2.1 綜述

這部分內(nèi)容主要是一些計算機硬件的概念洽洁，如果你有計算機基礎(chǔ)可以不看痘系。當(dāng)然，也可以作為學(xué)習(xí)匯編的熱身運動饿自，畢竟有好多東西我們平常不使用總會忘記或者忽略汰翠。

2.2 機器語言

機器語言是機器指令集合。機器指令展開來講就是一臺機器可以正確執(zhí)行的命令昭雌。電子計算機的機器指令是一列二進制數(shù)字复唤。計算機將之轉(zhuǎn)變?yōu)橐涣懈叩碗娖剑允褂嬎銠C的電子器件受到驅(qū)動烛卧，進行計算佛纫。
現(xiàn)在，我們常用的PC機中总放，有一個芯片來完成上面所說的計算機的功能呈宇。這個芯片就是我們常說的CPU，CPU是一種微處理器局雄。
機器語言是 0 1 代碼甥啄，難于辨別和記憶！

2.3 匯編語言的產(chǎn)生

機器指令的可讀性和維護性對人來說炬搭，太難了蜈漓，匯編語言應(yīng)運而生。
匯編語言的主體是匯編指令宫盔。匯編指令和機器指令的區(qū)別在于表示方法上融虽。
例如：

1000100111011000 

上面的指令表示把寄存器BX的內(nèi)容送到AX中。匯編指令改寫成：

mov ax,bx

這樣的寫法與人類語言相近灼芭，便于閱讀和記憶衣形。

什么是寄存器？
簡單的講是 CPU 中可以存儲數(shù)據(jù)的器件姿鸿，一個CPU中有多個寄存器谆吴。AX是其中一個寄存器的代號，BX是另一個寄存器的代號苛预。

有了匯編語言我們就可以直接用匯編指令編寫源程序句狼。可是腻菇，計算機能讀懂的只有機器執(zhí)行胳螟，那么我們就需要一個能將匯編指令轉(zhuǎn)換為機器指令的翻譯程序筹吐，這樣的程序我們稱之為：編譯器糖耸。
我們通過匯編語言寫出源程序，然后再用編譯器將其編譯成機器碼（機器指令）嘉竟，由計算機最終執(zhí)行洋侨。圖 2-1描述了整個過程希坚。

圖 2-1

2.4 匯編語言的組成

三類指令：

• 匯編指令：機器碼的助記符聊疲，有對應(yīng)的機器碼茬底；
• 偽指令：沒有對應(yīng)的機器碼，由編譯器執(zhí)行售睹，計算機并不執(zhí)行；
• 其他符號：如+可训、-昌妹、*、/ 等握截，由編譯器識別飞崖，沒有對應(yīng)的機器碼。

核心是匯編指令谨胞，它決定了匯編語言的特性固歪。

2.5 存儲器

CPU 是計算機核心部件，它控制整個計算機的運作并進行計算胯努。要想讓一個CPU工作牢裳，就必須向它提供指令和數(shù)據(jù)。內(nèi)存叶沛，存放著這些指令和數(shù)據(jù)蒲讯。要靈活的利用匯編程序，我們首先要了解CPU是如何從內(nèi)存中讀取信息灰署，以及向內(nèi)存中寫入信息的判帮。

2.6 指令和數(shù)據(jù)

指令和數(shù)據(jù)的區(qū)分是在應(yīng)用上的概念局嘁。在內(nèi)存或者磁盤上，指令和數(shù)據(jù)沒有任何區(qū)別看晦墙，都是二進制信息悦昵。CPU在工作的時候會把有的信息看做指令，有的信息看做數(shù)據(jù)晌畅，為同樣的信息賦予了不同的意義但指。就如同：
二進制信息： 1000 1001 1101 1000，計算機可以把它看做 89D8H 的數(shù)據(jù)來處理踩麦，也可以看做 mov ax,bx 來執(zhí)行枚赡。

