ch2_1访问寄存器和内存

1. 寄存器以及数据存储

寄存器，是在cpu内部用于存储数据或者指令的单元。

1.1 CPU的组成

• 运算器进行信息处理；

• 寄存器进行信息存储；

• 控制器协调各种器件进行工作；

• 内部总线实现CPU内各个器件之间的联系;

1.2 寄存器是CPU内部的信息存储单元

8086CPU有14个寄存器:

• 通用寄存器：AX、BX、CX、DX;
• 变址寄存器：SI、DI
• 指针寄存器：SP、BP
• 指令指针寄存器： IP
• 段寄存器：CS、SS、DS、ES
• 标志寄存器：PSW

共性
8086CPU所有的寄存器都是16位的，可以存放两个字节;

1.3 通用寄存器

一个16位寄存器存储一个16位的数据,

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• 汇编程序中，默认的使用10进制表示，如果数据后面有H，则代表是十六进制；

• . 而在debug 环境中，默认的是16进制表示；

最大值？
$2^{16}-1$

在AX中存储18D:
— 12H
— 10010B

再例：在AX中存储20000D
20000D
— 4E20H
— 0100111000100000B

1.4寄存器的兼容

8086上一代CPU中的寄存器都是8位的，如何保证程序的兼容性？

• 通用寄存器均可以分为两个独立的8位寄存器使用.

细化
; 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

1.5　"字”在寄存器中的存储

8086是16位CPU
; 8086的字长(word size)为16bit;

一个字(word)可以存在一个16位寄存器中:

; 这个字的高位字节存在这个寄存器的高8位寄存器
; 这个字的低位字节存在这个寄存器的低8位寄存器

而在内存中存储的时候，低位字节的数据存放在低地址内存单元中，高位字节存放在高地址内存单元中

2. mov, add指令

注：汇编指令不区分大小写

2.1学习汇编指令——用中学

2.2　写出汇编指令执行的结果(1)

设原AX、BX中的值均为0000H，

注意, 最后一步中加的结果，导致结果溢出，

2.3写出汇编指令执行的结果(2)

注意, 最后一步中加的结果，导致结果溢出，
在使用 8位寄存器，相加时, 产生的溢出进位，不能保存到高8位的寄存器；

因为相加时，使用的是8位寄存器，当存在进位溢出时，只能丢弃不能进位到高８位的寄存器，

只有当使用的16位寄存器相加时，低8位产生的溢出，才可以进位到高8位的寄存器中。

即，若执行add ax, 93H，AX结果为0158H

3. 确定物理地址的方法

3.1 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。

• 事实

1. 8086有20位地址总线，可传送20位地址，寻址能力为1M。

1. 8086是16位结构的CPU;
2. 运算器一次最多可以处理16位的数据，寄存器的最大宽度为16位。
3. 在8086内部处理的、传输、暂存的地址也是16位，寻址能力也只有64KB！

地址总线的宽度和cpu中寄存器的宽度不一样,
问题：8086如何处理在寻址空间上的这个矛盾？！

3.2 8086CPU给出物理地址的方法

8086CPU的解决方法

用两个16位地址(段地址、偏移地址) ,合成一个20位的物理地址。

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

而乘16，代表了十六进制数，左移一位；

8086CPU访问地址为123C8H的内存单元：

3.3　“段地址×16+偏移地址=物理地址”的本质含义

要解决的问题:

用两个16位的地址（段地址、偏移地址)，相加得到一个20位的物理地址.

本质含义:
CPU在访问内存时，用一个基础地址（段地址×16）和一个相对于基础地址的偏移地址相加，给出内存单元的物理地址。

4.内存的分段表示法

4.1 用分段的方式管理内存

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.

所有硬件设备的地址，都会映射到内存中，不同的硬件设备地址对应到内存单元中不同的物理地址；

• 内存并没有分段，段的划分来自于CPU！！！
  

4.2　同一段内存， 多种分段方案

（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。

左边图中，　起始地址（ 基础地址） 为10000H;
段地址为1000H， 大小为100H;

右边图中：　起始地址（ 基础地址 ） 为10000H和10080H，
段地址为1000H和1008H， 大小均为80H

4.3用不同的段地址和偏移地址形成同一个物理地址

偏移地址16位，变化范围为0~FFFFH，用偏移地址最多寻址64KB.
给定段地址2000H，用偏移地址寻址的范围是：20000H~2FFFFFH，共64K;

在8086PC机中存储单元地址的表示方法:

