第八章 数据处理的两个基本问题

引言

本章对前面的所有内容是具有总结性的。我们知道，计算机是进行数据处理、运算的机器，那么有两个基本的问题就包含在其中：

  1. 处理的数据在什么地方？
  2. 要处理的数据有多长？

这两个问题，在机器指令中必需给以明确或隐含的说明，否则计算机就无法工作。本章中，我们就要针对8086CPU对这两个基本问题进行讨论。虽然讨论是在8086CPU的基础上进行的，但是这两个基本问题却是普遍的，对任何一个处理器都存在。

我们定义的描述性符号：reg 和 sreg 。即，寄存器（register）和段寄存器（segment register）。

为了描述上的简洁，在以后的课程中，我们将使用两个描述性的符号 reg 来表示一个寄存器，用 sreg 表示一个段寄存器。

  • reg 的集合包括：ax、bx、cx、dx、ah、al、bh、bl、ch、cl、dh、dl、sp、bp、si、di；
  • sreg 的集合包括：ds、ss、cs、es。

8.1 bx、si、di、bp

前三个寄存器我们已经用过了，现在我们进行一下总结。

  1. 在8086CPU中，只有这4个寄存器（bx、bp、si、di）可以用在“[…]”中来进行内存单元的寻址。

    以下我们来区分好正确和错误的用法。

    正确的指令：

    mov ax,[bx]
mov ax,[bx+si]
mov ax,[bx+di]
mov ax,[bp]
mov ax,[bp+si]
mov ax,[bp+di]

    错误的指令：

    mov ax,[cx]
mov ax,[ax]
mov ax,[dx]
mov ax,[ds]

  2. 在“[…]”中，这4个寄存器（bx、bp、si、di）可以单个出现，或只能以四种组合出现：

    • bx 和 si
    • bx 和 di
    • bp 和 si
    • bp 和 di

    错误的用法（bx 和 bp 不能组合；si 和 di 不能组合）：

    mov ax,[bx+bp]
mov ax,[si+di]

    正确的用法：

    mov ax,[bx]
mov ax,[si]
mov ax,[di]
mov ax,[bp]
mov ax,[bp]
mov ax,[bx+si]
mov ax,[bx+di]
mov ax,[bp+si]
mov ax,[bp+di]
mov ax,[bx+si+idata]
mov ax,[bx+di+idata]
mov ax,[bp+si+idata]
mov ax,[bp+di+idata]

  3. 只要在 [...] 中使用寄存器 bp，而指令中没有显性的给出段地址，段地址就默认在 ss 中（从这里就可以看出 bp 是帮忙 sp 来减轻负担的）。比如：

    mov ax,[bp] ;含义：(ax) = ((ss)*16+(bp))
mov ax,[bp+idata] ;含义：(ax) = ((ss)*16+(bp)+idata)
mov ax,[bp+si] ;(ax) = ((ss)*16+(bp)+(si))
mov ax,[bp+si+idata] ;(ax) = ((ss)*16+(bp)+(si)+idata)

8.2 机器指令处理的数据所在位置

绝大部分机器指令都是进行数据处理的指令，处理大致可分为三类：读取、写入、运算。

在机器指令这一层来讲，并不关心数据的值是多少，而关心指令执行前一刻，它将要处理的数据所在的位置。指令在执行前，所要处理的数据可以在三个地方：

  • CPU内部
  • 内存
  • 端口（端口我们将在后面的课程中进行讨论）

举例：

机器码 汇编指令 指令执行前数据的位置
8E1E0000 mov bx,[0] 内存，ds:0 单元
89C3 mov bx,ax CPU内部，ax 寄存器
BB0100 mov bx,1 CPU内部，指令缓冲器

8.3 汇编语言中数据位置的表达

在汇编语言中如何表达数据的位置？

汇编语言中用三个概念来表达数据的位置

  • 立即数（idata）
  • 寄存器
  • 段地址（SA）和偏移地址（EA）

立即数（idata）

对于直接包含在机器指令中的数据（执行前在CPU的指令缓冲器中），在汇编语言中称为：立即数（idata），在汇编指令中直接给出。例如：

mov ax,1 ;对应机器码：B80100

执行结果：(ax) = 1

寄存器

指令要处理的数据在寄存器中，在汇编指令中给出相应的寄存器名。例如：

mov ax,bx ;对应机器码：89D8

执行结果：(ax) = (bx)

