基础知识

指令系统

复杂指令集（CISC）：Intel系、VAX

精简指令集（RISC）：ARM、MIPS、PowerPC、SPARC、RISC-V

指令集架构

• X86：美国intel（CISC），桌面端
• ARM：英国arm（RISC），移动端
• LoongArch：龙芯

语言	特点	优点	缺点
机器语言	二进制代码，机器指令的集合，称为机器码，CPU可直接解读	执行速度快，效率高	表意不直观，读、写、改较困难
汇编语言	符号语言，与机器语言一一对应，主体是汇编指令，是机器指令便于记忆的书写格式（机器指令的助记符）	面向硬件编程，时空上效率较高	涉及硬件细节，需要熟悉计算机系统内部结构
高级语言	面向人的语言，表示形式接近自然语言	易学易用	代码冗长，占用内存多，执行时间长，效率不高，不能操作某些硬件

why assembly?

• 汇编语言在CPU的寄存器级上进行控制和操作，直接对计算机硬件进行编程
• 在计算机系统中，机器自检、系统初始化、实际输入输出设备的操作等都需要用汇编语言程序实现

程序员 — 汇编指令（.asm）—> 汇编器 — 机器码 —> 计算机执行

汇编语言组成：

• 汇编指令（核心）
• 伪指令
• 其他符号

数制和码

进制转换

十进制、二进制、十六进制的整数、小数转换

补码运算

原码、反码、补码的运算

有符号数及符号位扩展

无符号数和有符号数

符号位扩展：将字节扩展为字，字扩展到双字

编码

BCD码

BCD码用于计算人熟知的十进制数，在二进制的BCD码中，十进制的0-9都有与之对应的二进制码

• 8位的二进制数可以表示16个不同的数，于是有不同的方案省去那多余的6个表示
• 相应在计算时，若碰到11-15这样多余的数，要进行相应处理：加6修正（若是高位则为加60H）

8421码：就是用二进制数表示十进制数中的0-9，一一对应

余3码：在8421码的基础山，每个十进制数对应的二进制数+3，是为“余3”

2421码：0-4五个数对应二进制的0-4，5-9五个数对应二进制的11-15，中间空出6个二进制数

十进制数	8421码	2421码	余3码
0	0000	0000	0011
1	0001	0001	0100
2	0010	0010	0101
3	0011	0011	0110
4	0100	0100	0111
5	0101	1011	1000
6	0110	1100	1001
7	0111	1101	1010
8	1000	1110	1011
9	1001	1111	1100

压缩的BCD码：用1一个字节（8位）二进制数表示两个8421码

• 364D = 00000011 01100100(BCD) = 0364H

非压缩的BCD码：1一个字节（8位）二进制数只表示一个8421码

• 364D = 00000011 00000110 00000100(BCD) = 030604H

十进制数运算：BCD码作十进制运算，低4位若大于9，则要加6调整，高四位同理，需加60H调整，手动进位

可靠性编码

8421奇偶校验码

ASCII码

常用代码	ASCII对照
大写字母A-Z	41H-5AH
小写字母a-z	61H-7AH
数字0-9	30H-39H
空格	20H
回车	0DH
换行	0AH
响铃	07H

计算机基本原理

微型计算机系统

微机结构

微型计算机指的就是个人计算机

硬件结构：CPU、电源、内存、光驱、光驱数据线、软驱、硬盘、主板、显卡......

主板：独立显卡、SATA口、USB接口、IDE口、主板供电电源24pin

微机结构：中央处理器、输入设备、内存储器、输出设备

• C_BUS, D_BUS, A_BUS等总线连接各个设备

冯诺依曼计算机

冯诺依曼计算机基本结构：CPU、存储器、输入输出设备、总线及接口

CPU组成：算术和逻辑运算单元ALU、地址发生和控制单元、指令译码单元、数据寄存器单元、总线驱动单元、时序控制单元等

存储器：一般指内存

• 内存：ROM（缓存）、RAM（内存条）
• 外存：硬盘

输入输出设备：统称位外部设备，用于实现人机交换

计算机总线：分为地址总线、数据总线和控制总线三大类

• 内部总线：链接CPU内部各个部件
• 外部总线：又称系统总线，连接计算机主板上各种芯片以及各个接口部件

接口：外部设备和计算机主机之间作为缓冲部件的中间介质

• 并行接口：同时并行传输多位数据
• 串行接口：一位接一位传输

冯诺依曼计算机特点：

• 程序和数据放在同一个存储器中，两者都可以送到CPU执行
• 存储器按地址访问
• 指令由操作码和地址码构成，实现存取
• 以运算器为中心，输入输出设备都要经过CPU和存储器进行数据传送

