前言

最近学了王爽教授写的《汇编语言》，整理一下学习笔记。

1.1 机器语言

机器语言是机器指令的集合，是一台机器可以正确执行的命令。
电子计算机的机器指令是一列二进制数字，如1000100111011000，计算机将之转变一列高低电平，高电平是1，低电平是0，以使计算机的电子器件受到驱动，进行运算。

CPU

CPU(Central Processing Unit, 中央处理单元），是一种微处理器，是计算机系统的运算和控制核心，是信息处理、程序运行的最终执行单元。
最常见的PC机是由CPU和其他受CPU 直接或间接控制 的芯片、器件、设备组成的计算机系统。
但是每一种微处理器由于硬件设计和内部结构的不同，就需要不同的电平脉冲来控制它使它工作，因此每一种微处理器都有自己的机器指令集，也就是机器语言。

但是机器语言有一个很大的弊端，就是机器码晦涩难懂和不易查错，有时候写一个简单的程序出来都要几十行，比如下面进行的运算：

几个简单的数字运算就要写这么多机器码，要是写错一个0和1真的很难辨别，而且这代码根本记不住啊！！！
早期的程序员很快发现了使用机器语言带来的麻烦，于是汇编语言产生了！

1.2 汇编语言

在介绍汇编语言之前先介绍一下寄存器的概念。

寄存器

寄存器，简单来讲是CPU中可以存放数据的器件，用来存放数据的一些小型存储区域，用来暂时存放参与运算的数据和运算结果，一个CPU中有多个寄存器。如AX,BX都是其中一个寄存器的代号。

汇编语言的核心是汇编指令，它决定了汇编语言的特性。
汇编语言和机器语言的差别在于指令的表示方法上，汇编语言的指令是机器指令便于记忆的书写格式。说白了，汇编指令就是机器指令的助记符。

现在发现汇编指令真的比机器指令便于记忆多了
但是，问题来了
计算机只能读懂机器指令，它怎么知道我写的汇编指令是什么意思呢？

当然，办法总是有的，只要把汇编指令翻译成机器指令就好了，于是，编译器诞生了！

编译器

简单讲，编译器就是将“一种语言（通常为高级语言）”翻译为“另一种语言（通常为低级语言）”的程序。其将汇编语言翻译成机器语言的工作流程如下：

由上图可知，程序员用汇编语言写出源程序，再用汇编编译器将其编译位机器码，由计算机最终执行。
由此我们也知道
汇编语言与机器语言是一一对应的关系

汇编语言的组成

汇编语言发展至今，有3类指令组成
（1）汇编指令：机器码的助记符，有对应的机器码。
（2）伪指令：没有对应的机器码，由编译器执行，计算机并不执行。
（3）其他符号：如+、—、*、/ 等，由编译器识别，没有对应的机器码。

1.3 存储器

想要让CPU工作，就要向他提供数据和指令，而这些指令和数据在存储器中存放，也就是我们平时说的 内存。

内存的重要性仅次于CPU，离开了内存，再好的CPU也无法工作，就像再聪明的大脑，没了记忆也无法进行思考。

磁盘

磁盘 是指利用磁记录技术存储数据的存储器，是计算机主要的存储介质，可以存储大量的二进制数据，并且断电后也能保持数据不丢失。

早期计算机使用的磁盘是软磁盘（Floppy Disk，简称软盘），如今常用的磁盘是硬磁盘（Hard disk，简称硬盘）。

磁盘不同于内存，磁盘上的数据或程序如果读不到内存中，就无法被CPU使用

1.4 指令和数据

在内存或磁盘上，指令和数据没有任何区别，都是二进制信息。CPU在工作时，把有的信息看作指令，有的信息看作数据，同样的信息赋予了不同的意义。如下图：

但是CPU如何区分指令和数据呢？
（1）从不同的时间段区分：在取指令阶段取出的是指令，在指令执行阶段取出的是数据。
（2）从地址来源区分：由PC提供存储单元地址的取出的是指令，由指令地址码部分提供存储单元地址的取出是操作数。

1.5 存储单元

存储器被划分为若干个存储单元，每个存储单元从0开始顺序编号，例如一个存储器有128个存储单元，编号为0-127，如图所示：

一个存储单元能存储多少信息呢？
我们知道，电子计算机的最小信息单位是bit(音译为比特)
8个bit组成一个Byte,也就是通常说的一个字节。微型机存储器的存储单元可以存储一个字节Byte，即8个二进制位。一个存储器有128个存储单元，它可以存储128个Byte。

微机存储器的容量是以字节位最小单位来计算的，对于拥有128个存储单元的存储器，我们可以说，他的容量是128个字节。

对于大容量的存储器一般还用以下单位来计量容量（以下用B来代表Byte）

1KB = 1024B
1MB =1024KB
1GB = 1024MB
1TB = 1024GB

1.6 CPU对内存的读写

上面讲到，存储器被划分成多个存储单元，存储单元从0开始顺序编号。这些编号可以存储单元在存储器中的地址，就像一条街，每个房子都有门牌号码。

CPU从内存中读取数据首先要确定存储单元的地址，而且要指明是对这台微机中的哪一个器件进行操作，进行哪一种操作，是从中读取数据，还是写入数据。

因此，CPU想要进行数据的读写，必须和外部器件（标准说法是芯片）进行下面3类信息的交互。
（1）存储单元的地址（地址信息）
（2）器件的选择，读或写的命令（控制信息）
（3）读或写的数据（数据信息）

可是CPU是通过什么将地址、数据、和控制信息传到存储器芯片中的呢？

总线

电子计算机能处理、传输的信息都是电信号，电信号要用导线来传送。在计算机中有专门连接CPU和其他芯片的导线，通常称为总线。总线从物理意义上来说就是一根根导线的集合。根据传送信息的不同，总线从逻辑上又分位3类：地址总线、控制总线和数据总线。

