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汇编语言 —— 寄存器(内存访问)

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系列 - 汇编语言 阅读笔记

CPU 中，用 16 位寄存器来存储一个字。高 8 位存放高位字节，低 8 位存放低位字节。

字单元：即存放一个字型数据(16 位)的内存单元，由两个地址连续的内存单元组成。高地址内存单元中存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。

8086CPU 中有一个 DS 寄存器，通常用来存放要访问数据的段地址。

比如我们需要读取 10000H 单元的内容，并将数据读到 al 中。代码如下：

text

; 8086CPU 不支持将数据直接送入段寄存器的操作（硬件设计问题）
; 需要使用一个寄存器进行中转
mov bx,1000H
mov ds,bx

; 完成数据从 1000:0 单元到 al 的传送
; 指令执行时，8086CPU 自动取 ds 中的数据为内存单元的段地址
mov al,[0]

只要在 mov 指令中给出 16 位的寄存器就可以进行 16 位数据的传送：

text

mov bx,1000H
mov ds,bx
mov ax,[0]      ; 1000:0 处的字型数据送入 ax
mov [0],cx      ; cx 中的 16 位数据送到 1000:0 处

mov、add、sub 指令可以有以下几种形式（以 mov 指令举例）：

指令形式 指令案例
mov 寄存器，数据 mov ax,8
mov 寄存器，寄存器 mov ax,bx
mov 寄存器，内存单元 mov ax,[0]
mov 内存单元，寄存器 mov [0],ax
mov 段寄存器，寄存器 mov ds,ax
mov 寄存器，段寄存器 mov ax,ds
mov 段寄存器，内存单元 mov cs,[0]
mov 内存单元，段寄存器 mov [0],cs

我们可以将一组长度为 N( ≤ 64 KB )、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。

将一段内存当作数据段，也是我们在编程时的一种安排，与代码段类似。

栈是一种具有特殊的访问方式的存储空间。最后进入这个空间的数据，最先出去。

8086CPU 提供相关的指令来以栈的方式访问内存空间。在基于 8086CPU 编程的时候，可以将一段内存当作栈来使用。

8086CPU 提供入栈和出栈指令，最基本的两个是 PUSH(入栈) 和 POP(出栈)。8086CPU 的入栈和出栈操作以字为单位进行的。

8086CPU 中，有两个寄存器，段寄存器 SS 和寄存器 SP，栈顶的段地址存放 在 SS 中，偏移地址存放在 SP 中。任意时刻，SS:SP 指向栈顶元素。push 指令和 pop 指令执行时，CPU 从 SS 和 SP 中得到栈顶的地址。

push ax 的执行，由以下两步完成：

  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。
PUSH 指令执行过程
PUSH 指令执行过程

pop ax 的执行过程和 push ax 相反，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。
POP 指令执行过程
POP 指令执行过程

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，该单元的偏移地为栈最底部的字单元的偏移地址 + 2。

栈空的状态
栈空的状态

当栈满的时候 再使用 push 指令入栈，或栈空的时候再使用 pop 指令出栈，都将发生栈顶超界问题。

8086CPU 不保证我们对栈的操作不会超界，在编程的时候要自己操心栈顶超界的问题。

指令形式 指令案例 指令说明
push 寄存器 push ax 将一个奇存器中的数据入栈
pop 寄存器 pop ax 出栈，用一个寄存器接收出栈的数据
push 段寄存器 push ds 将一个段寄存器中的数据入栈
pop 段寄存器 pop cs 出栈，用一个段寄存器接收出栈的数据
push 内存单元 push [0] 将一个内存字单元处的字入栈(注意:栈操作都是以字为单位)
pop 内存单元 pop [0] 出栈，用 一个内存字单元按收出栈的数据

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或内存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。

CPU 执行 mov 指令只需一步操作，就是传送；而执行 push、pop 指令需要两步操作：

  • 执行push时，CPU 的两步操作是：先改变 SP，后向 SS:SP 处传送
  • 执行 pop 时，CPU 的两步操作是：先读取 SS:SP 处的数据，后改变SP

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。

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：

  1. 我们可以用一个段存放数据，将它定义为“数据段”；
  2. 我们可以用一个段存放代码，将它定义为“代码段”；
  3. 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。

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。

更新于 2023-08-03
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