微处理器

微处理器：分为执行部件EU和总线接口部件BIU

EU（execution unit）

• 运算器的算术逻辑运算单元ALU
• 通用寄存器组
• 标志寄存器FLAGS
• EC单元控制系统等

BIU（Bus Interface Unit）

• 段寄存器组：CS、DS、ES、SS
• 指令指针寄存器IP
• 指令队列单元
• 地址加法器
• 总线控制系统等

80X86寄存器

Register

8086寄存器组

intel8086、80286都是16位的寄存器，从80386开始寄存器扩展为32位

数据寄存器：AX,BX,CX,DX

地址寄存器：SI,DI;SP,BP

段寄存器：CS,DS,ES,SS

控制寄存器：IP;FLAGS

数据寄存器

包括AX,BX,CX,DX四个16位通用寄存器

AX(accumulator)：作为累加器用，算术运算的主要寄存器

BX(base)：基址寄存器

CX(count)：计数器

DX(data)：双精度运算时与AX一起存放双操作数

当存放双操作数时，AX存放低字，DX存放高字，在AX中，AH存放高位，AL存放低位，DX同理，DH存放高位，DL存放低位

地址寄存器

地址寄存器包括指针和变址寄存器（SI,DI,SP,BP），用于存放存储器的偏移地址

• 也可以用作通用寄存器
• 严格来说，用来存放存储器偏移地址的寄存器都应该叫地址寄存器，如BX基址寄存器、IP指令指针寄存器等

SI(Source Index)：源变址寄存器，用于存放源缓冲区的偏移地址

DI(Destination Index)：目的变址寄存器，用于存放目的缓冲区的偏移地址

SP(Stack Pointer)：堆栈指针寄存器，用于指出堆栈区栈顶的偏移地址

BP(Base Pointer)：基址指针寄存器，用于指出堆栈区某个单元的偏移地址

段寄存器

CS(Code Segment)：代码段寄存器

DS(Data Segment)：数据段寄存器

ES(Extra Segment)：附加段寄存器

SS(Stack Segment)：堆栈段寄存器

控制寄存器

IP(Instruction Pointer)：指令指针寄存器，用来存放代码段中的偏移地址，指出当前正在执行指令的下一条指令所在单元的偏移地址

FLAGS：标志寄存器，其中某位代表CPU的一个标志，表示CPU的某种执行状态

作用：作为加减运算和逻辑运算的辅助结果；构成各种条件，实现程序分支

标志寄存器

最低为：D0

最高位：D15

共有9个标志，分别为6个条件码标志和3个控制标志

标志位	标志	值为1	值为0
进位标志	CF(carry flag)	CY	CN
进位标志	SF(symbol flag)	NG	PL
零标志	ZF(zero flag)	ZR	NZ
溢出标志	OF(overflow flag)	OV	NV
辅助进位标志	AF(assistant flag)	AC	NA
奇偶标志	PF(parity flag)	PE	PO
方向标志	DF(direction flag)	DN	UP
中断标志	IF(interrupt flag)	EI	DI
陷阱标志	TF

溢出：两带符号二进制数相加，负负加为正，正正加为负，这样的情况称为溢出

• OF=1
• 处理器在判断时其实判断的是最高位和次高位是否同时进位。若同时进位则溢出

内存储器

简称内存

存储器被分为若干存储单元，从0开始编号

• 如一个存储器有128个存储单元，则编号从0~127

存储单元

存储单元分为

• 字节单元（8位）
• 字单元（16位）
• 双字单元（32位）

在存储器中进行表示时

• (3075AH) = 12H：3075AH号单元中的内容是12H
• (307692H) = 5678H：表示307692,307693两个单元一起存放5678H

