王爽汇编语言第二版(全部).ppt

第1章 基础知识,1.1 机器语言 1. 9 数据总线 1.2 汇编语言的产生 1.10 控制总线 1.3 汇编语言的组成 1.11 内存地址空间（概述） 1.4 存储器 1.12 主板 1.5 指令和数据 1.13 接口卡 1.6 存储单元 1.14 各类存储器芯片 1.7 CPU对存储器的读写 1.15 内存地址空间 1.8 地址总线,引言,汇编语言是直接在硬件之上工作的编程语言，首先要了解硬件系统的结构，才能有效的应用汇编语言对其编程。 在本章中，对硬件系统结构的问题进行一部分的探讨，以使后续的课程可在一个好的基础上进行。,引言,当课程进行到需要补充新的基础知识（关于编程结构或其他的）时候，再对相关的基础知识进行介绍和探讨。 本书的原则是，以后用到的知识，以后再说。,引言,汇编课程的研究重点放在如何利用硬件系统的编程结构和指令集有效灵活的控制系统进行工作。,1.1 机器语言,机器语言是机器指令的集合。 机器指令展开来讲就是一台机器可以正确执行的命令。,1.1 机器语言,指令：01010000 (PUSH AX) 电平脉冲：,1.1 机器语言,以后我们提到的计算机是指由CPU 和其他受CPU 直接或间接控制的芯片、器件、设备组成的计算机系统； 比如我们最常见的PC 机。,1.1 机器语言,程序员们将 0、1 数字编程的程序代码打在纸带或卡片上，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。 示例 应用8086CPU完成运算： S = 768 + 12288 1280,1.1 机器语言,S = 768 + 12288 - 1280 机器码： 101100000000000000000011 000001010000000000110000 001011010000000000000101 假如将程序错写成以下这样，请找处错误： 101100000000000000000011 000001010000000000110000 000101101000000000000101,1.1 机器语言,在显示器上输出“welcome to masm”。 机器码 看到这样的程序，你会有什么感想？ 如果程序里有一个“ 1 ”被误写为“ 0 ”，又如何去查找呢？,1.2 汇编语言的产生,汇编语言的主体是汇编指令。 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。,1.2 汇编语言的产生,机器指令： 1000100111011000 操作：寄存器BX的内容送到AX中 汇编指令：MOV AX,BX 这样的写法与人类语言接近，便于阅读和记忆。,寄存器,寄存器：简单的讲是CPU中可以存储数据的器件，一个CPU中有多个寄存器。 AX是其中一个寄存器的代号， BX是另一个寄存器的代号。 更详细的内容我们在以后的课程中将会讲到。,1.2 汇编语言的产生,计算机能读懂的只有机器指令，那么如何让计算机执行程序员用汇编指令编写的程序呢？,用汇编语言编写程序的工作过程,1.3 汇编语言的组成,汇编语言由以下3类组成： 1、汇编指令（机器码的助记符） 2、伪指令 （由编译器执行） 3、其它符号（由编译器识别） 汇编语言的核心是汇编指令，它决定了汇编语言的特性。,1.4 存储器,CPU 是计算机的核心部件它控制整个计算机的运作并进行运算，要想让一个CPU 工作，就必须向它提供指令和数据。 指令和数据在存储器中存放，也就是平时所说的内存。,1.4 存储器,在一台PC机中内存的作用仅次于CPU。 离开了内存，性能再好的CPU也无法工作。,1.4 存储器,磁盘不同于内存，磁盘上的数据或程序如果不读到内存中，就无法被CPU 使用。,1.5 指令和数据,指令和数据是应用上的概念。 在内存或磁盘上，指令和数据没有任何区别，都是二进制信息。,1.5 指令和数据,二进制信息： 1000100111011000 89D8H （数据） 1000100111011000 MOV AX,BX （程序）,1.6 存储单元,存储器被划分为若干个存储单元，每个存储单元从0开始顺序编号； 例如： 一个存储器有128个存储单元， 编号从0127。 如右图示：,1.6 存储单元,对于大容量的存储器一般还用以下单位来计量容量（以下用B来代表Byte）： 1KB=1024B 1MB=1024KB 1GB=1024MB 1TB=1024GB 磁盘的容量单位同内存的一样，实际上以上单位是微机中常用的计量单位。,1.7 CPU对存储器的读写,CPU要想进行数据的读写，必须和外部器件（标准的说法是芯片）进行三类信息的交互： 存储单元的地址（地址信息） 器件的选择，读或写命令（控制信息） 读或写的数据（数据信息）,1.7 CPU对存储器的读写,那么CPU是通过什么将地址、数据和控制信息传到存储芯片中的呢？ 电子计算机能处理、传输的信息都是电信号，电信号当然要用导线传送。,1.7 CPU对存储器的读写,在计算机中专门有连接CPU和其他芯片的导线，通常称为总线。 物理上：一根根导线的集合； 逻辑上划分为： 地址总线 数据总线 控制总线 图示,1.7 CPU对存储器的读写,总线在逻辑上划分的图示：,1.7 CPU对存储器的读写,CPU在内存中读或写的数据演示： 读演示 写演示 从上面我们知道CPU是如何进行数据读写的。可是我们如何命令计算机进行数据的读写呢？,1.7 CPU对存储器的读写,1.7 CPU对存储器的读写,1.7 CPU对存储器的读写,对于8086CPU，下面的机器码能够完成从3号单元读数据： 机器码： 101000000000001100000000 含义：从3号单元读取数据送入寄存器AX CPU接收这条机器码后将完成上面所述的读写工作。