王爽《匯編語言》第四版 超級筆記
第3章 寄存器(內存訪問)
3.1 內存中的存儲:字(word)
CPU中，用16位寄存器來存儲一個字。高8位存放高位字節，低8位存放低位字節。
在內存中存儲時，由於內存單元是字節單元(一個單元存放一個字節)，則一個字要用兩個地址連續的內存單元來存放，這個字的低位字節存放在低地址單元中，高位字節存放在高地址單元中。
在圖3.1中，我們用0、1兩個內存單元存放數據 20000(4E20H)。
0、1兩個內存單元用來存儲一個字，這兩個單元可以看作一個起始地址為0的字單元(存放一個字的內存單元，由0、1兩個字節單元組成)。
對於這個字單元來說，0號單元是低地址單元，1號單元是高地址單元，則字型數據4E20H的低位字節存放在0號單元中，高位字節存放在1號單元中。
同理，將2、3號單元看作一個字單元，它的起始地址為2，在這個字單元中存放數18(0012H),則在2號單元中存放低位字節12H,在3號單元中存放高位字節00H。
我們提出字單元的概念：字單元，即存放一個字型數據(16位)的內存單元，由兩個地址連續的內存單元組成。
高地址內存單元中存放字型數據的高位字節，低地址內存單元中存放字型數據的低位字節。
任何兩個地址連續的內存單元，N號單元和N+1號單元，可以將它們看成兩個內存單元，也可看成一個地址為N的字單元中的高位字節單元和低位字節單元。
3.2 DS 和 [address]
CPU要讀寫一個內存單元的時候，必須先給岀這個內存單元的地址，在8086PC中，內存地址由段地址和偏移地址組成。
8086CPU中有一個DS寄存器，通常用來存放要訪問數據的段地址。比如我們要讀取10000H單元的內容，可以用如下的程序段進行。
mov bx,1000H
mov ds,bx
mov al,[0]
上面的3條指令將10000H(1000:0)中的數據讀到al中。
下面詳細說明指令的含義：
mov al,[0]
前面我們使用mov指令，可完成兩種傳送：
①將數據直接送入寄存器；
②將一個寄存器中的內容送入另一個寄存器。
也可以使用mov指令將一個內存單元中的內容送入一個寄存器中。
從哪一個內存單元送到哪一個寄存器中呢？
在指令中必須指明。寄存器用寄存器名來指明，內存單元則需用內存單元的地址來指明。
顯然，此時mov指令的格式應該是：mov 寄存器名,內存單元地址。
“[•••]”表示一個內存單元，“[•••]”中的0表示內存單元的偏移地址。
我們知道, 只有偏移地址是不能定位一個內存單元的，那么內存單元的段地址是多少呢？
指令執行時，8086CPU自動取ds中的數據為內存單元的段地址。
如何把一個數據送入寄存器呢？
我們以前用類似“mov ax,1”這樣的指令來完成，從理論上講，我們可以用相似的方式：mov ds,1000H，來將1000H送入ds。
可是，現實並非如此，8086CPU不支持將數據直接送入段寄存器的操作，ds是一個段寄存器，所以 mov ds,1000H 這條指令是非法的。
那么如何將1000H送入ds呢？
只好用一個寄存器來進行中轉，即先將1000H送入一個一般的寄存器如bx，再將bx中的內容送入ds。
為什么8086CPU不支持將數據直接送入段寄存器的操作？
這屬於8086CPU硬件設計的問題，我們只要知道這一點就行了。
怎樣將數據從寄存器送入內存單元？
從內存單元到寄存器的格式是：“mov 寄存器名, 內存單元地址”，從寄存器到內存單元則是：“mov 內存單元地址,寄存器名”。
10000H 可表示為1000:0，用ds存放段地址1000H，偏移地址是0，則mov [0],al 可完成從al到10000H的數據傳送。
完整的幾條指令是：
mov bx,1000H
mov ds,bx
mov [0],al
3.3 字的傳送
8086CPU是16位結構，有16根數據線，所以，可以一次性傳送16位的數據，也就是說可以一次性傳送一個字。
只要在mov指令中給出16位的寄存器就可以進行16位數據的傳送了。 比如：
mov bx,1000H
mov ds,bx
