第3章、寄存器（内存访问）

3.1 内存中字的存储

字单元：存放一个字型数据（16位）的内存单元，由两个连续的内存单元组成，高地址内存单元放字型数据的高位字节，低地址内存单元中存放字型数据的低位字节。

将起始地址为N的字单元称为N地址字单元。

3.2 DS和[address]

DS寄存器：通常用来存放要访问数据的段地址

[address]表示一个偏移地址为address的内存单元，段地址默认放在ds中

mov指令将一个内存单元中的内容送入另一个寄存器中：

mov 寄存器名 [内存单元的偏移地址]

指令执行时，8086CPU自动取ds寄存器中的数据为内存单元的段地址。

所以我们在将一个内存单元中的内容送入一个寄存器中时，需要提前将内存单元的段地址放入ds中。

8086CPU不支持将数据直接送入段寄存器，只能通过另一个寄存器中转，先将段地址送入一个一般的寄存器，如bx，再将bx中的内容送入ds。

3.4 mov、add、sub指令

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 内存单元，段寄存器 比如: mov [0],cs

mov 段寄存器，内存单元 比如: mov cs,[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指令几乎都可以互相传递，唯一要注意的是：不能将数据直接送入段寄存器！。

可以将内存单元的内容送入段寄存器，也可以将寄存器的内容送入段寄存器，但是唯独不能将数据直接送入段寄存器！

在这里插入图片描述

3.7 CPU提供的栈机制（ss和sp）

在基于8086CPU编程的时候，可以将一段内存当作栈来使用。

8086CPU的入栈和出栈操作都是以字为单位进行的。

push和pop指令执行时，CPU从SS和SP中得到栈顶的地址。

段寄存器SS，存放栈顶的段地址，SP寄存器存放栈顶的偏移地址，任意时刻，SS:SP指向栈顶元素

8086CPU中，入栈时，栈顶从高地址向低地址方向增长。

push ax表示将寄存器ax中的数据送入栈中，由两步完成。

1. 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；
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。

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pop ax表示从栈顶取出数据送入ax，由以下两步完成。

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。

当栈为空的时候，不存在栈顶元素，此时SS：SP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！

一定要注意，栈最底部的字单元的地址并不是最底部的内存单元的地址！

由于栈从栈底到栈顶是从高地址到低地址的，而字单元的地址是两个字节单元地址中的较低的那一个，所以栈最底部的字单元的地址并不是最底部的内存单元的地址！

3.8 栈顶超界的问题

栈顶超界会导致其他内存空间的指令或数据被覆盖，产生无法想象的后果。

8086CPU不保证我们对栈的操作不会超界。

我们在编程时要自己操心栈顶超界的问题。

3.9 push、pop指令

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

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实验

1. 将10000H~1000FH这段空间当作栈，初始状态栈是空的；
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。

mov ax, 1000H 
mov ss, ax 
mov sp, 0010H    ;初始化栈顶
mov ax, 001AH
mov bx, 001BH 

push ax 
push bx    ;ax、bx入栈

sub ax, ax   ;将ax清零，也可以用mov ax，0，
             ;sub ax，ax的机器码为2个字节，
             ;mov ax，0的机器码为3个字节。

sub bx, bx 

pop bx  ;从栈中恢复ax、bx原来的数据
pop ax  ;

将10000H~1000FH这段空间当作栈，初始状态栈是空的；

mov ax, 1000H
mov ss, ax
mov sp, 0010H

空栈时SP指向的内存单元的偏移地址为栈最底部的字单元的偏移地址+2

空栈时SP指向的内存单元的偏移地址为栈最底部的字单元的偏移地址+2

空栈时SP指向的内存单元的偏移地址为栈最底部的字单元的偏移地址+2

问题 3.12

因为push、pop在执行时只能修改SP，所以栈顶的变化范围是0~FFFFH，一个栈最大可以被设为64KB。

小于64KB的栈，栈顶超界时会覆盖别的内存单元；

而等于64KB的栈，栈顶超界时，SP会溢出，栈顶将环绕，覆盖原来栈中的内容。

段的综述

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“。

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来访问;

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;

对于栈段，将它的段地址放在SS中，将栈顶单元的偏移地址放在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。

CPU将内存中的某段内容当作代码，是因CS:IP指向了那里; CPU将某段内存当作栈，是因为SS:SP指向了那里。

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。

实验 2

我们可以用“d 段地址：偏移地址 ”的方式查看指定内存单元的内容，其中的段地址存储在DS段寄存器中。

我们既可以以数据的方式直接给出段地址，也可以以段寄存器的方式给出段地址。

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第4章、第一个程序

4.1 一个源程序从写出到最终执行的过程

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1. 使用文本编辑器用汇编语言写汇编程序，产生了一个存储源程序的文本文件
2. 使用汇编语言编译程序对文件中的源程序进行编译，产生目标文件
3. 使用连接程序对目标文件进行连接，产生可在操作系统中直接运行的可执行文件
4. 操作系统执行可执行文件：
   1. OS将可执行文件中的机器码和数据加载入内存
   2. 进行相关的初始化（比如设置CS：IP指向第一条要执行的指令）
   3. 由CPU执行程序。