在存放时，高字节放在高地质单元，低字节放在低地址单元

存储单元容量

• 1KB = 1024B
• 1MB = 1024KB
• 1GB = 1024MB
• 1TB = 1024GB

CPU对存储器的读写

CPU进行数据读写需要和芯片进行三类信息的交互

• 地址信息：存储单元的地址
• 控制信息：器件的选择，读或写命令
• 数据信息：读写的数据

CPU和芯片的交互用导线传输：称为总线

逻辑上划分为

• 地址总线：CPU 通过地址总线指定存储单元，地址总线上传输的信息数为 CPU 能够寻址的存储单元数，若有 N 根地址总线，则可寻找 2^N 个存储单元
• 数据总线，数据总线的宽度决定了 CPU 和外界数据的传输速度
• 控制总线：读信号输出控制线负责由 CPU 向外传送读信号，写信号输出控制线负责由CPU向外传送写信号

物理地址和逻辑地址

Address

地址

在80x86系统中一个存储单元只存放8位二进制数，称为字节单元

一根地址线可以传输两种信号，即0/1

两根地址线可以传输四种信号，00,01,10,11

以此类推，n根地址线可以传输2^n个信号，也就是说可以传输2^n个存储单元地址

物理地址

内存单元的真实地址，存储单元的物理地址是唯一的

8086CPU有20根地址线，因此其存储空间可达2^20字节单元，采用十六进制表示的物理地址范围是00000H~FFFFFH

逻辑地址

用户编程时使用的地址，分为段地址和偏移地址两部分

在8086汇编语言中，把内存地址空间划分为若干逻辑段，每段由一些存储单元构成

• 段地址和偏移地址都是十六位二进制数
• 逻辑地址形式：段地址:偏移地址

逻辑地址与物理地址的转换

物理地址 = 段地址x10H+偏移地址

存储器分段

分段的概念

8086CPU的地址寄存器只有16位。如果直接从地址寄存器中发出地址信号，所能访问的存储空间只有2^16=64k，达不到20位地址线所提供的地址范围

将存储器划分为若干逻辑段，每段最多64k字节单元

• 逻辑段大小可变，最少16个字节单元，最大65536个字节单元

段地址和偏移地址构成逻辑地址：[段地址]:[偏移地址]

在存储器中，规定每16个字节单元为一小段，小段的第一个单元的物理地址为小段的首地址

• 首地址的特点是十六进制表示的物理地址的最低位都是0（段地址x10，末位必为0）
• 末单元的最低位都是F（每段16位，从0开始）
• 所以我们将首地址除以10，记为逻辑地址，这样就可以用16位寄存器进行存储，即保存有意义的高四位16进制数

段的类型

逻辑段分为四类

• 代码段：CS:IP
• 数据段：DS:BX/SI/DI
• 附加段：ES:BX/SI/DI
• 堆栈段：SS:SP/BP

上述为物理地址的表示方式：[段地址寄存器]:[偏移地址寄存器]