mov ax,[0] ;1000:0處的字型數據送入ax
mov [0],ex ;cx中的16位數據送到1000:0處
內存中的情況如圖3.3所示，寫出下面的指令執行后內存中的值，思考后看分析。
3.4 mov、add、sub 指令
mov、add、sub指令，它們都帶有兩個操作對象。
到現在，我們知道，mov指令可以有以下幾種形式。
mov 寄存器,數據 比如：mov ax,8
mov 寄存器,寄存器 比如：mov ax,bx
mov 寄存器,內存單元 比如：mov ax,[0]
mov 內存單元,寄存器 比如：mov [0],ax
mov 段寄存器,寄存器 比如：mov ds,ax
我們可以根據這些己知指令進行下面的推測。
（1）既然有“mov 段寄存器,寄存器”，從寄存器向段寄存器傳送數據，那么也應該有“mov 寄存器,段寄存器”，從段寄存器向寄存器傳送數據。
一個合理的設想是： 8086CPU內部有寄存器到段寄存器的通路，那么也應該有相反的通路。
有了推測，我們還要驗證一下。進入Debug,用A命令，如圖3.4所示。
圖3.4中，用A命令在一個預設的地址0B39:0100處，用匯編的形式mov ax,ds寫入指令，再用T命令執行，可以看到執行的結果，段寄存器ds中的值送到了寄存器ax中。 通過驗證我們知道，“mov 寄存器,段寄存器”是正確的指令。
（2）既然有“mov 內存單元,寄存器”,從寄存器向內存單元傳送數據，那么也應該有“mov 內存單元,段寄存器”，從段寄存器向內存單元傳送數據。
比如我們可以將段寄存器cs中的內容送入內存10000H處，指令如下。
mov ax,1000H
mov ds,ax
mov [0],cs
在Debug中進行試驗，如圖3.5所示。
圖3.5中，當CS:IP指向0B39:0105的時候，Debug顯示當前的指令mov [0000],cs，因為這是一條訪問內存的指令，Debug還顯示出指令要訪問的內存單元中的內容。
由於指令中的CS是一個16位寄存器，所以耍訪問（寫入）的內存單元是一個字單元，它的偏移地址為0，段地址在ds中，Debug在屏幕右邊顯示岀“DS:0000=0000”，我們可以知道這個字單元中的內容為0。
mov [0000],cs執行后，CS中的數據（0B39H）被寫入1000:0處，1000:1單元存放0BH，1000:0單元存放39H。
最后，用D命令從1000:0開始查看指令執行后內存中的情況，注意1000:0、1000:1兩個單元的內容。
（3）“mov 段寄存器,內存單元”也應該可行，比如我們可以用10000H處存放的字型數據設置ds（即將10000H處存放的字型數據送入ds）,指令如下。
mov ax,1000H
mov ds,ax
mov ds,[0]
可以自行在Debug中進行試驗。
add和sub指令同mov一樣，都有兩個操作對象。
它們也可以有以下幾種形式。
add 寄存器,數據 比如：add ax,8
add 寄存器,寄存器 比如：add ax,bx
add 寄存器,內存單元 比如：add ax,[0]
add 內存單元,寄存器 比如：add [0],ax
sub 寄存器,數據 比如：sub ax,9
sub 寄存器,寄存器 比如：sub ax,bx
sub 寄存器,內存單元 比如：sub ax,[0]
sub 內存單元,寄存器 比如：sub [0],ax
它們可以對段寄存器進行操作嗎？
比如“add ds,ax”，請自行在Debug中試驗。
3.5 數據段
對於8086PC機，在編程時，可以根據需要，將一組內存單元定義為一個段。
我們可以將一組長度為N（N<=64KB）、地址連續、起始地址為16的倍數的內存單元當作專門存儲數據的內存空間，從而定義了一個數據段。
比如用123B0H～123B9H這段內存空間來存放數據，我們就可以認為，123B0H～123B9H這段內存是一個數據段，它的段地址為123BH,長度為10個字節。
如何訪問數據段中的數據呢？
將一段內存當作數據段，是我們在編程時的一種安排,可以在具體操作的時候，用ds存放數據段的段地址，再根據需要，用相關指令訪問數據段中的具體單元。
