[汇编]《汇编语言》第3章 寄存器(内存访问)

王爽《汇编语言》第四版 超级笔记

目录

• ​​3.1 内存中的存储:字(word)​​
• ​​3.2 DS 和 [address]​​
• ​​3.3 字的传送​​
• ​​3.4 mov、add、sub 指令​​
• ​​3.5 数据段​​
• ​​3.6 栈、CPU提供的栈机制​​
• ​​3.7 栈顶超界的问题​​
• ​​3.8 push、pop 指令​​
• ​​3.9 栈 段​​

第3章 寄存器(内存访问)

3.1 内存中的存储:字(word)

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。

在内存中存储时，由于内存单元是字节单元(一个单元存放一个字节)，则一个字要用两个地址连续的内存单元来存放，这个字的低位字节存放在低地址单元中，高位字节存放在高地址单元中。

在图3.1中，我们用0、1两个内存单元存放数据 20000(4E20H)。

0、1两个内存单元用来存储一个字，这两个单元可以看作一个起始地址为0的字单元(存放一个字的内存单元，由0、1两个字节单元组成)。

对于这个字单元来说，0号单元是低地址单元，1号单元是高地址单元，则字型数据4E20H的低位字节存放在0号单元中，高位字节存放在1号单元中。

同理，将2、3号单元看作一个字单元，它的起始地址为2，在这个字单元中存放数18(0012H),则在2号单元中存放低位字节12H,在3号单元中存放高位字节00H。

我们提出字单元的概念：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。

任何两个地址连续的内存单元，N号单元和N+1号单元，可以将它们看成两个内存单元，也可看成一个地址为N的字单元中的高位字节单元和低位字节单元。

3.2 DS 和 [address]

CPU要读写一个内存单元的时候，必须先给岀这个内存单元的地址，在8086PC中，内存地址由段地址和偏移地址组成。

8086CPU中有一个DS寄存器，通常用来存放要访问数据的段地址。比如我们要读取10000H单元的内容，可以用如下的程序段进行。

mov bx,1000H
mov ds,bx
mov al,[0]

上面的3条指令将10000H(1000:0)中的数据读到al中。

下面详细说明指令的含义：

mov al,[0]

