8086汇编(16位汇编)学习笔记02.分段,机器码和寻址

原文链接：https://bpsend.net/thread-112-1-2.html

分段

问题1 8086是16位cpu，最多可以访问（寻址）多大内存？
- 运算器一次最多处理16位的数据。
- 地址寄存器的最大宽度为16位。
  - 访问的最大内存为：216 = 64K 即 0000 - FFFF。
问题2 8086允许最大内存1M，如何实现访问（寻址）到所有内存？
- 8086CPU有20位地址总线，可以传输20位地址，达到1M寻址能力，但8086CPU是16位构造。
  - 8086CPU采用一种在内部使用两个16位地址合成的方式来形成一个20位的物理地址。
  - 段基址的低四位不保存,只要前面16位,第四位通过段偏移得到,因此段基址的低四位必须全部为0,即与16字节对齐

分段寻址

- 将内存划分成多段，通过段基址+段偏移的方式访问
计算方式
- 内存地址=段基址*10h+段偏移
  - 因为低四位被舍弃了,变成了段偏移所以需要 *10
例子：
名词
- 1. 段基址+段偏移的方式一般写作段地址：段偏移，称作逻辑地址
  - 2. 偏移地址称作EA effective address
  - 3. 通过逻辑地址计算出来的内存地址称作物理地址

内存分布

段与段之间重叠1M内存最多可以划分多少个段？
- 1M/16byte = 2^20 / 2^4 = 2^16 = 65535
段与段之间不重叠1M内存最多可以划分多少个段？
- 1M/64k = 2^20 / 2^16 = 2^4 = 16

段划分的原则

段大小可以不是64K。一般我们分段根据需要来划分,但一般不会是64K,因此这样分段就太少,不一定够用
段与段之间不要有重叠。

注意：

内存分段 8086不会管分配，dos系统不会管分配，内存分段靠自己。
问题

一个物理地址是否只能由一个逻辑地址表示？如: 10284

- 不是: 一个物理地址可以由任意个逻辑地址表示。10284 可以根据分段和偏移组合如 1028+4 , 1020 + 84 , 1000+284
问题

物理地址为074f6，可以表示成 ____:0012吗？

- 不行, 74f6 - 0012 = 74e4 ,没有与16字节对齐,无法设成段偏移
虽然一个物理地址可以由多个逻辑地址表示，但基于分段原则，一般编程中不会碰到。

可用内存

- dos系统值编程，应用程序可用内存约600K

dos系统里面的值是可以随便修改的 ,修改里面的值可能导致系统崩溃,例如中断向量表里面存放的是系统的api,修改里面的值,会导致系统无法调用API

段寄存器

8086中，段基址都是存储在段寄存器中，段偏移可以用立即数或者通用寄存器指明。

mov 一般用的是 DS

初始 DS ES SS CS 四个段寄存器值是一样的,称为四段合一

对段寄存器的值进行修改

对CS进行修改,执行 u 和 a 指令发现段基址变成了 CS的值

但是如果自己指定了段基址,则使用自己设置的,如果没有设置段基址只设置了段偏移就把 CS 的值当做段基址, 段基址和段偏移都不设置级就接着上次的

对DS进行修改,执行 d 和 e 指令发现段基址变成了 CS的值

同理:如果自己指定了段基址,则使用自己设置的,如果没有设置段基址只设置了段偏移就把 DS 的值当做段基址, 段基址和段偏移都不设置级就接着上次的

段超越：

8086寻址方式中，有一些默认段寄存器的情况。例如，如果用BP作为基址寻址的单元，则可表明此单元位于SS段；如果用BX作为基址寻址的单元，则可表明此单元位于DS段。但在某些特例下，需要进行段超越寻址，应使用段属性前缀。
例
- MOV CX,ES:[BX]
  - 这条指令是把ES段中的偏移地址为BX的单元中的字送CX，而不是到DS段去寻址。
  - 无论用BX，SI，DI或者BP作为间接寄存器，都允许段超越。
问题 1M的内存寻址需要多少根引脚？

20 根 , 那么 cpu, 寄存器都是16位的,每次算术运算都是16位,那么如何通过 16 位寄存器去给 20根引脚赋值呢,答案是通过专门器件地址加法器实现的

地址加法器

8086有20根地址线，16根数据线，其中数据线与地址线的低16位复用。内部通过地址加法器计算地址。

地址加法器位于接口部件,对于cpu来说是设外的

寻址

指令中用于说明操作数所在的方式称为寻址方式。 16位汇编主要的是7种 32位汇编是8种

立即寻址
寄存器寻址
直接寻址
寄存器间接寻址
寄存器相对寻址
基址变址寻址
基址变址相对寻址

问题:操作数的值可以存储在哪里？

寄存器 , 内存(内存数据区)