比如，將123E0H～123B9H的內存單元定義為數據段。現在要累加這個數據段中的前3個單元中的數據，代碼如下。
mov ax,123BH
mov ds,ax ;將123BH送入ds中，作為數據段的段地址
mov al,0 ;用al存放累加結果
add al,[0] ;將數據段第一個單元（偏移地址為0）中的數值加到al中
add al,[1] ;將數據段第二個單元（偏移地址為1）中的數值加到al中
add al,[2] ;將數據段第三個單元（偏移地址為2）中的數值加到al中
3.1~3.5 小 結
（1）字在內存中存儲時，要用兩個地址連續的內存單元來存放，字的低位字節存放在低地址單元中，高位字節存放在高地址單元中。
（2）用mov指令訪問內存單元，可以在mov指令中只給出單元的偏移地址，此時，段地址默認在DS寄存器中。
（3）[address]表示一個偏移地址為addiess的內存單元。
（4）在內存和寄存器之間傳送字型數據時，高地址單元和高8位寄存器、低地址單元和低8位寄存器相對應。
（5）mov、addx sub是具有兩個操作對象的指令。jmp是具有一個操作對象的指令。
（6）可以根據自己的推測，在Debug中實驗指令的新格式。
3.6 棧、CPU提供的棧機制
在這里，我們對棧的研究僅限於這個角度：棧是一種具有特殊的訪問方式的存儲空間。
它的特殊性就在於，最后進入這個空間的數據，最先出去。
可以用一個盒子和3本書來描述棧的這種操作方式。
一個開口的盒子就可以看成一個棧空間，現在有3本書，《高等數學》、《C語言》、《軟件工程》，把它們放到盒子中，操作的過程如圖3.7所示。
現在的問題是，一次只允許取一本，我們如何將3本書從盒子中取岀來？
顯然，必須從盒子的最上邊取。
這樣取出的順序就是：《軟件工程》、《C語言》、《高等數學》，和放入的順序相反，如圖3.8所示。
從程序化的角度來講，應該有一個標記，這個標記一直指示着盒子最上邊的書。
如果說，上例中的盒子就是一個棧，我們可以看出，棧有兩個基本的操作：入棧和出棧。
入棧就是將一個新的元素放到棧頂，出棧就是從棧頂取出一個元素。
棧頂的元素總是最后入棧，需要出棧時，又最先被從棧中取出。棧的這種操作規則被稱為：LIFO（Last In First Out,后進先出）。
現今的CPU中都有棧的設計，8086CPU也不例外。
8086CPU提供相關的指令來以棧的方式訪問內存空間。這意味着，在基於8086CPU編程的時候，可以將一段內存當作棧來使用。
8086CPU提供入棧和岀棧指令，最基本的兩個是PUSH（入棧）和 POP（岀棧）。
比如，push ax 表示將寄存器ax中的數據送入棧中，pop ax 表示從棧頂取出數據送入ax。
8086CPU的入棧和出棧操作都是以字為單位進行的。
下面舉例說明，我們可以將10000H〜1000FH這段內存當作棧來使用。
mov ax,0123H
push ax
mov bx,2266H
push bx
mov ex,1122H
push ex
pop ax
pop bx
pop ex
注意，字型數據用兩個單元存放，高地址單元存放高8位，低地址單元存放低8位。
push ax的執行，由以下兩步完成。
1、SP=SP-2, SS:SP指向當前棧頂前面的單元，以當前棧頂前面的單元為新的棧頂；
2、將ax中的內容送入SS:SP指向的內存單元處，SS:SP此時指向新棧頂。
pop ax的執行過程和push ax剛好相反，由以下兩步完成。
1、將SS:SP指向的內存單元處的數據送入ax中；
2、SP=SP+2, SS:SP指向當前棧頂下面的單元，以當前棧頂下面的單元為新的棧頂。
圖3.10描述了8086CPU對push指令的執行過程。
從圖中我們可以看出，8086CPU中，入棧時，棧頂從高地址向低地址方向增長。
3.7 棧頂超界的問題
8086CPU用SS和SP指示棧頂的地址，並提供push和pop指令實現入棧和出棧。
但還有一個問題需要討論，就是SS和SP只是記錄了棧頂的地址，依靠SS和SP可以保證在入棧和出棧時找到棧頂。