段地址（SA）和偏移地址（EA）

指令要处理的数据在内存中，在汇编指令中可用 [X] 的格式给出 EA，SA 在某个段寄存器中。存放段地址的寄存器可以是默认的，或者显性的给出。

我们来看示例：

  • 存放段地址的寄存器是默认的

    • 示例：

      mov ax,[0]
mov ax,[bx]
mov ax,[bx+8]
mov ax,[bx+si]
mov ax,[bx+si+8]

      注：mov ax,[0] 这么写是可以的，此处相当于 mov ax,ds:[0] 。若写为 mov ax,[9] 则不可以。

      只有中括号里数字为0时，才是特殊情况。此时写 mov ax,[0] 或 mov ax,ds:[0] 均可；若中括号数字大于零，则正确的写法是 mov ax,[9] 或者

      mov bx,9
mov ax,[bx]

      段地址默认在 ds 中！

    • 示例：

      mov ax,[bp]
mov ax,[bp+8]
mov ax,[bp+si]
mov ax,[bp+si+8]

      段地址默认在 ss 中！

  • 显性的给出存放段地址的寄存器

    • 示例

      mov ax,ds:[bp] ;含义：(ax) = ((ds)*16+(bp))，段寄存器为 ds。
mov ax,es:[bx] ;含义：(ax) = ((es)*16+(bx))，段寄存器为 es。
mov ax,ss:[bx+si] ;含义：(ax) = ((ss)*16+(bx)+(si))，段寄存器为 ss。
mov ax,cs:[bx+si+8] ;含义：(ax) = ((cs)*16+(bx)+(si)+8)，段寄存器为 cs。

8.4 寻址方式

当数据存放在内存中的时候，我们可以用多种方式来给定这个内存单元的偏移地址，这种定位内存单元的方法一般被称为寻址方式。

8086CPU有多种寻址方式，我们在前面的课程中都已经用到了，这里我们进行一下总结。

寻址方式 含义 名称 常用格式举例
[idata] EA = idata; SA = (ds) 直接寻址 [idata]
[bx] EA = (bx); SA = (ds) 寄存器间接寻址 [bx]
[si] EA = (si); SA = (ds) 寄存器间接寻址
[di] EA = (di); SA = (ds) 寄存器间接寻址
[bp] EA = (bp); SA = (ss) 寄存器间接寻址
[bx+idata] EA = (bx)+idata; SA = (ds) 寄存器相对寻址 用于结构体：[bx].idata
用于二维数组：[bx][idata]
[si+idata] EA = (si)+idata; SA = (ds) 寄存器相对寻址 用于数组：idata[si]
[di+idata] EA = (di)+idata; SA = (ds) 寄存器相对寻址 用于数组：idata[di]
[bp+idata] EA = (bp)+idata; SA = (ss) 寄存器相对寻址
[bx+si] EA = (bx)+(si); SA = (ds) 基址变址寻址 用于二维数组：[bx][si]
[bx+di] EA = (bx)+(di); SA = (ds) 基址变址寻址
[bp+si] EA = (bp)+(si); SA = (ss) 基址变址寻址
[bp+di] EA = (bp)+(di); SA = (ss) 基址变址寻址
[bx+si+idata] EA = (bx)+(si)+idata; SA = (ds) 相对基址变址寻址 用于表格（结构）中的数组项：[bx].idata[si]
用于二维数组：idata[bx][si]
[bx+di+idata] EA = (bx)+(di)+idata; SA = (ds) 相对基址变址寻址
[bp+si+idata] EA = (bx)+(si)+idata; SA = (ss) 相对基址变址寻址
[bp+di+idata] EA = (bx)+(di)+idata; SA = (ss) 相对基址变址寻址

注：相对对应 idata；基址对应 [bx] 或 [bp]；变址对应 [si] 或 [di]。具体举例可参考：[39、数据处理的两个基本问题02][https://www.bilibili.com/video/av28132657/?p=39]

8.5 指令要处理的数据有多长

8086CPU的指令，可以处理两种尺寸的数据，byte 和 word。所以在机器指令中要指明，指令进行的是字节操作还是字操作。

对于这个问题，汇编语言中用一下方法处理。

  1. 通用寄存器名指明要处理的数据的尺寸。
  2. 在没有寄存器名存在的情况下，用操作符 X ptr 指明内存单元的长度，X 在汇编指令中可以为word或byte。（新方法）
  3. 其它方法。

