Part 1. 基础知识⚓︎

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背景知识⚓︎

汇编语言基础⚓︎

汇编语言是对机器语言的符号化
汇编语言与 CPU 和操作系统密切相关
- 现代操作系统对操作系统和用户程序的权限做了严格区分，因此无法执行特权命令
- 而 DOS 系统没有这种限制，故课上介绍的是古老的 DOS 系统下的 80x86 汇编语言
特点：
- 控制强：
  - 最接近机器语言，因此更容易控制硬件
  - 汇编语言的“材料”——指令与中断调用相对高级语言的“材料”（语句与函数调用）小，因此用汇编语言可以写出高级语言无法实现的程序
- 代码短：用汇编语言写的程序经编译后生成的可执行代码比高级语言的要短
- 速度快
组成部分：
- 汇编指令：机器码的助记符，可以被计算机执行，是汇编语言的核心
- 伪指令：没有对应的机器码，由编译器识别并翻译，计算机并不执行
- 其他符号

硬件基础知识⚓︎

这里涉及到的硬件知识只是抽象层面的，并不会涉及到电路连接、逻辑门之类的。

内存 / 存储器
- 存储了 CPU 可以直接使用的信息
- 在内存中数据和指令没有任何区别，都是二进制信息
- 1 个内存单元对应 1 字节的信息，以及 1 个地址
- 各类存储器芯片：
  - 随机访问存储器 (RAM)：存放 CPU 使用的绝大部分程序和数据
  - 装有 BIOS（基本输入输出系统）的只读存储器 (ROM)
    - BIOS 是主板和各类接口卡厂商提供的软件系统，通过 BIOS 可对硬件设备进行最基本的输入输出
    - 主板和接口卡的 ROM 用于存储相应的 BIOS
  - 接口卡上的 RAM：某些接口卡需要对大批量输入 / 输出数据进行暂时存储，比如显卡的 RAM（称为显存）
- 内存地址空间：一种逻辑存储器（与计组提到的虚拟内存类似）
  - CPU 将系统中各类（物理）存储器看作一个逻辑存储器
  - 每个物理存储器在逻辑存储器中占有一个地址段，称为段地址空间
  - 8086 系统的内存地址空间分配情况（地址范围）：
    - 主存储器（包括用户数据和中断向量表）地址空间：[0000:0000, 9000:FFFF]
    - 显存地址空间：[A000:0000, B000:FFFF]
      - 图形模式：[A000:0000, A000:FFFF]
      - 文本模式：[B800:0000, B800:7FFF]
    - 各类 ROM 地址空间：[C000:0000, F000:FFFF]
  显卡（显存）地址映射
  
  显卡地址映射分为文本模式(text mode) 和图形模式(graphics mode)，具体来说：
  文本模式图形模式
  \(80 \times 25\)（每行 80 个字符，每列 25 个字符）文本模式的屏幕坐标系统如图所示：
  
  每两个内存单元（2 字节）决定屏幕上的一个字符
  
  前一个内存单元（1 字节）表示字符的 ASCII 码值
  
  后一个内存单元（1 字节）表示字符的颜色，每个位的意义如下所示：
  
  7: 闪烁 6: 红 5: 蓝 4: 绿 3: 高亮 2: 红 1: 绿 0: 蓝
  
  高 4 位表示背景色
  
  低 4 位表示前景色
  
  屏幕坐标 (x, y) 对应的显卡偏移地址text_mode_offset的计算公式为：
  text_mode_offset = (y * 80 + x) * 2
  
  虽然这是一个二维平面，但是在内存中所有的数据都是连续的（图中的 79x2 和 80x2 表示的是十进制的偏移地址，为了方便就这样写了）
  
  例子
  
  设ds=0B800h
  
  mov byte ptr ds:[0], 'A' mov byte ptr ds:[1], 74h mov byte ptr ds:[2], 'B' mov byte ptr ds:[3], 72h
  