立即寻址

说明:

操作数的值存储在指令中的方式称作立即寻址。

汇编中整数常量称作立即数。

立即数可以是8位数，也可以是16位数。

示例

MOV AL, 80H  ;     将8位立即数80H送入AL寄存器
MOV AX, 1234H;     将16位立即数1234H送入AX寄存器

立即寻址取指令把操作数和操作数取完之后就知道要干什么事了,就可以完整的去执行了

这里只需要取指令译码执行 3个步骤

取指令是从 cs寄存器中取 cs(1000)作为基址,ip作为下一条指令的段偏移,组合起来就是下一条指令的物理地址 , 注意,指令缓冲队列,最多可以取6个字节

注意：

16位立即数不能传送给8位寄存器 MOV AL,7788; Error
8位立即数给16位寄存器传送值,将会自动扩展立即数为16位,前面用00填充 MOV AX,45; 汇编码：MOV AX,0045

寄存器寻址

说明

操作数的值存储在寄存器的寻址方式称作寄存器寻址。

寄存器包括通用寄存器，段寄存器。IP 和 XX 不能用作寻址，他们有特殊的用途。

示例

MOV CL, DL     将dl的值送入cl 
MOV AX, BX     将bx的值送入ax

注意

段寄存器之间不能赋值。MOV DS,CS; Error MOV AX,CS;正确
指令指针寄存器不能用作寻址。

直接寻址

说明

操作数值在内存中，机器码中存储16位段内偏移的寻址方式称作直接寻址。(默认:DS寄存器作为段基址)

示例

MOV AL, [1064H]    取出段偏移为1064(默认段基址是DS)的地址的数据,将值赋值给 al

在汇编中 [] 代表从该地址 取内容

段偏移放在内部暂存器是因为他即将参与地址运算,因此放在离地址加法器越近越好,8位不能直接赋值给16位,会有移位操作

注意

立即数存内存需要指定长度。
内存和寄存器之间的赋值不用指定宽度，因为寄存器本身有宽度，直接通过寄存器的宽度，推导出内存的，如果给立即数，指定就不明确。
1. MOV [2000],65; Error
2. MOV [2000],6655; Error
3. MOV byte ptr[2000],65; 正确，指定宽度
4. MOV word ptr[2000],6655;正确，指定操作word宽度
5. MOV byte ptr[2000],6655; Error
不能从内存到内存，除了串操作指令【特殊，使用的寄存器固定，操作的时候就操作固定的两个寄存器】

寄存器间接寻址

说明

a.操作数值在内存中，段内偏移存储在寄存器中的寻址方式称作寄存器间接寻址。

b.间接寻址的寄存器有BX, BP, SI, DI,其他的不能用。

c.段内偏移值存储在寄存器中，而不是直接的常数。CPU先拿出寄存器中段内偏移，再相加。

上面几张图可以看出 bx为0时 ,是以 DS 寄存器的值作为段基址的, bp为0时,是以SS 寄存器为段基址,同理可以验证 DI,SI 也是以 DS 寄存器的值作为段基址的

示例

MOV  AX, [SI]  ;   将SI中的值作为段内偏移，DS作为默认段基址, 从内存中取出数据赋值AX
MOV [BX], AL   ;   将BX中的值作为段内偏移，DS作为默认段基址, 把AL中的值赋值给对应内存

注意

段寄存器的默认基址寄存器是可以修改的称为段超越

格式: 指定基址的寄存器 : [ 段偏移寄存器 ]

寄存器相对寻址

说明

a.操作数值在内存中，段内偏移存储由[寄存器+立即数]计算得来的的寻址方式称作寄存器相对寻址。

b.寄存器相对寻址的寄存器有BX, BP, SI, DI。

c.寄存器相对寻址的立即数可以是8位，可以是16位的。

示例

MOV [SI + 10H],AX;       将AX的值 传入 段偏移为 SI + 10H 的地址
MOV CX,[BX+COUNT];  COUNT 是一个立即数    将 段偏移为 BX+COUNT 的地址的内容赋值给寄存器 CX