通过寄存器名指明要处理的数据的尺寸

  • 下面的指令中，寄存器指明了指令进行的是字操作：

    mov ax,1 ;0001H放入16位寄存器ax中
mov bx,ds:[0] ;取ds高8位ds:[1]充当bx高8位；取ds低8位ds:[0]充当bx低8位
mov ds,ax
mov ds:[0],ax ;同理，取ax高8位充当ds:[1]；取ax低8位充当ds:[0]
inc ax
add ax,1000

  • 下面的指令中，寄存器指明了指令进行的是字节操作：

    mov al,1 ;01H放入8位寄存器al中
mov al,bl
mov al,ds:[0]
mov ds:[0],al
inc al
add al,100

新方法

  • 下面的指令中，用 word ptr 指明了指令访问的内存单元是一个字单元：

    mov word ptr ds:[0],1 ;0001H
inc word ptr [bx]
inc word ptr ds:[0]
add word ptr [bx],2

  • 下面的指令中，用 byte ptr 指明了指令访问的内存单元是一个字节单元：

    mov byte ptr ds:[0],1 ;01H
inc byte ptr [bx]
inc byte ptr ds:[0]
add byte ptr [bx],2

  • 在没有寄存器参与的内存单元访问指令中，用 word ptr 或 byte ptr 显性地指明所要访问的内存单元的长度是很必要的。否则，CPU无法得知所要访问的单元是字单元，还是字节单元。

    假如我们用Debug查看内存的结果如下：

    2000:1000 FF FF FF FF FF FF FF ......

    那么指令：

    mov ax,2000H
mov ds,ax
mov byte ptr [1000H],1 ;将内存偏移地址1000H处的字节单元值修改为1

    将使内存中的内容变为：

    2000:1000 01 FF FF FF FF FF ......

    而指令：

    mov ax,2000H
mov ds,ax
mov word ptr [1000H],1 ;将内存偏移地址1000H处的字单元值修改为1

    将使内存中的内容变为：

    2000:1000 01 00 FF FF FF FF ......

    这是因为 mov byte ptr [1000H],1 访问的是地址为 ds:1000H 的字节单元，修改的是 ds:1000H 单元的内容；而 mov word ptr [1000H],1 访问的是地址为 ds:1000H 的字单元，修改的是 ds:1000H 和 ds:1001H 两个单元的内容。

其它方法

有些指令默认了访问的是字单元还是字节单元。比如：push [1000H] 就不用指明访问的是字单元还是字节单元，因为push指令只进行字操作。

8.6 寻址方式的综合应用

  • 一般来说，我们可以用 [bx+idata+si] 的方式来访问结构体中的数据。

    用 bx 定位整个结构体，用 idata 定位结构体中的某一个数据项，用 si 定位数组项中的每个元素。

    为此，汇编语言提供了更为贴切的书写方式。

    如：[bx].idata、[bx].idata[si]。

8.7 div 指令

  • div 是除法指令（division），使用 div 作除法的时候：

    • 除数：8位或16位，在寄存器或内存单元中

    • 被除数：（默认）放在 AX 或 DX 和 AX 中

      除数 被除数
      8位 16位（AX）
      16位 32位（DX+AX，高16位存放在DX中，低16位存放在AX中）

    • 结果

      运算 商 余数
      8位 AL AH
      16位 AX DX

  • div 指令格式：

    • div reg
    • div 内存单元

  • 现在我们可以用多种方法来表示一个内存单元了

  • div 指令示例

    • div byte ptr ds:[0]

      含义为：

      (al) = (ax) / ((ds)*16+0)的商；

      (ah) = (ax) / ((ds)*16+0)的余数

    • div word ptr es:[0]

      含义为：

      (ax) = [(dx)*10000H+(ax)]/((ds)*16+0)的商；

      (dx) = [(dx)*10000H+(ax)]/((ds)*16+0)的余数

      注：(dx)*10000H 解读为被除数的高16位。类似于，比如十进制数107可以写成1*100(高位)+7(低位)。

    • div byte ptr [bx+si+8]

      (al) = (ax) / ((ds)*16+(bx)+(si)+8)的商；

      (ah) = (ax) / ((ds)*16+(bx)+(si)+8)的余数

    • div word ptr [bx+si+8]

      (ax) = [(dx)*10000H+(ax)] / ((ds)*16+(bx)+(si)+8)的商；

      (dx) = [(dx)*10000H+(ax)] / ((ds)*16+(bx)+(si)+8)的余数

8.8 伪指令 dd(define double)