  结果是：
  
  \(320 \times 200\) 图形模式的屏幕坐标系统如图所示：
  
  1 个内存单元（1 字节）决定屏幕上的一个点，其值代表该点的颜色（256 种）
  
  屏幕坐标 (x, y) 对应的显卡偏移地址graphics_mode_offset的计算公式为：
  graphics_mode_offset = y * 320 + x
CPU
- 算术逻辑单元 (ALU)：算术、逻辑和移位运算
- 控制单元 (CU)：取指令、解释指令、执行指令
- 寄存器 (register)：可以理解为 CPU 下的全局变量，CPU 中只有它是可编程控制的
- 总线 (bus)：将 CPU 与外部器件连接起来的导线，分为 3 类
  - 地址总线：
    - 若有 \(N\) 根地址线，则 CPU 最多可访问 \(2^N\) 个内存单元
    - 它的宽度决定了 CPU 的寻址能力
  - 数据总线：
    - 若数据总线位宽为 \(N\)，则 CPU 一次可传送 \(N\) 位数据
    - 它的宽度决定了 CPU 的数据传送量
  - 控制总线：
    - 对内存的读写主要由“读信号输出”和“写信号输出”的控制线分别负责
    - 它的宽度决定了 CPU 对系统中其他器件的控制能力
- n 位（一般是 2 的幂）CPU 具有以下结构特性：
  - 运算器一次最多处理 n 位数据
  - 寄存器的最大宽度为 n 位
  - 寄存器和运算器之间的通路为 n 位
- CPU 的具体实现可以参考我的计组笔记
主板：每台 PC 都有一块主板，主板上有核心器件和一些主要器件，它们之间通过总线连接。这些器件包括：CPU、内存、外围芯片组、扩展插槽（一般插有 RAM 内存条和各类接口卡）等
接口卡：能够直接控制外部设备的工作，通过总线与 CPU 相连，使得 CPU 能够间接控制外部设备
- 读：CPU 从 I/O 设备相关端口读取信号，获取 I/O 设备的反馈信息
- 写：CPU 向 I/O 设备相关端口发送信号，将控制信号输出到 I/O 设备

数制⚓︎

注

关于二进制、八进制、十进制和十六进制的表示与转换就不再赘述了，这里就讲一下与汇编语言相关的内容。

汇编语言下各种进制的表示：

二进制：用 B 或 b 作为后缀
八进制：用 Q 或 q 作为后缀
十进制：无需后缀
十六进制：用 H 或 h 作为后缀，若最高位是字母还需加前缀 0

注意

前后缀不会存储在寄存器内
为了表示方便，对于较长的数字，本笔记采用“每四位空一格”的方法表示数字，但在汇编语言中数字之间不得有空格

数据组织⚓︎

位 (bit)：存储计算机数据的最小单位
字节 (byte)：
- 存储计算机数据的基本单位
- 可以表示 \([0, 255]\)（\([00h, 0FFh]\)）范围内的无符号数，或者 \([-128, 127]\)（\([80h, 7Fh]\)）范围内的符号数，或者 ASCII 码
- 关键词db用于定义字节类型的变量或数组
- 相当于 C 语言中的char或unsigned char
字 (word)：
- 1 字 = 2 字节 = 16 位
- 低 8 位称为低字节，高 8 位称为高字节
- 可以表示
  - \([0, 65535]\)（\([0000h, 0FFFFh]\)）范围内的无符号数
  - \([-32768, 32767]\)（\([8000h, 7FFFh]\)）范围内的符号数
  - 16 位的段地址或 16 位的偏移地址
- 关键词：dw
- 相当于 C 语言中的short int或unsigned short int
双字 (double word，简称 dword)：
- 1 双字 = 2 字 = 4 字节 = 32 位
- 0-15 位称为低字，16-31 位称为高字，0-7 位称为低字节，24-31 位称为高字节
- 可以表示
  - \([0, 4294967295]\)（\([0000h, 0FFFFFFFFh]\)）范围内的无符号数
  - \([-2147483648, 2147483647]\)（\([80000000h, 7FFFFFFFh]\)）范围内的符号数
  - float类型的小数
- 关键词：dd
- 相当于 C 语言中的long int或unsigned long int
四字 (quadruple word，简称 qword)：
- 1 四字 = 4 字 = 8 字节 = 64 位
- 可以表示
  - \([0, 0FFFFFFFFFFFFFFFFh]\)（\([0, 2^{64}-1]\)）范围内的无符号数
  - \([8000000000000000h, 7FFFFFFFFFFFFFFFh]\)（\([-2^{63}, 2^{63}-1]\)）范围内的符号数
  - double类型的小数
- 关键词：dq
- 相当于 C 语言中的long long或double
  
  注：旧版 VC 中不支持long long，可以用__int64替代
十字节 (ten byte，简称 tbyte)：
- 字面意思，宽度为 10 字节，即 80 位
- 可存放 80 位小数
- 关键词：dt

零扩充与符号扩充⚓︎

无符号数的扩充称为零扩充：高位补 0
符号数的扩充称为符号扩充：正数高位补 0，负数高位补 1

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