2.7 存儲單元

存儲器別劃分為若干個存儲單元，每個存儲單元從 0 開始順序編號谓谦，例如一個存儲器有 128 個存儲單元贫橙，編號從 0 ~ 127 ， 如圖 2-2反粥。

圖 2-2

那么一個存儲單元能存儲的信息是多少卢肃？
計算機最小信息單位是 bit， 8 個 bit 構(gòu)成一個 Byte才顿，即 8 個二進制位莫湘。微型計算機的存儲單元可以存儲一個 Byte。一個存儲器有 128 個存儲單元的郑气，那么可存儲 128 個Byte幅垮。

2.8 CPU 對存儲器的讀寫

CPU 對存儲器的讀寫涉及三個方面：

• 地址信息，存儲單元的地址尾组；
• 控制信息忙芒，器件的選擇，因為在計算機中不僅僅只有存儲器這一個器件讳侨，以及讀/寫操作的選擇
• 數(shù)據(jù)信息呵萨，需要讀/寫的數(shù)據(jù)

計算機中能處理、傳輸?shù)男畔⒍际请娦盘柨缈纾娦盘柕膫鬏斖ㄟ^導(dǎo)線實現(xiàn)潮峦。所以，要完成上面的操作勇婴，必須有專門的導(dǎo)線連接忱嘹，所有的導(dǎo)線在計算機中稱之為: 總線。

根據(jù)導(dǎo)線上傳輸?shù)男畔⒌牟煌剩瑢?dǎo)線分為：

• 地址總線
• 控制總線
• 數(shù)據(jù)總線

CPU 從 3 號內(nèi)存單元中讀取數(shù)據(jù)的過程 如圖 2-3 所示：

圖 2-3

• CPU 通過地址總線將地址信息 3 發(fā)出德谅；
• CPU 通過控制總線發(fā)出內(nèi)存讀取命令，選中存儲器芯片萨螺，并通知它窄做，將要從中讀取數(shù)據(jù)
• 存儲器 3 號單元中的數(shù)據(jù) 8 通過數(shù)據(jù)總線送入 CPU愧驱。

同樣，寫操作和讀取操作類似椭盏。如果向 3 好單元寫入數(shù)據(jù)组砚，其步驟如下：

• CPU 通過地址總線將地址信息 3 發(fā)出；
• CPU 通過控制總線發(fā)出內(nèi)存寫命令掏颊，并選中存儲芯片糟红，通知他要進行寫操作
• CPU 通過數(shù)據(jù)線將數(shù)據(jù) 26 送入到內(nèi)存存儲的 3 號單元中

我們已經(jīng)知道了 CPU 是如何進行數(shù)據(jù)讀寫操作的，那么乌叶，如何命令計算機進行數(shù)據(jù)的讀寫呢盆偿？
要想讓計算機工作，應(yīng)向其處理器輸入能夠驅(qū)動它進行工作的電平信息（機器碼）

對于 8086CPU 下面的機器碼准浴，能夠完成從 3 號 單元讀取數(shù)據(jù)操作
機器碼： 10100001000000110000000
解釋： 從 3 號存儲單元讀取數(shù)據(jù)并送入到寄存器 AX 中

CPU接收到這條機器碼后將完成我們上面所述的讀寫操作
機器碼難于記憶事扭，通過匯編指令表示，情況如下：
機器碼： 10100001 00000011 000000000
對應(yīng)的匯編指令： MOV AX , [3 ]
解釋： 傳送 3 號 單元的內(nèi)容如 AX

2.9 地址總線

現(xiàn)在乐横，我們知道CPU 通過地址總線來指定要訪問的存儲單元求橄。可見地址總線上能傳送多少個不同的信息葡公，CPU就能對多少個存儲單元進行尋址罐农。
現(xiàn)假設(shè)，一個 CPU 有 10 根地址總線催什，讓我們來看一下它的尋址情況涵亏。我們知道，在計算機中蒲凶，一根導(dǎo)線可以傳送的穩(wěn)定狀態(tài)只有兩種气筋，高電平和低電平。用二進制表示就是 1 或者 0豹爹， 10 根導(dǎo)線可以傳送 10 位 二進制數(shù)據(jù)裆悄。而 10 位二進制數(shù)可以表示多少個不同的數(shù)據(jù)呢矛纹？ 2^10 = 1024, 也就是可以表示 1024 個不同的數(shù)據(jù)臂聋，最小是 0，最大是 1023或南。
圖 2-4 展示了一個具有 10 根地址線的CPU向內(nèi)存發(fā)送地址信息 11 時候孩等， 10 根地址線上傳送的二進制信息。如果訪問地址12 采够、 13 肄方、 14 等內(nèi)存單元，地址線上傳輸?shù)膬?nèi)容又是多少呢蹬癌？