前面我们使用mov指令，可完成两种传送：

①将数据直接送入寄存器；

②将一个寄存器中的内容送入另一个寄存器。

也可以使用mov指令将一个内存单元中的内容送入一个寄存器中。

从哪一个内存单元送到哪一个寄存器中呢？

在指令中必须指明。寄存器用寄存器名来指明，内存单元则需用内存单元的地址来指明。

显然，此时mov指令的格式应该是：mov 寄存器名,内存单元地址。

“[•••]”表示一个内存单元，“[•••]”中的0表示内存单元的偏移地址。

我们知道, 只有偏移地址是不能定位一个内存单元的，那么内存单元的段地址是多少呢？

指令执行时，8086CPU自动取ds中的数据为内存单元的段地址。

如何把一个数据送入寄存器呢？

我们以前用类似“mov ax,1”这样的指令来完成，从理论上讲，我们可以用相似的方式：mov ds,1000H，来将1000H送入ds。

可是，现实并非如此，8086CPU不支持将数据直接送入段寄存器的操作，ds是一个段寄存器，所以 mov ds,1000H 这条指令是非法的。

那么如何将1000H送入ds呢？

只好用一个寄存器来进行中转，即先将1000H送入一个一般的寄存器如bx，再将bx中的内容送入ds。

为什么8086CPU不支持将数据直接送入段寄存器的操作？

这属于8086CPU硬件设计的问题，我们只要知道这一点就行了。

怎样将数据从寄存器送入内存单元？

从内存单元到寄存器的格式是：“mov 寄存器名, 内存单元地址”，从寄存器到内存单元则是：“mov 内存单元地址,寄存器名”。

10000H 可表示为1000:0，用ds存放段地址1000H，偏移地址是0，则mov [0],al 可完成从al到10000H的数据传送。

完整的几条指令是：

mov bx,1000H
mov ds,bx
mov [0],al

3.3 字的传送

8086CPU是16位结构，有16根数据线，所以，可以一次性传送16位的数据，也就是说可以一次性传送一个字。

只要在mov指令中给出16位的寄存器就可以进行16位数据的传送了。 比如：

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

内存中的情况如图3.3所示，写出下面的指令执行后内存中的值，思考后看分析。

3.4 mov、add、sub 指令

mov、add、sub指令，它们都带有两个操作对象。

到现在，我们知道，mov指令可以有以下几种形式。

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 段寄存器,寄存器 比如：mov ds,ax

我们可以根据这些己知指令进行下面的推测。

（1）既然有“mov 段寄存器,寄存器”，从寄存器向段寄存器传送数据，那么也应该有“mov 寄存器,段寄存器”，从段寄存器向寄存器传送数据。

一个合理的设想是： 8086CPU内部有寄存器到段寄存器的通路，那么也应该有相反的通路。

有了推测，我们还要验证一下。进入Debug,用A命令，如图3.4所示。

图3.4中，用A命令在一个预设的地址0B39:0100处，用汇编的形式mov ax,ds写入指令，再用T命令执行，可以看到执行的结果，段寄存器ds中的值送到了寄存器ax中。 通过验证我们知道，“mov 寄存器,段寄存器”是正确的指令。

（2）既然有“mov 内存单元,寄存器”,从寄存器向内存单元传送数据，那么也应该有“mov 内存单元,段寄存器”，从段寄存器向内存单元传送数据。

比如我们可以将段寄存器cs中的内容送入内存10000H处，指令如下。

mov ax,1000H
mov ds,ax
mov [0],cs

在Debug中进行试验，如图3.5所示。

图3.5中，当CS:IP指向0B39:0105的时候，Debug显示当前的指令mov [0000],cs，因为这是一条访问内存的指令，Debug还显示出指令要访问的内存单元中的内容。

由于指令中的CS是一个16位寄存器，所以耍访问（写入）的内存单元是一个字单元，它的偏移地址为0，段地址在ds中，Debug在屏幕右边显示岀“DS:0000=0000”，我们可以知道这个字单元中的内容为0。

mov [0000],cs执行后，CS中的数据（0B39H）被写入1000:0处，1000:1单元存放0BH，1000:0单元存放39H。

最后，用D命令从1000:0开始查看指令执行后内存中的情况，注意1000:0、1000:1两个单元的内容。

（3）“mov 段寄存器,内存单元”也应该可行，比如我们可以用10000H处存放的字型数据设置ds（即将10000H处存放的字型数据送入ds）,指令如下。

mov ax,1000H
mov ds,ax
mov ds,[0]

可以自行在Debug中进行试验。

add和sub指令同mov一样，都有两个操作对象。

它们也可以有以下几种形式。

add 寄存器,数据 比如：add ax,8

add 寄存器,寄存器 比如：add ax,bx

add 寄存器,内存单元 比如：add ax,[0]

add 内存单元,寄存器 比如：add [0],ax

sub 寄存器,数据 比如：sub ax,9

sub 寄存器,寄存器 比如：sub ax,bx

sub 寄存器,内存单元 比如：sub ax,[0]

sub 内存单元,寄存器 比如：sub [0],ax

它们可以对段寄存器进行操作吗？

比如“add ds,ax”，请自行在Debug中试验。

3.5 数据段

对于8086PC机，在编程时，可以根据需要，将一组内存单元定义为一个段。

我们可以将一组长度为N（N<=64KB）、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。

比如用123B0H～123B9H这段内存空间来存放数据，我们就可以认为，123B0H～123B9H这段内存是一个数据段，它的段地址为123BH,长度为10个字节。