  • 前面我们用 db 和 dw 定义字节型数据和字型数据。

  • dd 是用来定义 dword（double word双字）型数据的（2*16=32位）。

  • 说一台电脑某软件拥有64位的性能，必须满足：

    1. CPU是64位；
    2. 操作系统是64位；
    3. 该软件是64位

    缺一不可。否则，低于64位。

  • 示例：

    data segment
db 1
dw 1
dd 1
data ends

    在 data 段中定义了三个数据：

    第一个数据为 01H，在 data:0 处，占1个字节；

    第二个数据为 0001H，在data:1 处，占1个字；

    第三个数据为 00000001H，在data:3 处，占2个字节；

8.9 dup

dup 是一个操作符，在汇编语言中同 db、dw、dd 等一样，也是由编译器识别处理的符号。它是和 db、dw、dd 等数据定义伪指令配合使用的，用来进行数据的重复。

  • dup 示例

    • db 3 dup (0)

      定义了3个字节，它们的值都是0，相当于 db 0,0,0

    • db 3 dup (0,1,2)

      定义了9个字节，它们是

      0、1、2、0、1、2、0、1、2

      相当于 db 0,1,2,0,1,2,0,1,2

    • db 3 dup ('abc','ABC')

      定义了18个字节，它们是

      'abcABCabcABCabcABC'

      相当于 db 'abcABCabcABCabcABC'

可见，dup 的使用格式如下：

  • db 重复的次数 dup（重复的字节型数据）
  • dw 重复的次数 dup（重复的字型数据）
  • dd 重复的次数 dup（重复的双字型数据）

dup 是一个十分有用的操作符。比如我们要定义一个容量为 200 个字节的栈段，如果不用 dup，则必须用这样的格式：

stack segment
dw 0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0
dw 0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0
dw 0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0
dw 0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0
dw 0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0
stack ends

当然，读者可以用 dd，使程序变得简短一些，但是如果要求定义一个容量为1000字节或10000字节的呢？

如果没有 dup，定义部分的程序就变得太长了。有了dup就可以轻松解决。如下：

stack segment
db 200 dup (0)
stack ends

实验七 寻址方式在结构化数据访问中的应用

Power idea 公司从 1975 年成立一直到 1995 年的基本情况如下。

年份 收入（千美元） 雇员（人） 人均收入（千美元）
1975 16 3 ?
1976 22 7 ?
1977 382 9 ?
1978 1356 13 ?
1979 2390 28 ?
1980 8000 38 ?
...
1995 5937000 17800 ?

下面的程序中，已经定义好了这些数据：

assume cs:codesg
data segment
db '1975','1976','1977','1978','1979','1980','1981','1982','1983'
db '1984','1985','1986','1987','1988','1989','1990','1991','1992'
db '1993','1994','1995'
;以上是表示 21 年的 21 个字符串
db 16,22,382,1356,2390,8000,16000,24486,50065,97479,140417,197514
db 345980,590827,803530,1183000,1843000,2759000,3753000,4649000,5937000
;以上是表示 21 年公司总收入的 21 个 dword 型数据
dw 3,7,9,13,28,38,130,220,476,778,1001,1442,2258,2793,4037,5635,8226
dw 11542,14430,15257,17800
;以上是表示 21 年公司雇员人数的 21 个 word 型数据
data ends
table segment
db 21 dup ('year summ ne ?? ')
table ends

编程，将 data 段中的数据按如下格式写入到 table 段中，并计算 21 年中的人均收入（取整），结果也按照下面的格式保存在 table 段中。

屏幕快照 2018-08-23 13.53.37

提示：可将 data 段中的数据看成是多个数组，而将 table 中的数据看成是一个结构型数据的数组，每个结构型数据中包含多个数据项。可用 bx 定位每个结构型数据，用 idata 定位数据项，用 si 定位数组项中的每个元素，对于 table 中的数据的访问可采用 [bx].idata 和 [bx].idata[si] 的寻址方式。

注意，这个程序是到目前为止最复杂的程序，它几乎用到了我们以前学过的所有知识和编程技巧。所以，这个程序是对我们从前学习的最好的实践总结。请认真完成。

简答参考：42、寻址方式在结构化数据访问中的应用

posted @ 2018-09-17 20:25  houhaibushihai  阅读(182)  评论(0)  编辑  收藏  举报