匯編語言與接口技術(shù)第一章預(yù)備篇-匯編預(yù)備知識一、匯編語言的概念匯編語言是介于計算機(jī)能直接理解的機(jī)器語言與用戶容易理解的高級語言之間的一種低級語言。匯編語言除了有與代碼指令一一對應(yīng)的符號指令外，還增加了專用于定義變量，常量，符號，過程，分配存儲空間，定位程序起始地址等一系列指令稱之為偽指令的符號指令。低級語言： 機(jī)器語言〔指令系統(tǒng)、操作碼+操作數(shù)〕 匯編語言匯編語言實際上是機(jī)器語言的一個助記版本，它有一套指令系統(tǒng)，其中的匯編指令和機(jī)器指令是一一對應(yīng)的。和機(jī)器指令不同，匯編指令是一些助記符〔通常是英文單詞的縮寫〕，而不是二進(jìn)制代碼，因此記憶這樣的指令非常容易。匯編語言是一種針對機(jī)器指令的語言，但是使用它編制的程序只是一些文本信息，并不能直接在CPU上運(yùn)行。因此必須要將匯編語言程序〔使用匯編語言編制的源程序〕翻譯成可執(zhí)行程序〔機(jī)器指令組成的程序〕，這個翻譯過程叫做匯編。指令、偽指令以及程序設(shè)計規(guī)那么構(gòu)成匯編語言系統(tǒng)。二、匯編語言的特點

相對高級語言而言，匯編每一行都是CPU執(zhí)行的一條指令〔可執(zhí)行程序最根本的組成元素〕，程序處于底層，緊密貼合硬件，更能有效地訪問、控制計算機(jī)的各種硬件資源,如磁盤、存儲器、CPU、I/O端口等；由于是使用指令直接進(jìn)行程序編寫，執(zhí)行效率比高級語言編譯而得的程序高〔占用資源少、執(zhí)行速度快〕C語言實現(xiàn)c=a+b，并在屏幕上顯示出結(jié)果

#include"stdafx.h"#include"stdio.h"intmain(intargc,char*argv[]){inta,b,c;a=3; b=2; c=a+b; printf(“c=%d\n",c); return0;}編譯后的目標(biāo)文件到達(dá)3.59KB匯編語言程序：c=a+bdatasegmentadb?bdb?cdb?stringdb'c=$'dataendscodesegmentmainprocfarassumecs:code,ds:data,es:datastart:pushdssubax,axpushax

movax,datamovds,axmoves,ax

mova,3movb,2moval,aaddal,bmovc,alleadx,stringmovah,09int21haddc,30hmovdl,cmovah,2int21hmovdl,0ahint21hmovdl,0dhint21hretmainendpcodeendsendstart匯編后的目標(biāo)文件只有208字節(jié)三、匯編語言的應(yīng)用范圍通過和高級語言的比較可以理解，匯編語言針對的應(yīng)用主要是硬件的控制和核心算法的編制。適合使用匯編語言的場合如下：(1)如果實際應(yīng)用中需要設(shè)計硬件接口，那么必須使用匯編語言對接口進(jìn)行調(diào)試，檢查硬件接口設(shè)計是否正確；調(diào)試結(jié)束后還需要編制完整的驅(qū)動程序，使之提供給上層軟件的系統(tǒng)調(diào)用，這通常也是使用匯編語言來完成的。(2)如果實際應(yīng)用中需要使用已有硬件的特殊功能，這些特殊功能是高級語言中沒有提供的，那么可以使用匯編語言程序直接控制該硬件。例如有些應(yīng)用中需要使用MMX指令加速某些數(shù)字圖象算法，那么就需要使用匯編語言來實現(xiàn)。(3)一個高級語言編制的應(yīng)用軟件中可能包含了成千上萬行高級語言代碼，但是并不是每行代碼都是經(jīng)常被執(zhí)行的，經(jīng)常被循環(huán)執(zhí)行的代碼往往只占總代碼數(shù)量的一小局部，這局部代碼被稱為核心代碼。在應(yīng)用軟件最終產(chǎn)品化的時候，核心代碼往往改用匯編語言實現(xiàn)，以提高其運(yùn)行效率。核心代碼的效率提高就代表著這個軟件的整體執(zhí)行效率提高了。四、為什么學(xué)習(xí)匯編語言