,1.7 CPU对存储器的读写,机器码难于记忆，用汇编指令来表示，情况如下： 机器码：101000000000001100000000 对应的汇编指令：MOV AX,3 含义：传送3号单元的内容到AX,1.8 地址总线,CPU是通过地址总线来指定存储单元的。 地址总线上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。,1.8 地址总线,地址总线发送地址信息演示,1.8 地址总线,1.8 地址总线,一个CPU有N根地址总线，则可以说这个CPU的地址总线的宽度为N。 这样的CPU最多可以寻找的N次方个内存单元。,1.9 数据总线,CPU与内存或其它器件之间的数据传送是通过数据总线来进行的。 数据总线的宽度决定了CPU和外界的数据传送速度。,1.9 数据总线,我们来分别看一下它们向内存中写入数据89D8H时，是如何通过数据总线传送数据的： 8088CPU数据总线上的数据传送情况 8086CPU数据总线上的数据传送情况,1.9 数据总线,8位数据总线上传送的信息,1.9 数据总线,16位数据总线上传送的信息,1.10 控制总线,CPU对外部器件的控制是通过控制总线来进行的。在这里控制总线是个总称，控制总线是一些不同控制线的集合。 有多少根控制总线，就意味着CPU提供了对外部器件的多少种控制。 所以，控制总线的宽度决定了CPU对外部器件的控制能力。 控制总线上发送的控制信息,1.10 控制总线,1.10 控制总线,前面所讲的内存读或写命令是由几根控制线综合发出的： 其中有一根名为读信号输出控制线负责由CPU 向外传送读信号，CPU 向该控制线上输出低电平表示将要读取数据； 有一根名为写信号输出控制线负责由CPU向外传送写信号。,1.1节1.10节 小结,（1）汇编指令是机器指令的助记符，同机器指令一一对应。 （2）每一种CPU都有自己的汇编指令集。,1.1节1.10节 小结,（3）CPU可以直接使用的信息在存储器中存放。 （4）在存储器中指令和数据没有任何区别，都是二进制信息。,1.1节1.10节 小结,（5）存储单元从零开始顺序编号。 （6）一个存储单元可以存储 8 个 bit （用作单位写成“b”），即 8 位二进制数。 （7）1B = 8b 1KB = 1024B 1MB = 1024KB 1GB = 1024MB,1.1节1.10节 小结（续）,（8）每一个CPU芯片都有许多管脚，这些管脚和总线相连。也可以说，这些管脚引出总线。一个CPU可以引出三种总线的宽度标志了这个CPU的不同方面的性能： 地址总线的宽度决定了CPU的寻址能力； 数据总线的宽度决定了CPU与其它器件进行数据传送时的一次数据传送量； 控制总线宽度决定了CPU对系统中其它器件的控制能力。,1.1节1.10节 小结（续）,在汇编课程中，我们从功能的角度介绍了这三类总线，对实际的连接情况不做讨论。 特别提示,特别提示,检测点 1.1（Page 8） 没有通过检测点请不要向下学习！,1.11 内存地址空间（概述）,什么是内存地址空间呢？ 一个CPU的地址线宽度为10，那么可以寻址1024个内存单元，这1024个可寻到的内存单元就构成这个CPU的内存地址空间。下面深入讨论。 首先需要介绍两部分基本知识，主板和接口卡。,1.12 主板,在每一台PC机中，都有一个主板，主板上有核心器件和一些主要器件。 这些器件通过总线（地址总线、数据总线、控制总线）相连。,1.13 接口卡,计算机系统中，所有可用程序控制其工作的设备，必须受到CPU的控制。 CPU对外部设备不能直接控制，如显示器、音箱、打印机等。直接控制这些设备进行工作的是插在扩展插槽上的接口卡。,1.14 各类存储器芯片,从读写属性上看分为两类： 随机存储器（RAM）和只读存储器（ROM） 从功能和连接上分类： 随机存储器RAM 装有BIOS的ROM 接口卡上的RAM PC机中各类存储器的逻辑连接情况,1.14 各类存储器芯片,装有BIOS的ROM BIOS：Basic Input/Output System，基本输入输出系统。 BIOS是由主板和各类接口卡（如：显卡、网卡等）厂商提供的软件系统，可以通过它利用该硬件设备进行最基本的输入输出。在主板和某些接口卡上插有存储相应BIOS的ROM。,1.15 内存地址空间,上述的那些存储器在物理上是独立的器件。 但是它们在以下两点上相同： 1、都和CPU的总线相连。 2、CPU对它们进行读或写的时候都通过控制线发出内存读写命令。,1.15 内存地址空间,将各各类存储器看作一个逻辑存储器： 所有的物理存储器被看作一个由若干存储单元组成的逻辑存储器； 每个物理存储器在这个逻辑存储器中占有一个地址段，即一段地址空间； CPU在这段地址空间中读写数据，实际上就是在相对应的物理存储器中读写数据。,1.15 内存地址空间,假设，上图中的内存空间地址段分配如下： 地址07FFFH的32KB空间为主随机存储器的地址空间； 地址8000H9FFFH的8KB空间为显存地址空间； 地址A000HFFFFH的24KB空间为各个ROM的地址空间。,1.15 内存地址空间,不同的计算机系统的内存地址空间分配情况是不同的。 8086PC机内存地址空间分配的基本情况,8086PC机的内存地址空间分配,1.15 内存地址空间,内存地址空间： 最终运行程序的是CPU，我们用汇编编程的时候，必须要从CPU角度考虑问题。 对CPU来讲，系统中的所有存储器中的存储单元都处于一个统一的逻辑存储器中，它的容量受CPU寻址能力的限制。这个逻辑存储器即是我们所说的内存地址空间。