SS:0000H——SS:SP-1，由于SP最大64K，一个栈最大空间为64KB

栈段和数据段可以共享段地址

push和pop指令

push ax：将ax值送入SS:SP；SP -= 2

pop ax：将SS:SP中的值送入ax；SP += 2

push和pop无法保证指针不出栈，要自己注意



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