從課程〔知識〕的角度涉及到計算機(jī)軟硬件的最根底的局部，它是大學(xué)學(xué)習(xí)階段深入計算機(jī)系統(tǒng)底層的一門課程，是進(jìn)入計算機(jī)底層世界的門戶，作為理解多門后期課程的根底，它起著至關(guān)重要的作用。后期課程：操作系統(tǒng)、接口與外部設(shè)備、嵌入式系統(tǒng)、計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)等指令系統(tǒng)層微體系結(jié)構(gòu)層數(shù)字邏輯層面向問題的語言層匯編語言層操作系統(tǒng)層從編程〔技能〕角度看1〕匯編語言〔除機(jī)器語言外〕是計算機(jī)語言中最接近底層硬件的語言，直接用于控制硬件，是編寫硬件驅(qū)動程序、調(diào)試硬件接口必不可少的工具。2〕由于直接使用指令進(jìn)行程序設(shè)計，它的執(zhí)行效率很高，速度比高級語言程序快，占用的空間比高級語言程序小，是通常用作編寫核心算法的語言。五、如何學(xué)習(xí)匯編語言1、了解以X86系列的PC機(jī)的根本結(jié)構(gòu)〔編程結(jié)構(gòu)〕2、掌握X86系列微處理器的指令系統(tǒng)及尋址方式3、學(xué)習(xí)記憶匯編語言的語法4、掌握程序設(shè)計的根本方法5、理論聯(lián)系實踐以動手實踐帶動學(xué)習(xí)記憶作業(yè)、實驗〔多看程序，多寫程序〕編程：模仿→改造→創(chuàng)新本門課程的教學(xué)目的和要求(1)能夠閱讀匯編語言程序，并能夠正確解釋其功能(2)能夠編寫一些完整的、實用的匯編語言程序(3)能夠正確使用匯編工具和調(diào)試工具，使編寫的匯編語言程序能在計算機(jī)上正確運(yùn)行(4)通過對匯編語言的學(xué)習(xí)，逐步了解計算機(jī)系統(tǒng)的底層工作原理，并逐步建立一個硬件系統(tǒng)的根本框架參考資料:1、IBM-PC匯編語言程序設(shè)計(第2版)

沈美明溫冬嬋清華大學(xué)出版社

2、IBM-PC匯編語言程序設(shè)計例題習(xí)題集 沈美明溫冬嬋清華大學(xué)出版社教學(xué)內(nèi)容和學(xué)時分配授課方式:講課(36學(xué)時)+實驗(12學(xué)時)考核方式(考試課):

平時成績(30%)+考試成績(70%)六、數(shù)據(jù)的表示和類型比方：1011B=111011O=5217777O=40951011H=4113數(shù)的二進(jìn)制表示B、八進(jìn)制表示O、十進(jìn)制表示D、十六進(jìn)制表示H有符號數(shù)的補(bǔ)碼表示正數(shù)最高位為0，負(fù)數(shù)最高位為1。正數(shù)的補(bǔ)碼形式不變，負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼形式由對應(yīng)的正數(shù)每一個二進(jìn)制位變反，最后結(jié)果加1。3的8位二進(jìn)制補(bǔ)碼：00000011-3的8位二進(jìn)制補(bǔ)碼：11111101BCD碼是用4位二進(jìn)制表示1位十進(jìn)制。比方：668的BCD碼是：011001101000數(shù)據(jù)根本類型：字節(jié)(byte)，字(word),雙字(DW)，四字，十字節(jié)。ASCII碼——美國信息交換標(biāo)準(zhǔn)碼例：‘A’41H‘a(chǎn)’61H‘1’31H換行0AH回車0DH空格20H七、計算機(jī)系統(tǒng)概述計算機(jī)系統(tǒng)包括硬件和軟件兩局部硬件：CPU、存儲器、總線控制器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備軟件：為了運(yùn)行管理和維護(hù)而編制的各種程序的總和軟件分成系統(tǒng)軟件和用戶軟件兩大類。1、計算機(jī)硬件系統(tǒng)