,小结,汇编语言课件,王爽 著清华大学出版社,制作工具：Microsoft PowerPoint2003,本课件由汇编网（）制作提供,第2章 寄存器(CPU工作原理),2.1 通用寄存器 2.2 字在寄存器中的存储 2.3 几条汇编指令 2.4 物理地址 2.5 16位结构的CPU 2.6 8086CPU给出物理地址的方法,2.7 “段地址16+偏移地址 =物理地址”的本质含义 2.8 段的概念 2.9 段寄存器 2.10 CS和IP 2.12 代码段,CPU概述,一个典型的CPU由运算器、控制器、寄存器等器件组成，这些器件靠内部总线相连。 内部总线实现CPU内部各个器件之间的联系。 外部总线实现CPU和主板上其它器件的联系。,寄存器概述,8086CPU有14个寄存器 它们的名称为： AX、BX、CX、DX、SI、DI、SP、BP、 IP、CS、SS、DS、ES、PSW。 这些寄存器以后会陆续介绍,2.1 通用寄存器,8086CPU所有的寄存器都是16位的，可以存放两个字节。 AX、BX、CX、DX 通常用来存放一般性数据被称为通用寄存器。 下面以AX为例，我们看一下寄存器的逻辑结构。,一个16位寄存器可以存储一个16位的数据。（数据的存放情况） 一个16位寄存器所能存储的数据的最大值为多少？ 答案：216-1。,2.1 通用寄存器,16位数据在寄存器中的存放情况,数据：18 二进制表示：10010 在寄存器AX中的存储：,16位数据在寄存器中的存放情况,数据：20000 二进制表示：0100111000100000 在寄存器AX中的存储：,2.1 通用寄存器,8086上一代CPU中的寄存器都是8位的； 为保证兼容性，这四个寄存器都可以分为两个独立的8位寄存器使用。 AX可以分为AH和AL； BX可以分为BH和BL； CX可以分为CH和CL； DX可以分为DH和DL。 8086CPU的8位寄存器存储逻辑,2.1 通用寄存器,以AX为例，8086CPU的16位寄存器分为两个8位寄存器的情况：,2.1 通用寄存器,AX的低8位（0位7位）构成了AL寄存器，高8位（8位15位）构成了AH寄存器。 AH和AL寄存器是可以独立使用的8位寄存器。 8086CPU的8位寄存器数据存储情况 一个8位寄存器所能存储的数据的最大值是多少？ 答案：28-1。,2.1 通用寄存器,2.2 字在寄存器中的存储,一个字可以存在一个16位寄存器中，这个字的高位字节和低位字节自然就存在这个寄存器的高8位寄存器和低8位寄存器中。,关于数制的讨论,由于一个内存单元可以存放 8位数据，CPU中的寄存器又可存放 n 个 8位数据。也就是说，计算机中的数据大多 是由1N个8位数据构成的。 用十六进制来表示数据可以直观的看 出这个数据是由哪些8位数据构成的。 示例,2.3 几条汇编指令,汇编指令不区分大小写,2.3 几条汇编指令,CPU执行下表中的程序段的每条指令后，对寄存器中的数据进行的改变。,2.3 几条汇编指令,2.3 几条汇编指令,这里的丢失，指的是进位制不能在 8 位寄存器中保存，但是 CPU 不是并真的不丢弃 这个进位值，这个问题会在后面的课程中讨论。,特别提示,检测点2.1（Page 18） 没有通过检测点请不要向下学习！,2.4 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是一个一维的线性空间。 每一个内存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。,2.5 16位结构的CPU,概括的讲，16位结构描述了一个CPU具有以下几个方面特征： 1、运算器一次最多可以处理16位的数据。 2、寄存器的最大宽度为16位。 3、寄存器和运算器之间的通路是16位的。,2.6 8086CPU给出物理地址的方法,8086有20位地址总线，可传送20位地址，寻址能力为1M。 8086内部为16位结构，它只能传送16位的地址，表现出的寻址能力却只有64K。,2.6 8086CPU给出物理地址的方法,8086CPU采用一种在内部用两个16位地址合成的方法来形成一个20位的物理地址。 8086CPU相关部件的逻辑结构,在8086CPU内部用两个16位地址合成的方法来形成一个20位的物理地址,地址加法器,地址加法器合成物理地址的方法： 物理地址=段地址16+偏移地址 例如： 8086CPU访问地址为123C8H的内存单元 由段地址16引发的讨论,观察移位次数和各种形式数据的关系： （1）一个数据的二进制形式左移1位，相当于该数据乘以2； （2）一个数据的二进制形式左移N位，相当于该数据乘以2的N次方； （3）地址加法器如何完成段地址16的运算？ 以二进制形式存放的段地址左移4位。,由段地址16引发的讨论,2.7 “段地址16+偏移地址=物理地址”的本质含义,两个比喻说明： 说明“基础地址+偏移地址 = 物理地址” 的思想：第一个比喻 说明“段地址16+偏移地址=物理地址”的思想：第二个比喻 8086CPU就是这样一个只能提供两张3位数据纸条的CPU。,“基础地址+偏移地址 = 物理地址”,比如说，学校、体育馆同在一条笔直的单行路上（学校位于路的起点0米处）。 读者在学校，要去图书馆，问我那里的地址，我可以用几种方式描述这个地址？,“基础地址+偏移地址 = 物理地址”,（1）从学校走2826m到图书馆。这2826可以认为是图书馆的物理地址。 （2）从学校走2000m到体育馆，从体育馆再走826m到图书馆。 第一个距离2000m是相对于起点的基础地址； 第二个距离826m是将对于基础地址的偏移地址。,“段地址16+偏移地址=物理地址”,比如我们只能通过纸条来通信，读者问我图书馆的地址，我只能将它写在纸上告诉读者。 显然我必须有一张可以容纳 4 位数据的纸条才能写下2826这个数据：,“段地址16+偏移地址=物理地址”,不巧的是，没有能容纳4位数据的纸条，仅有两张可以容纳3位数据的纸条。 这样我只能以这种方式告诉读者2826这个数据：,2.8 段的概念,错误认识： 内存被划分成了一个一个的段，每一个段有一个段地址。 