如何访问数据段中的数据呢？

将一段内存当作数据段，是我们在编程时的一种安排,可以在具体操作的时候，用ds存放数据段的段地址，再根据需要，用相关指令访问数据段中的具体单元。

比如，将123E0H～123B9H的内存单元定义为数据段。现在要累加这个数据段中的前3个单元中的数据，代码如下。

mov ax,123BH

mov ds,ax ;将123BH送入ds中，作为数据段的段地址

mov al,0 ;用al存放累加结果

add al,[0] ;将数据段第一个单元（偏移地址为0）中的数值加到al中

add al,[1] ;将数据段第二个单元（偏移地址为1）中的数值加到al中

add al,[2] ;将数据段第三个单元（偏移地址为2）中的数值加到al中

3.1~3.5 小 结

（1）字在内存中存储时，要用两个地址连续的内存单元来存放，字的低位字节存放在低地址单元中，高位字节存放在高地址单元中。

（2）用mov指令访问内存单元，可以在mov指令中只给出单元的偏移地址，此时，段地址默认在DS寄存器中。

（3）[address]表示一个偏移地址为addiess的内存单元。

（4）在内存和寄存器之间传送字型数据时，高地址单元和高8位寄存器、低地址单元和低8位寄存器相对应。

（5）mov、addx sub是具有两个操作对象的指令。jmp是具有一个操作对象的指令。

（6）可以根据自己的推测，在Debug中实验指令的新格式。

3.6 栈、CPU提供的栈机制

在这里，我们对栈的研究仅限于这个角度：栈是一种具有特殊的访问方式的存储空间。

它的特殊性就在于，最后进入这个空间的数据，最先出去。

可以用一个盒子和3本书来描述栈的这种操作方式。

一个开口的盒子就可以看成一个栈空间，现在有3本书，《高等数学》、《C语言》、《软件工程》，把它们放到盒子中，操作的过程如图3.7所示。

现在的问题是，一次只允许取一本，我们如何将3本书从盒子中取岀来？

显然，必须从盒子的最上边取。

这样取出的顺序就是：《软件工程》、《C语言》、《高等数学》，和放入的顺序相反，如图3.8所示。

从程序化的角度来讲，应该有一个标记，这个标记一直指示着盒子最上边的书。

如果说，上例中的盒子就是一个栈，我们可以看出，栈有两个基本的操作：入栈和出栈。

入栈就是将一个新的元素放到栈顶，出栈就是从栈顶取出一个元素。

栈顶的元素总是最后入栈，需要出栈时，又最先被从栈中取出。栈的这种操作规则被称为：LIFO（Last In First Out,后进先出）。

现今的CPU中都有栈的设计，8086CPU也不例外。

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

8086CPU提供入栈和岀栈指令，最基本的两个是PUSH（入栈）和 POP（岀栈）。

比如，push ax 表示将寄存器ax中的数据送入栈中，pop ax 表示从栈顶取出数据送入ax。

8086CPU的入栈和出栈操作都是以字为单位进行的。

下面举例说明，我们可以将10000H〜1000FH这段内存当作栈来使用。

mov ax,0123H
push ax
mov bx,2266H
push bx
mov ex,1122H
push ex
pop ax
pop bx
pop ex

注意，字型数据用两个单元存放，高地址单元存放高8位，低地址单元存放低8位。

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。

pop ax的执行过程和push ax刚好相反，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。

图3.10描述了8086CPU对push指令的执行过程。

从图中我们可以看出，8086CPU中，入栈时，栈顶从高地址向低地址方向增长。

3.7 栈顶超界的问题

8086CPU用SS和SP指示栈顶的地址，并提供push和pop指令实现入栈和出栈。

但还有一个问题需要讨论，就是SS和SP只是记录了栈顶的地址，依靠SS和SP可以保证在入栈和出栈时找到栈顶。

可是，如何能够保证在入栈、出栈时，栈顶不会超出栈空间？

图3.13描述了在执行push指令后，栈顶超岀栈空间的情况。

图3.13中，将10010H—1001FH当作栈空间，该栈空间容量为16字节（8字），初始状态为空，SS=1000H、SP=0020H，SS:SP指向10020H；

在执行8次push ax后，向栈中压入8个字，栈满，SS:SP指向10010H；

再次执行push ax：sp=sp-2，SS:SP指向1000EH,栈顶超岀了栈空间，ax中的数据送入1000EH单元处，将栈空间外的数据覆盖。

图3.14描述了在执行pop指令后，栈顶超出栈空间的情况。

图3.14中，将10010H—1001FH当作栈空间，该栈空间容量为16字节（8字），当前状态为满，SS=1000H、SP=0010H，SS:SP指向10010H；

在执行8次pop ax后，从栈中弹出8个字，栈空，SS:SP指向10020H；

再次执行pop ax：sp=sp+2，SS:SP指向10022H,栈顶超出了栈空间。此后，如果再执行push指令，10020H、10021H中的数据将被覆盖。

上面描述了执行push、pop指令时，发生的栈顶超界问题。

可以看到，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。

栈顶超界是危险的，因为我们既然将一段空间安排为栈，那么在栈空间之外的空间里很可能存放了具有其他用途的数据、代码等，这些数据、代码可能是我们自己程序中的，也可能是别的程序中的（毕竟一个计算机系统中并不是只有我们自己的程序在运行）。

但是由于我们在入栈出栈时的不小心，而将这些数据、代码意外地改写，将会引发一连串的错误。

我们当然希望CPU可以帮我们解决这个问题，比如说在CPU中有记录栈顶上限和栈底的寄存器，我们可以通过填写这些寄存器来指定栈空间的范围，然后，CPU在执行push指令的时候靠检测栈顶上限寄存器、在执行pop指令的时候靠检测栈底寄存器保证不会超界。