注意

[寄存器+立即数] 可以写成 **立即数[寄存器],**但不可以写成 [寄存器]立即数

1000[SI] = [SI + 1000 ] = [SI][1000] 但是不可以写成 [SI]1000

基址变址寻址

说明

a.操作数值在内存中，段内偏移由[基址寄存器+变址寄存器]计算得来的寻址方式称作基址变址寻址。

b.可用做基址的寄存器有BX, BP。

c. BX默认DS段，BP默认SS段。

d.可用作变址的寄存器有SI, DI。

示例

MOV  [BX+DI], AX    将寄存器 AX 中的值 传入 段偏移为BX+DI,默认段基址是DS 的地址的内存中  
MOV  CX, [BP+SI]    将 段偏移为BP+SI,默认段基址是 SS 的地址的内存中的值赋值给 CX

注意

搭配时B (BP,BX) 和 I (SI,DI) 可以搭配但是 B (BP,BX) 与 B (BP,BX) , I (SI,DI) 与 I (SI,DI) 不能搭配,无法确定段基址,计算物理地址时段基址由 B (BP,BX) 决定 BP是SS ,BX 是DS
[基址寄存器+变址寄存器] = [基址寄存器][变址寄存器]

基址变址相对寻址

说明

a.操作数值在内存中，段内偏移由[基址寄存器+变址寄存器+偏移常量]计算得来的寻址方式称作基址变址寻址。

b.可用做基址的寄存器有BX, BP。

c. BX默认DS段，BP默认SS段。

d.可用作变址的寄存器有SI, DI。

e.可用作常量的数值可以是8位，可以是16位。

示例

MOV  AX, [BX+DI+1200H]    
将 段偏移为BX+DI+1200H,默认段基址是 DS 的地址的内存中的值赋值给寄存器AX

MOV [BP+SI+200H], CX      
将寄存器CX中的值 传入 段偏移为BP+SI+200H,默认段基址是SS 的地址的内存中

注意

[基址寄存器+变址寄存器+偏移常量] = 偏移常量[基址寄存器][变址寄存器]

基址寄存器是 B (BP,BX) 变址寄存器是 I (SI,DI)

注意

以下操作不存在

1.内存到内存,只能先内存到寄存器,再由寄存器到内存

2.段寄存器到内存

3.内存到段寄存器

机器码

指令的组成

指令由操作码和操作数两部分组成。
操作码说明计算机要执行哪种操作，如传送，运算，移位、跳转等操作，它是指令不可缺少的部分。
操作数是指令的参与者，既各种操作的对象
有些指令不需要操作数，通常的指令都是一个或两个操作数，也有个别指令是3个操作数甚至4个操作数。
指令系统设计了很多操作数的来源
寻找操作数的过程就是操作数的寻址
操作数采取哪一种寻址方式，会影响机器运行的速度和效率

机器码的组成

机器码分析

问题：

内存中存储的是机器码，是一些16进制的数字，计算机是如何知道多长的十六进制数字是代表一段执行机器码的？
如何知道机器码有多长？
如何知道操作数和源操作数的？

操作码操作数1，操作数2；注释

操作数2，称为源操作数 src，它表示参与指令操作的一个对象
操作数1，称为目的操作数dest，它不仅可以作为指令操作的对象，还可以用来存放指令操作的结果
分号后的内容是对指令的解释

MOV dest,src; dest <- src

给出如下代码，分析机器码

16位寄存器到16位寄存器

目的操作数不变,改变源操作数 

  逻辑地址   机器码    操作符   操作数   机器码                src dest
0DAB:0100    89C0     MOV     AX,AX    89C0    100010001 11  000 000       
0DAB:0102    89D8     MOV     AX,BX    89D8    100010001 11  011 000
0DAB:0104    89D0     MOV     AX,DX    89D0    100010001 11  010 000
0DAB:0106    89E8     MOV     AX,BP    89E8    100010001 11  101 000
0DAB:0108    89F0     MOV     AX,SI    89F0    100010001 11  110 000
0DAB:010A    89F8     MOV     AX,DI    89F8    100010001 11  111 000
0DAB:010C    89E0     MOV     AX,SP    89E0    100010001 11  100 000
0DAB:010E    89C8     MOV     AX,CX    89C8    100010001 11  001 000
源操作数不变,改变目的操作数       
0DAB:0110    89C3     MOV     BX,AX    89C3    100010001 11  000 011    
0DAB:0112    89C1     MOV     CX,AX    89C1    100010001 11  000 001   
0DAB:0114    89C2     MOV     DX,AX    89C2    100010001 11  000 002
0DAB:0116    89C6     MOV     SI,AX    89C6    100010001 11  000 110
0DAB:0118    89C7     MOV     DI,AX    89C7    100010001 11  000 111
0DAB:011A    89C4     MOV     SP,AX    89C4    100010001 11  000 100
0DAB:011C    89C5     MOV     BP,AX    89C5    100010001 11  000 101