其实： 内存并没有分段，段的划分来自于CPU，由于8086CPU用“（段地址16）+偏移地址=物理地址”的方式给出内存单元的物理地址，使得我们可以用分段的方式来管理内存。,2.8 段的概念,我们可以认为：地址10000H100FFH的内存单元组成一个段，该段的起始地址（ 基础地址）为10000H，段地址为1000H，大小为100H。,2.8 段的概念,我们也可以认为地址10000H1007FH、10080H100FFH 的内存单元组成两个段，它们的起始地址（ 基础地址 ）为10000H和10080H，段地址为：1000H 和1008H，大小都为80H。,2.8 段的概念,以后，在编程时可以根据需要，将若干地址连续的内存单元看作一个段，用段地址16定位段的起始地址（基础地址），用偏移地址定位段中的内存单元。 两点需要注意 内存单元地址小结 特别提示,两点需要注意,（1）段地址16 必然是 16的倍数，所以一个段的起始地址也一定是16的倍数； （2）偏移地址为16位，16 位地址的寻址能力为 64K，所以一个段的长度最大为64K。,内存单元地址小结,CPU访问内存单元时，必须向内存提供内存单元的物理地址。 8086CPU在内部用段地址和偏移地址移位相加的方法形成最终的物理地址。 思考两个问题,（1）观察下面的地址，读者有什么发现？ 结论：CPU可以用不同的段地址和偏移地址形成同一个物理地址。,内存单元地址小结,内存单元地址小结,（2）如果给定一个段地址，仅通过变化偏移地址来进行寻址，最多可以定位多少内存单元？ 结论：偏移地址16位，变化范围为0FFFFH，仅用偏移地址来寻址最多可寻64K个内存单元。 比如：给定段地址1000H，用偏移地址寻址，CPU的寻址范围为：10000H1FFFFH。,内存单元地址小结,在8086PC机中，存储单元的地址用两个元素来描述。即段地址和偏移地址。 “数据在21F60H内存单元中。”对于8086PC机的两种描述： （a）数据存在内存2000:1F60单元中； （b）数据存在内存的2000段中的1F60H单元中。 可根据需要，将地址连续、起始地址为16的倍数的一组内存单元定义为一个段。,特别提示,检测点2.2（Page 23） 没有通过检测点请不要向下学习！,2.9 段寄存器,段寄存器就是提供段地址的。 8086CPU有4个段寄存器： CS、DS、SS、ES 当8086CPU要访问内存时，由这4个段寄存器提供内存单元的段地址。,2.10 CS和IP,CS和IP是8086CPU中最关键的寄存器，它们指示了CPU当前要读取指令的地址。 CS为代码段寄存器； IP为指令指针寄存器。,8086PC读取和执行指令相关部件,8086PC读取和执行指令演示 8086PC工作过程的简要描述,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。,8086PC工作过程的简要描述,在 8086CPU 加电启动或复位后（ 即 CPU刚开始工作时）CS和IP被设置为CS=FFFFH，IP=0000H，即在8086PC机刚启动时，CPU从内存FFFF0H单元中读取指令执行，FFFF0H单元中的指令是8086PC机开机后执行的第一条指令。,2.10 CS和IP,内存中指令和数据没有任何区别，都是二进制信息，CPU在工作的时候把有的信息看作指令，有的信息看作数据。 CPU根据什么将内存中的信息看作指令？ CPU将CS:IP指向的内存单元中的内容看作指令。,2.10 CS和IP,在任何时候，CPU将CS、IP中的内容当作指令的段地址和偏移地址，用它们合成指令的物理地址，到内存中读取指令码，执行。 如果说，内存中的一段信息曾被CPU执行过的话，那么，它所在的内存单元必然被CS:IP指向过。,2.11 修改CS、IP的指令,在CPU中，程序员能够用指令读写的部件只有寄存器，程序员可以通过改变寄存器中的内容实现对CPU的控制。 CPU从何处执行指令是由CS、IP中的内容决定的，程序员可以通过改变CS、IP中的内容来控制CPU执行目标指令。 我们如何改变CS、IP的值呢？,2.11 修改CS、IP的指令,8086CPU必须提供相应的指令 先回想我们如何修改AX中的值？ mov指令不能用于设置CS、IP的值， 8086CPU没有提供这样的功能。 8086CPU为CS、IP提供了另外的指令来改变它们的值：转移指令,如何修改AX中的值？,mov 指令 如：mov ax,123 mov指令可以改变8086CPU大部分寄存器的值，被称为传送指令。 能够通过mov 指令改变CS、IP的值吗？,2.11 修改CS、IP的指令,同时修改CS、IP的内容： jmp 段地址：偏移地址 jmp 2AE3:3 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。,2.11 修改CS、IP的指令,仅修改IP的内容： jmp 某一合法寄存器 jmp ax （类似于 mov IP,ax） jmp bx 功能：用寄存器中的值修改IP。,内存中存放的机器码和对应汇编指令情况： （初始：CS=2000H，IP=0000H） 请写出指令执行序列：,问题分析,问题分析结果：,（1）mov ax,6622 （2）jmp 1000:3 （3）mov ax,0000 （4）mov bx,ax （5）jmp bx （6）mov ax,0123H （7）转到第（3）步执行,2.12 代码段,对于8086PC机，在编程时，可以根据需要，将一组内存单元定义为一个段。 可以将长度为 N（ N64KB ）的一组代码，存在一组地址连续、起始地址为 16的倍数的内存单元中，这段内存是用来存放代码的，从而定义了一个代码段。 