存儲器中央處理器總線控制

CPU邏輯大容量接口存儲器

I/O設(shè)備圖1.1計算機(jī)結(jié)構(gòu)圖存儲器是計算機(jī)的記憶體。人們編寫的程序〔指令序列組成〕就存放在此，也可存放程序中所用的數(shù)據(jù)，信息和中間結(jié)果。問題：馮.諾依曼是什么人，提出什么計算機(jī)方案？PC機(jī)內(nèi)有1M字節(jié)隨機(jī)存取的存儲器RAM及40K字節(jié)ROMBASIC的解釋程序、根本輸入/出系統(tǒng)軟件BIOS中央處理機(jī)包括運(yùn)算器和控制器兩局部。運(yùn)算器執(zhí)行所有的算術(shù)、邏輯運(yùn)算指令?？刂破髂敲簇?fù)責(zé)中央處理機(jī)內(nèi)全部的控制動作，它協(xié)助運(yùn)算器完成各種運(yùn)算。I/O子系統(tǒng)包括I/O設(shè)備〔負(fù)責(zé)與計算機(jī)外部世界通信用的輸入/出設(shè)備：終端、鍵盤、打印機(jī)等〕和大容量存儲器兩類〔大容量存儲器指可存儲大量信息的外存如磁盤、磁帶、光盤等〕。機(jī)器內(nèi)部的存儲器稱為內(nèi)存——容量有限，但速度快。除必要的系統(tǒng)程序外，一般程序〔包括數(shù)據(jù)〕只存放在外存中，只有當(dāng)運(yùn)行時，才將它從外存?zhèn)鬟f到內(nèi)存的某個區(qū)域，由CPU執(zhí)行。2、中央處理器CPU的任務(wù)是執(zhí)行存放在存儲器里的指令序列IBMPC機(jī)中的CPU由一個微處理芯片8088組成，主要性能：系統(tǒng)時鐘4.77MHZ、根本指令99條、機(jī)內(nèi)字長16位，數(shù)據(jù)線8根，地址線20根〔1M字節(jié)的尋址能力〕平均運(yùn)算速度0.65Mps(兆次/秒〕系統(tǒng)總線16位ALU的數(shù)據(jù)總線

123458位數(shù)據(jù)總線20位地aBus

ALUPSW(F)1.2.3.4.5.