如上可以得出结论：

16位寄存器是按位存储的

ax - 000、 cx - 001、 dx - 010、 bx - 011、sp - 100、 bp - 101、 si - 110、 di - 111

16位寄存器中AX累加器) 的速度是最快的,其次是CX计数器),因为是一个8个word的数组,

AX只需要取数组地址 base , CX 只需要 base + sizeof(world),其他的还需要需要计算乘法

base + i * sizeof(world)

验证

mov bx, sp 89 11 100 011 -> 89 E3 
mov sp, si 89 11 110 100 -> 89 F4
mov dx, sp 89 11 100 010 -> 89 E2

8位寄存器到8位寄存器

mov si, di
1000 1001 1111 1110 89fe
  逻辑地址   机器码    操作符   操作数   机器码                 src   dest
0DAB:012E   88C7      MOV     BH,AL    88C7    10001000  11   000    111
0DAB:0130   88E7      MOV     BH,AH    88E7    10001000  11   100    111           
0DAB:0122   88DF      MOV     BH,BL    88DF    10001000  11   011    111
0DAB:0124   88FF      MOV     BH,BH    88FF    10001000  11   111    111
0DAB:0126   88CF      MOV     BH,CL    88CF    10001000  11   001    111
0DAB:0128   88EF      MOV     BH,CH    88EF    10001000  11   101    111
0DAB:012A   88D7      MOV     BH,DL    88D7    10001000  11   010    111
0DAB:012C   88F7      MOV     BH,DH    88F7    10001000  11   110    111

如上可得出结论：

8位寄存器也是按照位来存储的，分别如下：

al - 000、 cl - 001、 dl - 010、 bl - 011、 ah - 100、 ch - 101、 dh - 110、 bh - 111

各种指令对比

89FE          MOV     SI,DI 1000 1001
88FE          MOV     DH,BH 1000 1000
机器码        操作符   操作数          1000 10 d w mod rrr rrr/mmm   
89C3          MOV     BX,AX           1000 10 0 1 11   000 011
89CB          MOV     BX,CX           1000 10 0 1 11   001 011
89D3          MOV     BX,DX           1000 10 0 1 11   010 011
89DB          MOV     BX,BX           1000 10 0 1 11   011 011
89E3          MOV     BX,SP           1000 10 0 1 11   100 011
89EB          MOV     BX,BP           1000 10 0 1 11   101 011
89F3          MOV     BX,SI           1000 10 0 1 11   110 011
89FB          MOV     BX,DI           1000 10 0 1 11   111 011
88C7          MOV     BH,AL           1000 10 0 0 11   000 111
88E7          MOV     BH,AH           1000 10 0 0 11   100 111
88DF          MOV     BH,BL           1000 10 0 0 11   011 111
88FF          MOV     BH,BH           1000 10 0 0 11   111 111
88CF          MOV     BH,CL           1000 10 0 0 11   001 111
88EF          MOV     BH,CH           1000 10 0 0 11   101 111
88D7          MOV     BH,DL           1000 10 0 0 11   010 111
88F7          MOV     BH,DH           1000 10 0 0 11   110 111
    
                                      1000 10 d w mod rrr rrr/mmm    
8B07          MOV     AX,[BX]         1000 10 1 1 00   000 111                
8B05          MOV     AX,[DI]         1000 10 1 1 00   000 101
8B03          MOV     AX,[BP+DI]      1000 10 1 1 00   000 011
8B00          MOV     AX,[BX+SI]      1000 10 1 1 00   000 000
8B4212        MOV     AX,[BP+SI+12]   1000 10 1 1 01   000 010 disp8
8B825634      MOV     AX,[BP+SI+3456] 1000 10 1 1 10   000 010 disp16
8A825634      MOV     AL,[BP+SI+3456] 1000 10 1 0 10   000 010 disp16
8B817856      MOV     AX,[BX+DI+5678] 1000 10 1 1 10   000 001 disp16
89817856      MOV     [BX+DI+5678],AX 1000 10 0 1 10   000 001 disp16