4.2 源程序

在汇编语言源程序中有两种指令：

• 汇编指令：有对应的机器码，可以被编译为机器指令，最终被CPU执行
• 伪指令：没有对应的机器码，由编译器来执行

1.asm
assume cs:codesg 将用作代码段的段codesg和段寄存器cs联系起来。

codesg segment 定义一个段，段的名称为“codesg”，这个段从此开始
               codesg是一个标号，作为一个段的名称，最终被编译连接成一个段的段地址

    mov ax, 0123H
    mov bx, 0456H 
    add ax, bx
    add ax, ax 

    mov ax, 4c00H 
    int 21H 这两条指令实现程序的返回

codesg ends 名称为“codesg”的段到此结束

end 编译器在编译汇编程序的过程中，碰到了伪指令end，结束对源程序的编译

源程序：源程序文件中的所有内容称为源程序

程序：源程序中最终由CPU执行处理的指令或数据（即源程序中去掉伪指令的部分）

程序最先以汇编指令的形式存在源程序中，经过编译、连接后变成机器码，存在可执行文件中。

可执行文件是怎么得到运行的？

一个程序P2在可执行文件中，则必须有一个正在运行的程序P1，将P2从可执行文件中加载入内存后，将CPU的控制权交给P2，P2才能得以运行。P2开始运行后，P1暂停运行。而当P2运行完毕后，应该将CPU的控制权交还给使它得以运行的程序P1，此后P1继续运行。

程序返回：一个程序结束后，将CPU的控制权交还给使它得以运行的程序

所以需要在程序的末尾添加返回的程序段。

    mov ax, 4c00H 
    int 21H 这两条指令实现程序的返回

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4.5 编译连接

首先在DOSBox Options.bat中对DOSBox中的虚拟目录和本地电脑中的真实目录挂载（mount）

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如图，将DOSBox中的d：目录与本地路径的D:\DOSBox\masm挂载，即访问DOSBox中的d:目录相当于访问D:\DOSBox\masm

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连接的作用：

1. 当源程序很大时，可以将它分为多个源程序文件来编译，每个源程序编译成目标文件后，再用连接程序将它们连接在一起，生成一个可执行文件
2. 程序中调用了某个库文件中的程序，需要将这个库文件和该程序生成的目标文件连接在一起，生成一个可执行文件
3. 一个源程序编译后，得到了存有机器码的目标文件，目标文件中的有些内容还不能直接用来生成可执行文件，连接程序将这些内容处理为最终的可执行信息。所以，在只有一个源程序文件，也不需要调用某个库中的子程序的情况下，也必须用连接程序对目标文件进行处理，生成可执行文件。

4.6 以简化的方式进行编译和连接

在masm（link）后面加上被编译（连接）的源程序文件（目标文件）的路径、文件名，在结尾再加上分号，编译器就会在编译（连接）过程中自动忽略中间文件的生成。

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4.7 exe的执行

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在可执行文件的目录下输入可执行文件的名字即可执行（由于我将DOSBox中的d：目录与本地路径的D:\DOSBox\masm挂载，而可执行文件又在D:\DOSBox\masm下，所以此时就相当于在可执行文件所在的目录下）

4.8 谁将可执行文件中的程序装载入内存并使它运行？

程序P1要想运行，必须要有一个正在运行的程序P2，将P1从可执行文件中加载入内存，将CPU的控制权交给它，P1才能运行；P1运行完毕后，要将CPU的控制权还给使它得以运行的程序P2。

操作系统是由多个功能模块组成的庞大、复杂的软件系统，操作人员通过一个称为shell（外壳）的程序来操作计算机系统进行工作。

在DOS中有一个程序command.com，在DOS中被称为命令解释器，也就是DOS系统的shell

DOS启动时，先完成其他重要的初始化任务，然后运行command，由command执行用户输入的命令，比如：cd、dir、type。

在DOS中，command处理各种输入，命令或要执行的程序的文件名，我们就是通过command来进行工作的。

用户想要执行一个程序：

1. 在command中输入该程序的可执行文件的名称
2. command根据文件名找到可执行文件
3. 将可执行文件中的程序加载入内存
4. 设置CS：IP指向程序的入口
5. command暂时停止运行，将CPU的控制权交给另一个程序
6. 另一个程序运行完后，CPU控制权返回到command中，等待用户的输入。

4.9 程序执行过程的跟踪

command将程序加载入内存，CS：IP一指向程序的入口，command就放弃了CPU的控制权，直到程序结束，所以我们无法逐条指令看到程序的执行过程。

而Debug将程序加载入内存后并不放弃CPU的控制，单步执行程序。所以我们使用Debug来逐条执行指令，查看每一条指令的执行结果，跟踪执行过程。

debug a.exe，debug将程序从a.exe中加载入内存

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程序被装入内存的位置：

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(1) 程序加载后，ds中存放着程序所在内存区的段地址（SA），这个内存区的偏移地址为0，则程序所在的内存区的地址为ds:0;

(2) 这个内存区的前256个字节中存放的是PSP， DOS用来和程序进行通信。从256字节处向后的空间存放的是程序。

(3) 程序的物理地址是SAx16+0+256=(SA+16)x16+0，用段地址和偏移地址表示为：SA+10H:0。

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