例如,2.12 代码段,这段长度为 10 字节的字节的指令，存在从123B0H123B9H的一组内存单元中，我们就可以认为，123B0H123B9H这段内存单元是用来存放代码的 ，是一个代码段 ，它的段地址为123BH，长度为10字节。,2.12 代码段,如何使得代码段中的指令被执行呢？ 将一段内存当作代码段，仅仅是我们在编程时的一种安排，CPU 并不会由于这种安排，就自动地将我们定义得代码段中的指令当作指令来执行。 CPU 只认被 CS:IP 指向的内存单元中的内容为指令。 所以要将CS:IP指向所定义的代码段中的第一条指令的首地址。 CS = 123BH，IP = 0000H。,2.9节2.12节 小结,1、段地址在8086CPU的寄存器中存放。当8086CPU要访问内存时，由段寄存器提供内存单元的段地址。8086CPU有4个段寄存器，其中CS用来存放指令的段地址。 2、CS存放指令的段地址，IP存放指令的偏移地址。 8086机中，任意时刻，CPU将CS:IP指向的内容当作指令执行。,2.9节2.12节 小结（续）,3、8086CPU的工作过程： （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指向下一条指令； （3）执行指令。（转到步骤（1），重复这个过程。） 4、8086CPU提供转移指令修改CS、IP的内容。,特别提示,检测点2.3（Page 33） 没有通过检测点请不要向下学习！,小结,汇编语言课件,王爽 著清华大学出版社,制作工具：Microsoft PowerPoint2003,本课件由汇编网（）制作提供,第3 章寄存器（内存访问）,3.1 内存中字的存储 3.2 DS和address 3.3 字的传送 3.4 mov、add、sub指令 3.5 数据段 3.6 栈 3.7 CPU提供的栈机制 3.8 栈顶超界的问题 3.9 push、pop指令 3.10 栈段,引言,在第2章中，我们主要从 CPU 如何执行指令的角度讲解了8086CPU的逻辑结构、形成物理地址的方法、相关的寄存器以及一些指令。 这一章中，我们从访问内存的角度继续学习几个寄存器。,在0地址处开始存放20000： 0号单元是低地址单元，1号单元是高地址单元。,3.1 内存中字的存储,3.1 内存中字的存储,问题： （1）0地址单元中存放的字节型数据是多少？ （2）0地址字单元中存放的字型数据是多少？ （3）2地址字单元中存放的字节型数据是多少？,3.1 内存中字的存储,问题（续）： （4）2地址单元中存放的字型数据是多少？ （5）1地址字单元中存放的字型数据是多少？ 结论,3.1 内存中字的存储,结论： 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。,3.2 DS和address,CPU要读取一个内存单元的时候，必须先给出这个内存单元的地址； 在8086PC中，内存地址由段地址和偏移地址组成。 8086CPU中有一个 DS寄存器，通常用来存放要访问的数据的段地址。 例如,3.2 DS和address,例如：我们要读取10000H单元的内容可以用如下程序段进行： 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。,3.2 DS和address,mov al,0 已知的mov指令可完成的两种传送功能： （1）将数据直接送入寄存器； （2）将一个寄存器中的内容送入另一个寄存器中。 mov 指令 还可以将一个内存单元中的内容送入一个寄存器。,3.2 DS和address,从哪个内存单元送到哪个寄存器中呢？ mov指令的格式： mov 寄存器名，内存单元地址 “”表示一个内存单元， “”中的0表示内存单元的偏移地址。 那么内存单元的段地址是多少呢？,3.2 DS和address,执行指令时，8086CPU自动取DS中的数据为内存单元的段地址。 如何用mov指令从10000H中读取数据？ 10000H表示为1000:0（段地址:偏移地址） 将段地址1000H放入ds 用mov al,0完成传送（mov指令中的说明操作对象是一个内存单元，中的0说明这个内存单元的偏移地址是0，它的段地址默认放在ds中） 如何把1000H送入ds？,3.2 DS和address,如何把1000H送入ds？ 传送指令 mov ax,1 相似的方式 mov ds,1000H? 8086CPU不支持将数据直接送入段寄存器的操作，ds是一个段寄存器。 （硬件设计的问题） mov ds,1000H 是非法的。 数据一般的寄存器段寄存器,3.2 DS和address,问题： 写几条指令，将al中的数据送入内存单元10000H？（思考后分析） 分析问题本质： 怎样将数据从寄存器送入内存单元？ 结论：mov bx,1000H mov ds,bx mov 0,al （一种合理的回答）,3.3 字的传送,因为8086CPU是16位结构，有16根数据线，所以，可以一次性传送16位的数据，也就是一次性传送一个字。,问题3.3：内存中的情况如右图，写出下面指令执行后寄存器ax，bx，cx中的值。 思考后看分析。（单步跟踪）,3.3 字的传送,问题3.3分析,问题3.4：内存中的情况如右图，写出下面指令执行后寄存器ax，bx，cx中的值。 思考后看分析。（单步跟踪）,3.3 字的传送,问题3.4分析,3.4 mov、add、sub指令,已学mov指令的几种形式： mov 寄存器，数据 mov 寄存器，寄存器 mov 寄存器，内存单元 mov 内存单元，寄存器 mov 段寄存器，寄存器 根据已知指令进行推测,3.4 mov、add、sub指令,根据已知指令进行推测： mov 段寄存器，寄存器 mov 寄存器，段寄存器（验证） mov 内存单元，寄存器 mov 内存单元，段寄存器 mov 段寄存器，内存单元,验证（Debug）,mov 段寄存器，寄存器 mov 寄存器，段寄存器,add和sub指令同mov一样，都有两个操作对象。 