圖 2-4

一個CPU有 N 根地址線权她，則可以說這個額CPU 的地址總線寬度為 N虹茶。
這樣 CPU最多可以尋找 2 ^ N 個內(nèi)存單元。

2.10 數(shù)據(jù)總線

CPU 與 內(nèi)存或者其他器件之間的數(shù)據(jù)傳送是通過數(shù)據(jù)總線來進行的隅要。數(shù)據(jù)總線的寬度決定了CPU和外界的數(shù)據(jù)傳送的速度蝴罪。 8 根數(shù)據(jù)總線一次可傳送 8 位二進制數(shù)（也就是一個字節(jié))。 同理步清，16根數(shù)據(jù)總線可以傳送兩個字節(jié)要门。
8088CPU 的數(shù)據(jù)總線寬度為 8， 8086CPU 的數(shù)據(jù)總線寬度為 16廓啊。我們分別看下它們向內(nèi)存中寫入數(shù)據(jù) 89D8H時欢搜，是如何通過數(shù)據(jù)總線傳送數(shù)據(jù)的。

如圖 2-5 所示谴轮，8088CPU數(shù)據(jù)總線上的數(shù)據(jù)傳送情況：

圖 2-5

如圖 2-6 所示炒瘟， 8086CPU數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)傳輸情況：

圖 2-6

8086CPU 有 16 根數(shù)據(jù)線，可以一次傳送 16 位數(shù)據(jù)书聚，所以可一次傳送數(shù)據(jù) 89D8H唧领；
而 8088CPU 只有 8 根數(shù)據(jù)線，一次只能傳送 8 位數(shù)據(jù)雌续，所以向內(nèi)存寫入數(shù)據(jù) 89D8H時需要進行兩次數(shù)據(jù)傳送斩个。

2.11 控制總線

CPU 對外部器件的控制是通過控制總線進行的。在這里控制總線是個總稱驯杜，控制總線是一些不同控制線的結(jié)合受啥。有多少根控制總線，就意味著 CPU 提供了對外部器件的多少種控制鸽心。所以滚局，控制總線的寬度決定了 CPU 對外部器件的控制能力。

2.12 總結(jié)：

• 匯編指令是機器指令的助記符顽频，通機器指令一一對應(yīng)藤肢；
• 每一種 CPU 都有自己的匯編指令集；
• CPU 可直接使用的信息存儲在存儲器中糯景；
• 在存儲器中指令和數(shù)據(jù)沒有區(qū)別嘁圈，都是二進制信息；
• 存儲單元從 0 開始編號蟀淮；
• 一個存儲單元可以存儲 8 個bit最住；
• 1 Byte = 8 bit， 1 KB = 1024 B 1 MB = 1024KB 1GB = 1024MB
• 每個CPU芯片都有許多銀角怠惶，這些銀角和總線相連涨缚。也可以說，這些銀角引出總線策治。一個 CPU 可以引出 3 中總線寬度標(biāo)志了這個CPU的不同方面的性能：
  • 地址總線的寬度決定了CPU的尋址能力
  • 數(shù)據(jù)總線的寬度決定了CPU與其他器件進行數(shù)據(jù)傳送時一次數(shù)據(jù)傳送量
  • 控制總線的寬度決定了CPU對系統(tǒng)中其他器件的控制能力

2.13 主板

在每一臺 PC 機中脓魏，都有一個主板兰吟，主板上有核心器件和一些主要器件，這些器件通過總線相連茂翔。這些器件有CPU揽祥、存儲器、外圍芯片組檩电、擴展插槽拄丰。擴展插槽上一般有 RAM 內(nèi)存條和各類接口卡。