如CPU从3号单元读取数据的过程如下：

步骤如下：
（1）CPU通过地址线将地址信息3发出。
（2）CPU通过控制线发出内存读命令，选中存储器芯片，并通知它，将要从中读取数据。
（3）存储器将3号单元中的数据8通过数据线送入CPU。

知道了原理，怎么命令计算机执行指令呢？
指令如下：

机器码：10100001 00000011 00000000
对应的汇编指令：MOV AX, [3]
含义：传送3号单元的内容入AX

1.7 地址总线

现在我们知道了CPU是通过地址总线来指定存储单元的。可见地址总线上能传送多少个不同的信息，CPU就可以对多少个存储单元进行寻址。

我们知道在电子计算机中，一根导线可以传送的稳定状态只有两种，高电平（用二进制表示就是1）或低电平（用二进制表示就是0）。n根导线就可以传送n位二进制数据。一位二进制数有0，1两种表示方式，所以n位二进制数可以表示2的n次方个不同的数据。

一个CPU有N跟地址总线，则可以说这个CPU的地址总线的宽度为N。这样的CPU最多可以寻找2的N次方个内存单元。

下图展示了一个具有10根地址线的CPU向内存发出地址信息11时10根地址线上传送的二进制信息。

1.8 数据总线

CPU与内存或其他器件之间的数据传送是通过数据总线来进行的。数据总线的宽度决定了CPU和外界的数据传送速度。8根数据总线一次可以传送一个8位二进制数据（即一个字节）。16位数据总线一次可以传送两个字节。

8088CPU的数据总线宽度为8，8086CPU的数据总线宽度为16，下图将展示它们分别向内存中写入数据89D8H时，是如何通过数据总线传送数据的。

8088CPU 分两次传送89D8，第一次传送D8，第二次传送89。

8086CPU有16根数据线，可一次性传送完毕。

1.9 控制总线

CPU对外部器件的控制是通过控制总线来进行的。在这里控制总线只是个总称，控制总线是一些不同控制线的集合。有多少根控制总线，就意味着CPU提供了对外部器件的多少中控制。所以，控制总线的宽度决定了CPU对外部器件的控制能力。

例如：

“读信号输出”的控制线负责由CPU向外传送读信号，CPU向该控制线上输出低电平表示读取数据。
“写信号输出”的控制线则负责传送写信号。

1.10 主板

主板，也叫母板，安装在计算机主机箱内，是计算机最基本也是最重要的部件之一，主板上有一些核心器件和主要器件，这些器件通过总线（地址总线、数据总线、控制总线）相连。这些器件有CPU、存储器、外围芯片组、扩展插槽等。扩展插槽上一般插有RAM内存条和各类接口卡。计算机主机中的各个部件都是通过主板来连接的，计算机在正常运行时对系统内存、存储设备和其他I/O设备的操控都必须通过主板来完成。计算机性能是否能够充分发挥，硬件功能是否足够，以及硬件兼容性如何等，都取决于主板的设计。主板的优劣在某种程度上决定了一台计算机的整体性能、使用年限以及功能扩展能力。

1.11 接口卡

CPU对外部设备无法直接控制，如显示器，音箱，打印机等。直接控制这些设备进行工作的是接口卡。接口卡通过总线与CPU相连，CPU可以直接控制这些接口卡，从而实现CPU对外部设备的间接控制。

1.12 各类存储器芯片

一台PC机中装有多个存储芯片，从读写属性上看分为两类：随机存储器（RAM)和只读存储器（ROM)。

随机存储器可读可写，但必须带电存储，关机后存储的内容丢失；
只读存储器只能读取不能写入，关机后内容不丢失。

这些存储器从功能和连接上又可分为以下几类：

下图展示了PC系统的中各类存储器的链接情况：

1.13 内存地址空间

什么是内存地址空间？举个例子，一个CPU的地址总线宽度为10，那么可以寻址1024个内存单元，这1024个可寻到的内存单元就构成这个CPU的内存地址空间。

上述的那些存储器，在物理上是独立器件，但是在以下两点上相同：
（1）都和CPU的总线相连。
（2）CPU对它们进行读或写的时候都通过控制线发出内存读写命令。

也就是说，CPU把它们总的看作一个由若干存储单元组成的逻辑存储器，这个逻辑存储器就是我们所说的内存地址空间。

下面展示了CPU将系统中各类存储器看作一个逻辑存储器的情况：

图中每个物理存储器在这个逻辑存储器中占有一个地址段，即一段地址空间。CPU在这段地址空间中读写数据，实际上就是在相应的物理存储器中读写数据。

不同的计算机系统的内存地址空间的分配情况是不同的，下面展示8086PC机内存地址空间分配的基本情况。

由上图可知
从地址0-9FFFF的内存单元中读取数据，实际上就是在读取主随机存储器的数据；
向地址A0000-BFFFF的内存单元中写数据，就是向显存中写数据，这些数据会被显卡输出到显示器上；
向地址C0000-FFFFF的内存单元中写入数据的操作是无效的，因为这等于改写只读存储器的内容，而只读存储器不能写入只能读取。

内存地址空间的大小受CPU地址总线宽度的限制。8086CPU的地址总线宽度为20，可以传送2的20次方个不同的地址信息。即可以定位2的20次方个内存单元，则8086CPU的内存地址空间大小为1MB。同理，80386CPU的地址总线为32，则内存地址空间最大为4GB。

总结

以上为本人学习汇编语言时的摘录总结，主要内容来源于汇编语言（第四版） 王爽 著，大家若是感兴趣可以看看原书，很值得推荐，以上内容如果有什么错误的话，还请大家指正！