它们可以对段寄存器进行操作吗？ （请自行在Debug中试验）,3.4 mov、add、sub指令,3.5 数据段,前面讲过，对于8086PC机，我们可以根据需要将一组内存单元定义为一个段。 我们可以将一组长度为N（N64K）、地址连续、起始地址为16的倍数的内存单元当作专门存储数据的内存空间，从而定义了一个数据段。 比如我们用123B0H123B9H这段空间来存放数据： 段地址：123BH 长度：10字节,3.5 数据段,如何访问数据段中的数据呢？ 将一段内存当作数据段，是我们在编程时的一种安排，我们可以在具体操作的时候 ，用 ds 存放数据段的段地址，再根据需要，用相关指令访问数据段中的具体单元。 示例,3.5 数据段,我们将123B0H123BAH的内存单元定义为数据段，我们现在要累加这个数据段中的前3个单元中的数据，代码如下：,3.5 数据段,问题3.5 写几条指令，累加数据段中的前3个字型数据。 思考后看分析。,问题3.5分析,注意：一个字型数据占两个单元，所以偏移地址是0、2、4。,3.1节3.5节 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，高位字节存放再高地址单元中。 （2）用 mov 指令要访问内存单元，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。,3.1节3.5节 小结（续）,（4）在内存和寄存器之间传送字型数据时，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。 特别提示,特别提示,检测点3.1 （p52） 没有通过检测点请不要向下学习！,3.6 栈,我们研究栈的角度： 栈是一种具有特殊的访问方式的存储空间。它的特殊性就在于，最后进入这个空间的数据，最先出去。 可以用一个盒子和3本书来描述 栈的操作方式,3.6 栈,栈有两个基本的操作：入栈和出栈。 入栈：将一个新的元素放到栈顶； 出栈：从栈顶取出一个元素。 栈顶的元素总是最后入栈，需要出栈时，又最先被从栈中取出。 栈的操作规则：LIFO （Last In First Out，后进先出）,3.7 CPU提供的栈机制,现今的CPU中都有栈的设计。 8086CPU提供相关的指令来以栈的方式访问内存空间。 这意味着，我们在基于8086CPU编程的时候，可以将一段内存当作栈来使用。,3.7 CPU提供的栈机制,8086CPU提供入栈和出栈指令： （最基本的） PUSH（入栈） POP （出栈） push ax：将寄存器ax中的数据送入栈中； pop ax ：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。,3.6 栈,下面举例说明，我们可以将10000H1000FH这段内存当作栈来使用。 下面一段指令的执行过程： mov ax,0123H push ax mov bx,2266H push bx mov cx,1122H push cx pop ax pop bx pop cx,3.6 栈,指令序列的执行过程演示 注意：字型数据用两个单元存放，高地址单元放高 8 位，低地址单元放低8 位。 是否有疑惑？ 两个疑问,两个疑问,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，如何知道哪个单元是栈顶单元？ 分析 结论：任意时刻，SS:SP指向栈顶元素。,对于两个疑问的分析,回想：CPU如何指导当前要执行的指令所在的位置？ 寄存器CS和IP中存放着当前指令的段地址和偏移地址。 8086CPU中，有两个寄存器： 段寄存器SS 存放栈顶的段地址 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。,push 指令的执行过程,push ax （1）SP=SP2； （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。 图示,push 指令的执行过程,3.6 栈,问题3.6：如果我们将10000H1000FH 这段空间当作栈，初始状态栈是空的，此时，SS=1000H，SP=？ 思考后看分析。,问题3.6分析,SP = 0010H,问题3.6分析（续）,我们将10000H1000FH 这段空间当作栈段，SS=1000H，栈空间大小为16 字节 ，栈最底部的字单元地址为1000:000E。 任意时刻，SS:SP指向栈顶，当栈中只有一个元素的时候，SS = 1000H，SP=000EH。,问题3.6分析（续）,栈为空，就相当于栈中唯一的元素出栈，出栈后，SP=SP+2 ，SP 原来为 000EH，加 2 后SP=10H，所以，当栈为空的时候，SS=1000H，SP=10H。 换个角度看,问题3.6分析（续）,换个角度看： 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。,pop 指令的执行过程,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。 图示,pop 指令的执行过程,注意,pop 指令的执行过程,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 ，但是，它已不在栈中。 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，它将被覆盖。