圖1.28088CPU內(nèi)部通訊存放器是I/O,MEM與EU部件交換數(shù)據(jù)的暫存存放器。BIU負(fù)責(zé)8088CPU與存貯器和I/O設(shè)備之間的信息傳遞：BIU從內(nèi)存指示地址取出指令，并送指令流字節(jié)隊列去排隊。執(zhí)行指令時，所需的存貯器操作數(shù)也由BIU從內(nèi)存指定單元取出，傳送給Eu去執(zhí)行四個段存放器CS,DS,SS和ES,指令指針I(yè)P以及地址加法器產(chǎn)生存取數(shù)據(jù)或指令的20位地址，指令流字節(jié)隊列存放取出來的指令。8088存放器組通用存放器組〔數(shù)據(jù)存放器組〕：AX,BX,CX,DX用來暫時存放計算過程中所用到的操作數(shù)，結(jié)果或信息。它們都可以字〔16位〕或字節(jié)〔8位〕形式訪問，比方：AX,AH,AL,BX,CX,DX,DH,DL。這些都是通用存放器又可用于各自的專用存放器。AX:累加器，算術(shù)運(yùn)算的主要存放器；所有的I/O指令都參與外設(shè)傳送信息。BX:在計算存儲器地址時，經(jīng)常用作基址存放器。CX:在循環(huán)〔Loop)和串處理指令中用作隱含的計數(shù)器。DX:一般在做雙子長運(yùn)算時把DX和AX組合在一起存放一個雙字長數(shù)，DX放高16位：對某些I/O操作，DX可用來存放I/O的端口地址。指針和變址存放器：SP,BP,SI,DI四個16位存放器。存放16位的操作數(shù)；更經(jīng)常的用途是在段內(nèi)尋址時提供偏移地址。使用指針和變址存放器，除減少指令長度外，更重要的作用是：使指令訪問的地址是程序運(yùn)算的結(jié)果。這個是指針或變址存放器與16位通用存放器進(jìn)行算術(shù)和邏輯運(yùn)算得到的。BP,SP:堆棧指針存放器，SP+SS在RAM中建立堆棧，并通過棧頂來存取站中的數(shù)據(jù)。而BP+SS不通過棧頂存取堆棧中某單元的信息。變址存放器SI,DI為變址存放器：它們有自動增量，自動減量的功能，與DS聯(lián)用，確定數(shù)據(jù)段中某一存儲單元的地址，在串處理中，SI,DI作為隱含源變址、目的變址存放器。此時SI與DS聯(lián)用，DI與ES聯(lián)用，到達(dá)在不同段尋址的目的。段存放器：CS:代碼段存放器DS:數(shù)據(jù)段存放器SS:堆棧段存放器ES:附加段存放器16位存放器,用來標(biāo)識當(dāng)前代碼段,數(shù)據(jù)段,堆棧段和附加段。功能：主要是使8088CPU對IBMPC內(nèi)存的不同段進(jìn)行讀寫?？刂拼娣牌鱅P和PSWIP——指令指針存放器〔存放代碼段中的偏移地址〕，在程序執(zhí)行過程中，它始終指向下一條指令的首地址，它與CS存放器聯(lián)用取得確定的下一條指令在存儲器中的物理地址，控制器可取得下一條執(zhí)行指令，控制器一旦取得這條指令。就馬上修改IP的內(nèi)容，讓它指向下一條指令的首地址。PSW程序狀態(tài)字存放器〔16位〕由條件標(biāo)志和控制標(biāo)志構(gòu)成。1514131211109876543210條件碼標(biāo)識：條件碼標(biāo)識〔6個〕，用來記錄程序運(yùn)行和狀態(tài)信息。這些信息往往作為條件轉(zhuǎn)移指令的控制條件。OF溢出標(biāo)志OF=0:-128<=B<=127-32768<=W<=+32767；否那么OF=1SF符號標(biāo)志與運(yùn)算結(jié)果的最高位相同ZF零標(biāo)志ZF=1：結(jié)果為0；否那么ZF=0AF輔助進(jìn)位標(biāo)志中間位向高位進(jìn)位或借位時，AF=1；否那么AF=0PF奇偶標(biāo)志操作數(shù)中1的個數(shù)為偶PF=1CF進(jìn)位標(biāo)志CF=1：最高有效位有進(jìn)位注意：解有符號數(shù)的算術(shù)運(yùn)算，必須根據(jù)OF是“1〞還是“0〞決定是否溢出。對于無符號的算術(shù)運(yùn)算，必須根據(jù)CF是“1〞還是“0〞來決定。進(jìn)位和溢出是兩個不同性質(zhì)的標(biāo)志不要混淆確定CF和OF的值：字節(jié)〔-1〕+〔-1〕=-2的有符號數(shù)運(yùn)算11111111+11111111CF=1OF=0←無溢出111111110(+100)+(+100)=20001100100+01100100CF=0011001000OF=1有溢出控制標(biāo)志:DF方向標(biāo)志DF=1(DOWN方向減量)DF=0(UP方向增量)IF中斷標(biāo)志IF=1(CPU響應(yīng)外部中斷請求)STIIF=0(CPU不響應(yīng)外部中斷請求)CLITF追蹤標(biāo)志TF=1〔CPU單步操作〕TF=0(連續(xù)操作)3、存儲器存儲單元的地址和值：計算機(jī)存儲信息的根本單位是位、字節(jié)和字。每位是一個二進(jìn)制數(shù)，一位可存儲一個二進(jìn)制數(shù)0或1，每8位組成一個字節(jié)，兩個字節(jié)組成一個字。一字節(jié)高位字節(jié)低位字節(jié)一個字在存儲器里以字節(jié)為單位存儲信息，為了正確存放或取得信息，每一個字節(jié)單元給一個存儲器地址。地址從0開始編號，順序的每次加1——無符號的二進(jìn)制數(shù)，以十六進(jìn)制方式書寫。16位二進(jìn)制可標(biāo)識多少單元的地址？：216個。那么16位〔一個字長〕可表示的地址范圍有0-655351024=1k=210為討論存儲器容量的根本單位，那么65535個字節(jié)單元的存儲器容量為64k〔210+6=210*26=64*210〕地址編號的范圍〔十六進(jìn)制表示〕0000H-FFFFHx表地址；〔x)表示該單元的內(nèi)容。(0010)=1234H0010H1234H((0010))=(1234)=2F1EH一個存儲單元中存放的信息為該存儲單元的內(nèi)容，字的存入如下圖：低字節(jié)存入低地址0010H0011H〔0010)w=1234H〔0010)b=34H同一個地址既可看作字節(jié)單元的地址，又可作為字單元的地址，視具體情況而定。機(jī)器里訪問存儲器〔要求存數(shù)或取數(shù)〕都是以字為單位進(jìn)行的。即：機(jī)器是以偶地址訪問存儲器的，這樣，對于奇地址的字單元，要取一個字需要訪問二次存儲器。堆棧