不过，对于8086CPU，这只是我们的一个设想（我们当然可以这样设想，如果CPU是我们设计的话，这也就不仅仅是一个设想）。

实际的情况是，8086CPU中并没有这样的寄存器。

8086CPU不保证我们对栈的操作不会超界。

这也就是说，8086CPU只知道栈顶在何处（由SS:SP指示），而不知道我们安排的栈空间有多大。

这点就好像CPU只知道当前要执行的指令在何处（由CS:IP指示），而不知道要执行的指令有多少。

从这两点上我们可以看出8086CPU的工作机理，它只考虑当前的情况：当前的栈顶在何处、当前要执行的指令是哪一条。

我们在编程的时候要自己操心栈顶超界的问题，要根据可能用到的最大栈空间，来安排栈的大小，防止入栈的数据太多而导致的超界；

执行岀栈操作的时候也要注意，以防栈空的时候继续出栈而导致的超界。

3.8 push、pop 指令

push和pop指令是可以在寄存器和内存（栈空间当然也是内存空间的一部分，它只是一段可以以一种特殊的方式进行访问的内存空间。）之间传送数据的。

push和pop指令的格式可以是如下形式：

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

当然也可以是如下形式:

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

push和pop也可以在内存单元和内存单元之间传送数据，我们可以:

push 内存单元        ；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        ；出栈，用一个内存字单元接收出栈的数据

比如:

mov ax,1000H
mov ds,ax      ；内存单元的段地址要放在ds中
push [0]        ；将1000:0处的字压入栈中
pop [2]        ；出栈，出栈的数据送入1000:2处

指令执行时，CPU要知道内存单元的地址，可以在push、pop指令中只给出内存单元的偏移地址，段地址在指令执行时，CPU从ds中取得。

push ax是入栈指令，它将在栈顶之上压入新的数据。

一定要注意：它的执行过程是，先将记录栈顶偏移地址的SP寄存器中的内容减2，使得SS:SP指向新的栈顶单元，然后再将寄存器中的数据送入SS:SP指向的新的栈顶单元。

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。

同时，push和pop指令还要改变SP中的内容。我们要十分清楚的是，push和pop指令同mov指令不同，CPU执行mov指令只需一步操作，就是传送，而执行push、pop指令却需要两步操作。

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。

注意，push、pop等栈操作指令，修改的只是SP。也就是说，栈顶的变化范围最大为：0～FFFFH。

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。

栈的综述

（1） 8086CPU提供了栈操作机制，方案如下。

在SS、SP中存放栈顶的段地址和偏移地址；

提供入栈和出栈指令，它们根据SS:SP指示的地址，按照栈的方式访问内存单元。

（2）push指令的执行步骤：①SP=SP-2；②向SS:SP指向的字单元中送入数据。

（3）pop指令的执行步骤：①从SS:SP指向的字单元中读取数据；②SP=SP+2。

（4）任意时刻，SS:SP指向栈顶元素。

（5）8086CPU只记录栈顶，栈空间的大小我们要自己管理。

（6）用栈来暂存以后需要恢复的寄存器的内容时，寄存器出栈的顺序要和入栈的顺序相反。

（7）push、pop实质上是一种内存传送指令，注意它们的灵活应用。

栈是一种非常重要的机制，一定要深入理解，灵活掌握。

3.9 栈 段

对于8086PC机，在编程时，可以根据需要，将一组内存单元定义为一个段。

我们可以将长度为N(N<=64KB)的一组地址连续、起始地址为16的倍数的内存单元，当作栈空间来用，从而定义了一个栈段。

比如，我们将10010H～1001FH这段长度为16字节的内存空间当作栈来用，以栈的方式进行访问。这段空间就可以称为一个栈段，段地址为1001H，大小为16字节。

将一段内存当作栈段，仅仅是我们在编程时的一种安排，CPU并不会由于这种安排，就在执行push、pop等栈操作指令时自动地将我们定义的栈段当作栈空间来访问。

如何使得如push、pop等栈操作指令访问我们定义的栈段呢？

前面我们己经讨论过，就是要将SS:SP指向我们定义的栈段。

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，该单元的地址为栈最底部的字单元的地址+2。栈最底部字单元的地址为1000:FFFE,所以栈空时，SP=0000H。

一个栈段最大可以设为多少？为什么？

首先从栈操作指令所完成的功能的角度上来看，push、pop等指令在执行的时候只修改SP,所以栈顶的变化范围是0～FFFFH，从栈空时候的SP=0，一直压栈，直到栈满时SP=0；

如果再次压栈，栈顶将环绕，覆盖了原来栈中的内容。所以一个栈段的容量最大为64KB。

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。

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”。

我们可以这样安排，但若要让CPU按照我们的安排来访问这些段，就要：

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。

我们一定要清楚，什么是我们的安排，以及如何让CPU按我们的安排行事。

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。

要非常清楚CPU的工作机理，才能在控制CPU按照我们的安排运行的时候做到游刃有余。