,3.8 栈顶超界的问题,SS和SP只记录了栈顶的地址，依靠SS和SP可以保证在入栈和出栈时找到栈顶。 可是，如何能够保证在入栈、出栈时，栈顶不会超出栈空间？,3.8 栈顶超界的问题,当栈满的时候再使用push指令入栈， 栈空的时候再使用pop指令出栈， 都将发生栈顶超界问题。 栈顶超界是危险的。,3.8 栈顶超界的问题,栈顶超界是危险的： 因为我们既然将一段空间安排为栈 ，那么在栈空间之外的空间里很可能存放了具有其他用途的数据、代码等，这些数据、代码可能是我们自己的程序中的，也可能是别的程序中的。 （毕竟一个计算机系统并不是只有我们自己的程序在运行）,3.8 栈顶超界的问题,但是由于我们在入栈出栈时的不小心，而将这些数据、代码意外地改写，将会引发一连串的错误。 我们当然希望CPU 可以帮我们解决这个问题，,3.8 栈顶超界的问题,比如说在CPU中有记录栈顶上限和下限的寄存器，我们可以通过填写这些寄存器来指定栈空间的范围 ，然后 ，CPU 在执行push指令的时候靠检测栈顶上限寄存器，在执行pop 指令的时候靠检测栈顶下限寄存器保证不会超界。 实际情况：8086CPU中并没有这样的寄存器。,3.8 栈顶超界的问题,8086CPU不保证对栈的操作不会超界。 这就是说， 8086CPU 只知道栈顶在何处（由SS:SP指示），而不知道读者安排的栈空间有多大。这点就好像 ，CPU 只知道当前要执行的指令在何处（由CS:SP指示）而不知道读者要执行的指令有多少。 从这两点我们可以看出,3.8 栈顶超界的问题,8086CPU的工作机理，只考虑当前的情况： 当前栈顶在何处； 当前要执行的指令是哪一条。 结论,3.8 栈顶超界的问题,结论： 我们在编程的时候要自己操心栈顶超界的问题 ，要根据可能用到的最大栈空间，来安排栈的大小，防止入栈的数据太多而导致的超界；执行出栈操作的时候也要注意，以防栈空的时候继续出栈而导致的超界。,3.9 push、pop指令,push和pop指令是可以在寄存器和内存之间传送数据的。 push和pop指令的格式,栈与内存,栈空间当然也是内存空间的一部分，它只是一段可以以一种特殊的方式进行访问的内存空间。,3.9 push、pop指令,push和pop指令的格式（1） 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 例如：push ax pop bx,3.9 push、pop指令,push和pop指令的格式（2） 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 例如：push ds pop es,3.9 push、pop指令,push和pop指令的格式（3） push内存单元：将一个内存单元处的字入栈（栈操作都是以字为单位） pop 内存单元：出栈，用一个内存字单元接收出栈的数据 例如：push 0 pop 2 指令执行时 ，CPU 要知道内存单元的地址，可以在 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中取得。,3.9 push、pop指令,问题3.7 编程： 将10000H1000FH 这段空间当作栈，初始状态是空的，将 AX、BX、DS中的数据入栈。 思考后看分析。,问题3.7分析,3.9 push、pop指令,问题3.8 编程： （1）将10000H1000FH 这段空间当作栈，初始状态是空的； （2）设置AX=001AH，BX=001BH； （3）将AX、BX中的数据入栈； （4）然后将AX、BX清零； （5）从栈中恢复AX、BX原来的内容。 思考后看分析。,问题3.8分析,结论,问题3.8分析,从上面的程序我们看到，用栈来暂存以后需要恢复的寄存器中的内容时 ，出栈的顺序要和入栈的顺序相反，因为最后入栈的寄存器的内容在栈顶 ，所以在恢复时，要最先出栈。,3.9 push、pop指令,问题3.9 编程： （1）将10000H1000FH 这段空间当作栈，初始状态是空的； （2）设置AX=002AH，BX=002BH； （3）利用栈 ，交换 AX 和 BX 中的数据。 思考后看分析。,问题3.9分析,3.9 push、pop指令,问题3.10 我们如果要在10000H处写入字型数据2266H，可以用以下的代码完成： mov ax,1000H mov ds,ax mov ,ax,2266H mov 0,ax 补全下面的代码,3.9 push、pop指令,补全下面的代码，完成同样的功能： 在10000H处写入字型数据2266H。 _ _ _ mov ax,2266H push ax 要求：不能使用“mov 内存单元,寄存器”这类指令 思考后看分析。,问题3.10分析,我们看需补全代码的最后两条指令，将ax中的2266H压入栈中，也就是说，最终应由push ax将2266H写入10000H处。 问题的关键就在于：如何使push ax访问的内存单元是10000H。 Push指令是入栈指令。（注意执行过程） 完成程序,问题3.10分析（续）,完成的程序： mov ax,1000H mov ss,ax mov sp,2 mov ax,2266H push ax 结论,问题3.10分析（续）,结论 push、pop 实质上就是一种内存传送指令，可以在寄存器和内存之间传送数据，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。 同时，push和pop指令还要改变 SP 中的内容。,问题3.10分析（续）,我们要十分清楚的是，push和pop指令同mov指令不同，CPU执行mov指令只需一步操作，就是传送，而执行push、pop指令却需要两步操作。 执行push时： 先改变SP，后向SS:SP处传送。 执行pop时： 先读取SS:SP处的数据，后改变SP。