IBMPC的堆棧是在內(nèi)存RAM中開辟的一端固定一端活動的存儲空間，活動端為棧頂，固定端為棧底。棧的伸展方向是從高地址到低地址，進(jìn)棧時SP的變化順序SP-2，SP-4，SP-6，…SP-2I，出棧時SP的變化順序SP+2，SP+4，SP+6，…SP+2I作用：中斷，子程序嵌套，遞歸，保存現(xiàn)場，存放中間結(jié)果等。內(nèi)存分段內(nèi)存由RAM和EPROM/ROM構(gòu)成，由于8086/8088有20條地址線，且存儲器是以字節(jié)為單位，故其直接尋址能力可達(dá)1MB〔220字節(jié)〕，而8088CPU內(nèi)部的EU只能進(jìn)行16位運(yùn)算，與地址有關(guān)的存儲器也都是16位，那么如何得到20位地址？涉及到內(nèi)存分段技術(shù)。地址分段的范圍00000H-FFFFFH在編程時，將存儲器劃分成假設(shè)干段，每個段的大小可達(dá)64K〔216〕——段內(nèi)地址可用16位表示。實際可依需要來確定段的大小——64K范圍內(nèi)的任意個字節(jié)數(shù)。可用16位表示段地址，訪問存儲單元時，用段地址+十六位段地址偏移量可得到確定的單元位置?！拔恢猫暭礊槲锢淼刂?。段地址放入段存放器CS，DS，SS，ES物理地址的計算方法為：將段地址后添加4位零，再加上偏移地址值。16X段地址+偏移地址=物理地址16位段地址0000+16位偏移地址————————————20位物理地址一般情況下，物理段在存儲器中的分配是由操作系統(tǒng)負(fù)責(zé)的。邏輯段可以在程序中重新定義，各邏輯段也可以允許重疊。例如：代碼段占8K存儲區(qū)〔2000H〕數(shù)據(jù)段占2K存儲區(qū)〔800H〕堆棧段占256B存儲區(qū)分配如下二種：內(nèi)存

CS0150H64K代碼01500HDS4200HSS1CD0H64K堆棧1CD00HESB000H64K數(shù)據(jù)42000H64K附加B0000H

內(nèi)存