2.14 接口卡

計算機系統(tǒng)中俐末，所有可用程序控制其工作的設(shè)備必須受到 CPU 的控制料按。 CPU 對外部設(shè)備都不能直接控制，CPU對外部設(shè)備不能直接控制卓箫，如顯示器载矿、音響、打印機等烹卒。直接控制這些外部設(shè)備進行工作的是插在擴展插槽上的接口卡闷盔。擴展插槽通過總線和CPU相連，所以接口卡也通過總線和CPU相連旅急。CPU可以直接控制這些接口卡逢勾，從而實現(xiàn) CPU 對外設(shè)的間接控制。簡單地講藐吮，就是CPU通過總線向接口卡發(fā)送命令溺拱，接口卡根據(jù)CPU的命令控制外設(shè)進行工作。接口卡作為了CPU控制外設(shè)的一個媒介谣辞。

2.15 各類存儲器芯片

一臺PC機中迫摔，裝有多個存儲芯片，這些存儲芯片從物理連接上看是獨立的泥从、不同的器件句占。從讀寫屬性上看分為兩類：隨機存儲器（RAM）和只讀存儲器（ROM）。隨機存儲器可讀可寫躯嫉，但必須帶電存儲纱烘，關(guān)機后存儲的內(nèi)容丟失；只讀存儲器只能讀取不能寫入和敬，關(guān)機后其中的內(nèi)容不會丟失凹炸。這些存儲器從功能和連接上又可分為以下幾類：

• 隨機存儲器
  用于存放共 CPU 使用的絕大部分程序和數(shù)據(jù)戏阅，主隨機存儲器一般由兩個位置上的 RAM 組成昼弟，裝在主板上RAM和插在擴展插槽上的RAM。
• 裝有 BIOS的ROM（BIOS：Basic Input/Output System)
  BIOS 是有主板和各類接口卡（如顯卡奕筐、網(wǎng)卡等）廠商提供的軟件系統(tǒng)舱痘，可以通過它利用該硬件設(shè)備進行最基本的輸入輸出变骡。在主板和某些接口卡上插有存儲相應(yīng)BIOS的ROM。例如芭逝， 主板上的ROM中存著主板的BIOS塌碌；顯卡上的ROM中存儲著夏卡的BIOS；如果網(wǎng)卡裝有 ROM旬盯，那么其中就可以存儲網(wǎng)卡的BIOS
• 接口卡上的RAM
  某些接口卡需要對大批量輸入台妆、輸出數(shù)據(jù)進行暫時存儲，在其上裝有 RAM胖翰。最典型的顯示卡上的 RAM接剩，一般為顯存。顯示卡隨時將顯存總的數(shù)據(jù)向顯示器上輸出萨咳。換句話說懊缺，我們將需要顯示的內(nèi)容寫入顯存，就會出現(xiàn)在顯示器上培他。
  圖 2-7 展示了 PC 系統(tǒng)中各類存儲器的邏輯連接情況

圖 2-7

2.16 內(nèi)存地址空間

什么是內(nèi)存地址空間鹃两？ 舉例來講，一個CPU的地址總線寬度為 10舀凛， 那么可尋址 1024 個內(nèi)存單元俊扳，這 1024 個可尋到的內(nèi)存單元就構(gòu)成了這個CPU的內(nèi)存地址空間。

上面介紹的那些存儲器猛遍，在物理上都是獨立的器件拣度，但是在以下兩點上相同。

• 都和CPU的總線相連

• CPU 對它們進行讀或?qū)懙臅r候都通過控制線發(fā)出內(nèi)存讀寫命令
  這也就是說螃壤，CPU 在操控它們的時候抗果，把它們當(dāng)做內(nèi)存來對待，把它們總的看做一個由若干存儲單元組成的邏輯存儲器奸晴，這個邏輯存儲器就是我們說的內(nèi)存地址空間冤馏。在匯編學(xué)習(xí)過程中，我們所面對的就是內(nèi)存地址空間寄啼。

  
  
  圖 2-8

如圖所示逮光，所有的物理存儲器都被看做一個由若干存儲單元組成的邏輯存儲器，每個物理存儲器在這個邏輯存儲器中占有一個地址段墩划，即一段地址空間涕刚。CPU 在這段地址空間中讀寫數(shù)據(jù)，實際上就是在相對應(yīng)的物理存儲器中讀寫數(shù)據(jù)乙帮。