,注意,push、pop 等栈操作指令，修改的只是SP。也就是说，栈顶的变化范围最大为：0FFFFH。 提供：SS、SP指示栈顶；改变SP后写内存的入栈指令；读内存后改变SP的出栈指令。 这就是8086CPU提供的栈操作机制。,栈的综述,（1）8086CPU提供了栈操作机制，方案如下： 在SS，SP中存放栈顶的段地址和偏移地址； 提供入栈和出栈指令，他们根据SS:SP指示的地址，按照栈的方式访问内存单元。 （2）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。 （3）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。,栈的综述（续）,（4）任意时刻，SS:SP指向栈顶元素。 （5）8086CPU只记录栈顶，栈空间的大小我们要自己管理。 （6）用栈来暂存以后需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。 （7）push、pop实质上是一种内存传送指令，注意它们的灵活应用。 栈是一种非常重要的机制，一定要深入理解，灵活掌握。,3.10 栈段,前面讲过，对于8086PC机，在编程时，我们可以根据需要 ，将一组内存单元定义为一个段。 我们可以将长度为 N（N 64K ）的一组地址连续、起始地址为16的倍数的内存单元，当作栈来用，从而定义了一个栈段。,3.10 栈段,比如我们将10010H1001FH 这段长度为 16 字节的内存空间当作栈来用，以栈的方式进行访问。 这段空间就可以成为栈段，段地址为1000H，大小为16字节。,3.10 栈段,将一段内存当作栈段，仅仅是我们在编程时的一种安排，CPU 并不会由于这种安排，就在执行push、pop 等栈操作指令时就自动地将我们定义的栈段当作栈空间来访问。 如何使的如push、pop 等栈操作指令访问我们定义的栈段呢？ 将SS:SP指向我们定义的栈段。,3.10 栈段,问题3.11 如果我们将10000H1FFFFH这段空间当作栈段，初始状态是空的，此时，SS=1000H，SP=？ 思考后看分析。,问题3.11分析,我们将10000H1FFFFH这段空间当作栈段 ，SS=1000H ，栈空间大小为64KB ，栈最底部的字单元地址为1000:FFFE。 任意时刻，SS:SP指向栈顶，当栈中只有一个元素的时候，SS=1000H，SP=FFFEH。,问题3.11分析,栈为空，就相当于栈中唯一的元素出栈，出栈后，SP=SP+2。 SP原来为FFFEH，加2后SP=0，所以，当栈为空的时候，SS=1000H，SP=0。 换个角度看,问题3.11分析（续）,换个角度看 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:FFFE，所以栈空时，SP=0000H。,问题3.12,一个栈段最大可以设为多少？为什么？ 思考后看分析。,问题3.12分析,一个栈段最大可以设为多少？ 分析：这个问题显而易见，提出来只是为了提示我们将相关的知识融会起来。 首先从栈操作指令所完成的功能的角度上来看，push、pop等指令在执行的时候只修改SP；,问题3.12分析,所以栈顶的变化范围是0FFFFH，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，覆盖了原来栈中的内容。 所以一个栈段的容量最大为64KB。,段的综述,我们可以将一段内存定义为一个段，用一个段地址指示段，用偏移地址访问段内的单元。这完全是我们自己的安排。 我们可以用一个段存放数据，将它定义为“数据段”； 我们可以用一个段存放代码，将它定义为“代码段”； 我们可以用一个段当作栈，将它定义为“栈段”；,段的综述（续）,我们可以这样安排，但若要让CPU按照我们的安排来访问这些段，就要： 对于数据段，将它的段地址放在 DS中，用mov、add、sub等访问内存单元的指令时，CPU就将我们定义的数据段中的内容当作数据段来访问；,段的综述（续）,对于代码段，将它的段地址放在 CS中，将段中第一条指令的偏移地址放在IP中，这样CPU就将执行我们定义的代码段中的指令；,段的综述（续）,对于栈段，将它的段地址放在SS中，将栈顶单元的偏移地置放在 SP 中，这样CPU在需要进行栈操作的时候，比如执行 push、pop 指令等，就将我们定义的栈段当作栈空间来用。,段的综述（续）,可见，不管我们如何安排 ，CPU 将内存中的某段内存当作代码 ，是因为CS:IP指向了那里；CPU将某段内存当作栈 ，是因为 SS:IP 指向了那里。,段的综述（续）,我们一定要清楚 ，什么是我们的安排，以及如何让CPU按我们的安排行事。 要非常的清楚CPU的工作机理，才能在控制CPU来按照我们的安排运行的时候做到游刃有余。,段的综述（续）,比如我们将10000H1001FH安排为代码段，并在里面存储如下代码：,mov ax,1000H mov ss,ax mov sp,0020H ;初始化栈顶 mov ax,cs mov ds,ax ;设置数据段段地址 mov ax,0 add ax,2 mov bx,4 add bx,6 push ax push bx pop ax pop bx,段的综述（续）,设置CS=1000H，IP=0，这段代码将得到执行。 可以看到，在这段代码中，我们又将10000H1001FH 安排为栈段和数据段。 10000H1001FH这段内存，既是代码段，又是栈段和数据段。,段的综述（续）,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。,特别提示,检测点3.2 （p66） 没有通过检测点请不要向下学习！,小结,汇编语言课件