堆栈

LIFO：Last In First Out

先进先出的原则，上子弹和下子弹的过程

进入计算机

调试工具DEBUG

DEBUG命令

DEBUG命令	作用
R	查看和修改寄存器
D	查看内存单元
E	修改内存单元
U	反汇编
T	单步执行
G	连续执行命令，跳转
A	输入汇编指令
Q	推出

进入DOS

DOS命令	作用
cd\	返回根目录
dir	显示文件列表
cd dir	进入文件夹dir
cd ..	返回上一目录
e:	进入e盘
cls	清屏

进入DEBUG

R命令：

• 直接键入，将显示CPU所有寄存器和标志位
• R后跟写寄存器名，将先显示寄存器内容，在冒号后可键入新的值

E命令：

• 格式：E 起始地址 修改值 修改值 ……
• 可以一次改写多个存储单元的内容

指令系统和寻址方式

汇编语言指令

机器指令

也称作代码指令，是计算机能识别的一组二进制代码

将数7送到AL中

1011 0000 0000 0111B
B007H

把数3与AL相加放在AL中

0000 0100 0000 0011B
0403H

把AL中的内容送到地址为5的存储单元中

1010 0010 0101 0000 0000 0000B
A25000H

汇编指令

上述三个命令简化为

mov al,7
add al,3
mov ds:[5],al

实际上就是一个代码到机器码的映射

指令格式

汇编指令由操作码字段和操作数字段构成

• 操作码字段：类英文单词的助记符，知名操作数的性质
• 操作数字段：被操作的数据的值或数据的位置

指令根据操作数个数分为

单操作数指令，如

• inc ax
• push ax
• jmp let

双操作数指令，如

• mov ax,7
• add ax,bx

三操作数指令（80386指令），如imul ebx,[esi],7

无操作数指令，如

• cbw：字节转换为字指令
• hlt：停机
• aaa：加法进位
• aam：乘法进位

指令属性

指令长度：分为单字节、双字节、三字节、四字节和多字节指令等

指令执行时间，以CPU时钟周期为单位

指令系统

指令系统指计算机所能执行的各种代码指令的集合

指令分类

• 数据传送指令
• 算术运算指令
• 逻辑运算指令
• 字符串处理指令
• 控制与转移指令
• 处理机控制指令

指令的存取

通过CS和IP寄存器来存取指令：[cs]:[ip]

CS代码段寄存器存放代码的段地址

IP指令指针寄存器存放代码的偏移地址

取指过程

1. 从CS:IP指向内存单元读取指令，进入指令缓冲区
2. IP = IP+当前读取指令长度，指向下一条指令
3. 执行指令，转到1，重复步骤

指令的寻址方式

立即寻址方式

操作数直接写在指令中，这样的操作数也被称为立即数

mov ax,3060H
mov al,5
mov bl,0FFH
mov bx,0A46DH
mov ch,23
mov dx,55H

寄存器寻址方式

操作数在寄存器中，指令中指定寄存器名

八位寄存器：AH,AL,BH,BL,CH,CL,DH,CL

十六位寄存器：AX,BX,CX,DX,SI,DI,BP,SP

mov ax,bx
add bx,2233H ;目的操作数是寄存器寻址

存储器寻址方式

操作数放在内存中，通过段地址+有效地址的形式寻址从内存中取出操作数

直接寻址方式

将操作数的有效地址直接写在指令中

• 适用于处理单个变量

mov ax,ds:[2000H]
mov ds:[4000H],ax

其中2000H为有效地址（偏移地址），即从ds段后2000H的地方取出操作数

写操作同理

直接寻址还可以使用符号地址的形式，即为存储单元的偏移地址定义成一个名字（符号地址）

value equ 1000H
mov ax, value
mov ax, [value]

若DS=1500H，则物理地址 = DS*10H+EA = 15000H+1000H = 16000H，计算机从内存存储单元编号为16000H的位置取出操作数

寄存器间接寻址方式

有效地址用寄存器存储，同样是通过段地址:偏移地址的形式寻址

• 适用于简单的表格处理

mov ax,[bx]
mov ax,[bp]
mov SS:[DI],AX

这里的偏移地址有默认的段地址，所以可以省略

寄存器BX,SI,DI默认的段寄存器为DS

寄存器BP默认的段寄存器为SS

这四个寄存器BX,SI,DI,BP也被称为间址寄存器

寄存器相对寻址方式

综合了直接寻址和间接寻址，即同时用寄存器和立即数存储偏移地址

• 用于查表操作

这五条指令取得都是同一个操作数，位置在DS:BX+1234H

top equ 1234H
mov ax,top[bx]
mov ax,[bx+top]
mov ax,[bx+1234H]
mov ax,[bx].1234H
mov ax,1234H[bx]

基址变址寻址方式

用两个寄存器来存储操作数的偏移地址

• 用于二维表的处理

mov ax,[bx+di]
mov ax,[ax][di]

mov [bp+si],ax
mov [bp][si],ax

上下二者均等效，找的物理地址分别为

• DS*10H + BX + DI
• SS*10H + BP + SI

相对基址变址寻址方式

通过两个寄存器+一个立即数来存储偏移地址

下列三条命令均等效

value equ 1234H
mov ax,[bx+si+1234h]
mov ax,[bx][si].value
mov ax,1234h[bx+si]

物理地址在基址变址寻址的基础上多加一个立即数