数据在21F60H内存单元中，段地址是2000H，说法
（a）数据存在内存2000:1F60单元中；
（b）数据存在内存的2000H段中的1F60H单元中

段地址：　使用４种专用寄存器来存放，四种不同类型的段地址

4中类型的寄存器:
cs: 代码段寄存器；
DS: 　数据段寄存器；
SS：　栈段寄存器；
ES: 　扩展寄存器；

偏移地址可以用多种方法提供——8086丰富的取址方式。

5. Debug 的使用

5.1Debug是什么

Debug是DOS系统中的著名的调试程序，也可以运行在windows系统实模式下。

使用Debug程序，可以查看CPU各种寄存器中的内容、内存的情况，并且在机器指令级跟踪程序的运行！

Debug就是传奇！

5.2 Debug能做什么

• 用R命令查看、改变CPU寄存器的内容;
  : 用D命令查看内存中的内容
  : 用E命令改变内存中的内容
  : 用U命令将内存中的机器指令翻译成汇编指令
  : 用A命令以汇编指令的格式在内存中写入机器指令
  : 用T命令执行机器指令

启动Debug, 在DOS提示符下输入命令：debug

5.2.1 用R命令查看、 改变CPU寄存器的内容

• R - 查看寄存器内容
• R 寄存器名 - 改变指定寄存器内容

5.2.2 用D命令查看内存中的内容

D 列出预设地址内存处的128个字节的内容;

D 段地址:偏移地址 , 列出内存中指定地址处的内容;

D 段地址:偏移地址, 结尾偏移地址 - 列出内存中指定地址范围内的内容;

5.2.3 用E命令改变内存中的内容

E 段地址:偏移地址 数据1 数据2 …
E 段地址:偏移地址
; 逐个询问式修改
; 空格 - 接受，继续
; 回车 - 结束

5.2.4 用U命令将内存中的机器指令翻译成汇编指令

有汇编指令
mov ax, 0123H
mov bx, 0003H
mov ax, bx
add ax, bx

对应的机器码为
B8 23 01
BB 03 00
89 D8
01 D8

e 地址 数据 - 写入
d 地址 - 查看
u 地址 - 查看代码

5.2.5 用A命令以汇编指令的格式在内存中写入机器指令

有汇编指令
mov ax, 0123H
mov bx, 0003H
mov ax, bx
add ax, bx

对应的机器码为
B8 23 01
BB 03 00
89 D8
01 D8

a 地址 - 写入汇编指令
d 地址 - 查看数据
u 地址 - 查看代码

5.2.6 用T命令执行机器指令

t - 执行CS:IP处的指令
mov ax, 0123H
mov bx, 0003H
mov ax, bx
add ax, bx

5.2.7 用Q命令退出Debug

q - 退出Debug

6.　cs,ip 与代码段

内存单元中的内容，　究竟用作数据，还是用作指令:
取决于cpu如何使用，

如果是 CS:ip, 则表示指向的内存单元中的内容用作指令，
因为cs: 代表了code segmentation 代码段,

而如果是ds: 则代表的是, data segmentation 数据段, 则表明内存单元中的内容，用作数据。

6.1 两个关键的寄存器

指令的执行，是通过 cs 和ip来找到内存单元中需要执行的指令；

专用寄存器名称	作用
CS	代码段寄存器
IP	指令指针寄存器

CS:IP:
CPU将内存中CS:IP指向的内容当作指令执行

6.2 在CS和IP指示下代码的执行

8086CPU当前状态：CS中内容为2000H，IP中内容为0000H

内存20000H~20009H处存放着可执行的机器代码

6.3 8086PC读取和执行指令演示

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

6.4 指令读取和执行的实证演示-Debug

用debug程序执行下面的代码
mov ax, 0123H
mov bx, 0003H
mov ax, bx
add ax, bx

a 地址 - 写入汇编指令
u 地址 - 查看代码
t - 执行CS:IP处代码

问：内存中有数据 B8 23 01 BB 03 00 89 D8 01 D8，
究竟用作一般数据，还是用作指令？
答：CPU将CS:IP指向的内存单元中的内容看作指令

7. jmp 指令

7.1 修改CS、 IP的指令

事实：执行何处的指令，取决于CS:IP;

• 应用：可以通过改变CS、IP中的内容，来控制CPU要执行的目标指令

问题：如何改变CS、IP的值？

方法1：Debug 中的 R 命令可以改变寄存器的值——rcs, rip
但 Debug是调试手段，并非程序方式！

方法2：用指令修改

对于cpu中的专用寄存器而言（四种段地址寄存器和ip寄存器），不可以使用立即数　赋值的形式

cs等专用寄存器，虽然可以通过其他通用寄存器来赋值，但是不属于常规操作，不常用
ip的数值，只能是cpu自身改变，不可以通过赋值改变

注意: 8086CPU不提供通过赋值的方式，对CS和IP修改的指令！

方法3：转移指令 jmp

7.2 转移指令 jmp

1. 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. 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。

7.3 问题分析

从20000H开始，执行的序列是：
（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

这里注意到，两字节的数据在存放时，低字节的数据存放在内存单元中的低地址，　高字节的数据存放在内存单元中的高地址

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