假設(shè)杜漠，圖 1-8 中的內(nèi)存地址空間的地址段分配如下：

• 地址 0~7FFFH的 32 KB 空間為主隨機存儲器的地址空間（RAM主存儲器材）；
• 地址8000H~9FFFH的8KB空間為顯存地址空間；
• 地址A000H~FFFFH 的 24 KB 空間為各個ROM的地址空間驾茴；
  （溫馨提示：如果對于 16 進制到 空間的轉(zhuǎn)換盼樟，看不明白，需要仔細計算下上面的說法）

這樣锈至，

• CPU 向內(nèi)存地址為 1000H的內(nèi)存單元寫入數(shù)據(jù)晨缴，這個數(shù)據(jù)就被寫入主隨機存儲器中；（1000H < 7FFFH)
• CPU 向內(nèi)存地址為 8000H 的內(nèi)存單元寫入數(shù)據(jù)峡捡，這個數(shù)據(jù)就被寫入到了顯存中击碗，然后顯卡輸出到顯示器上；(8000H < 9FFFH & 8000H > 7FFFH)
• CPU 向內(nèi)存地址為 C000H 的內(nèi)存單元寫入數(shù)據(jù)的操作是沒有結(jié)果的们拙， C000H 單元中內(nèi)容只讀不能修改延都。C000H 單元實際上就是 ROM存儲器中的一個。(C000H > A000H & C000H < FFFFH)

內(nèi)存地址空間的大小受 CPU 地址總線寬度的限制睛竣。 8086CPU 的地址總線寬度為 20晰房，可以傳送 2^20 個不同的地址信息（0 ~ 2^20 - 1)。也就是說可以定位 2^20 個內(nèi)存單元射沟，則 8086CPU 的內(nèi)存地址空間大小為 1MB殊者。同理，80386CPU 的地址總線寬度為 32验夯，則內(nèi)存地址空間最大為 4 GB猖吴。

我們基于一個計算機硬件系統(tǒng)編程的時候，必須知道這個系統(tǒng)的內(nèi)存地址空間分配情況挥转。因為當(dāng)我們想在某類存儲器中讀寫數(shù)據(jù)的時候海蔽，必須知道它的第一個單元的地址和最后一個單元的地址钱烟，才能保證寫操作是在預(yù)期的存儲器中進行祷蝌。比如藻懒，我們希望向顯示器輸出一段信息卡骂，那么必須將這段信息寫到顯存中，顯卡才能將它輸出到顯示器上茫经。而要想向顯存中寫入數(shù)據(jù)雪侥，必須知道顯卡在內(nèi)存地址空間的地址郎逃。

不同的計算機系統(tǒng)的內(nèi)存地址空間的分配情況是不同的壤玫。如圖 2-9 8086PC 機內(nèi)存地址空間分配情況：
8086CPU 有 16 根數(shù)據(jù)總線和 20 根地址總線

圖 2-9

從圖中可以得知豁护，

• 從地址 0~9FFFF 的內(nèi)存單元中讀取數(shù)據(jù)，實際上就是在讀取主隨機存儲器中的數(shù)據(jù)欲间；
• 向地址 A0000~BFFFF 的內(nèi)存單元寫數(shù)據(jù)楚里，就是向顯存中寫入數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)會被顯卡輸出到顯示器上猎贴；
• 向地址 C0000~FFFFF 的內(nèi)存單元寫入數(shù)據(jù)的操作無效班缎，因為這段地址是訪問的只讀存儲器的內(nèi)容

內(nèi)存地址空間小結(jié)

最終運行程序的是 CPU蝴光，我們用匯編語言的時候，必須要從 CPU 的角度考慮問題吝梅。對 CPU 來講，系統(tǒng)中的所有存儲器中國的存儲單元都處于一個統(tǒng)一的邏輯存儲器中惹骂，它的容量收CPU尋址能力的限制苏携。這個邏輯存儲器即使我們所說的內(nèi)存地址空間。

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