可是，如何能夠保證在入棧、出棧時，棧頂不會超出棧空間？
圖3.13描述了在執行push指令后，棧頂超岀棧空間的情況。
圖3.13中，將10010H—1001FH當作棧空間，該棧空間容量為16字節（8字），初始狀態為空，SS=1000H、SP=0020H，SS:SP指向10020H；
在執行8次push ax后，向棧中壓入8個字，棧滿，SS:SP指向10010H；
再次執行push ax：sp=sp-2，SS:SP指向1000EH,棧頂超岀了棧空間，ax中的數據送入1000EH單元處，將棧空間外的數據覆蓋。
圖3.14描述了在執行pop指令后，棧頂超出棧空間的情況。
圖3.14中，將10010H—1001FH當作棧空間，該棧空間容量為16字節（8字），當前狀態為滿，SS=1000H、SP=0010H，SS:SP指向10010H；
在執行8次pop ax后，從棧中彈出8個字，棧空，SS:SP指向10020H；
再次執行pop ax：sp=sp+2，SS:SP指向10022H,棧頂超出了棧空間。此后，如果再執行push指令，10020H、10021H中的數據將被覆蓋。
上面描述了執行push、pop指令時，發生的棧頂超界問題。
可以看到，當棧滿的時候再使用push指令入棧，或棧空的時候再使用pop指令出棧，都將發生棧頂超界問題。
棧頂超界是危險的，因為我們既然將一段空間安排為棧，那么在棧空間之外的空間里很可能存放了具有其他用途的數據、代碼等，這些數據、代碼可能是我們自己程序中的，也可能是別的程序中的（畢竟一個計算機系統中並不是只有我們自己的程序在運行）。
但是由於我們在入棧出棧時的不小心，而將這些數據、代碼意外地改寫，將會引發一連串的錯誤。
我們當然希望CPU可以幫我們解決這個問題，比如說在CPU中有記錄棧頂上限和棧底的寄存器，我們可以通過填寫這些寄存器來指定棧空間的范圍，然后，CPU在執行push指令的時候靠檢測棧頂上限寄存器、在執行pop指令的時候靠檢測棧底寄存器保證不會超界。
不過，對於8086CPU，這只是我們的一個設想（我們當然可以這樣設想，如果CPU是我們設計的話，這也就不僅僅是一個設想）。
實際的情況是，8086CPU中並沒有這樣的寄存器。
8086CPU不保證我們對棧的操作不會超界。
這也就是說，8086CPU只知道棧頂在何處（由SS:SP指示），而不知道我們安排的棧空間有多大。
這點就好像CPU只知道當前要執行的指令在何處（由CS:IP指示），而不知道要執行的指令有多少。
從這兩點上我們可以看出8086CPU的工作機理，它只考慮當前的情況：當前的棧頂在何處、當前要執行的指令是哪一條。
我們在編程的時候要自己操心棧頂超界的問題，要根據可能用到的最大棧空間，來安排棧的大小，防止入棧的數據太多而導致的超界；
執行岀棧操作的時候也要注意，以防棧空的時候繼續出棧而導致的超界。
3.8 push、pop 指令
push和pop指令是可以在寄存器和內存（棧空間當然也是內存空間的一部分，它只是一段可以以一種特殊的方式進行訪問的內存空間。）之間傳送數據的。
push和pop指令的格式可以是如下形式：
push 寄存器 ；將一個寄存器中的數據入棧
pop 寄存器 ；出棧，用一個寄存器接收出棧的數據
當然也可以是如下形式:
push 段寄存器 ；將一個段寄存器中的數據入棧
pop 段寄存器 ；出棧，用一個段寄存器接收出棧的數據
push和pop也可以在內存單元和內存單元之間傳送數據，我們可以:
push 內存單元 ；將一個內存字單元處的字入棧(注意：棧操作都是以字為單位)
pop 內存單元 ；出棧，用一個內存字單元接收出棧的數據
比如:
mov ax,1000H
mov ds,ax ；內存單元的段地址要放在ds中
push [0] ；將1000:0處的字壓入棧中
pop [2] ；出棧，出棧的數據送入1000:2處
指令執行時，CPU要知道內存單元的地址，可以在push、pop指令中只給出內存單元的偏移地址，段地址在指令執行時，CPU從ds中取得。
push ax是入棧指令，它將在棧頂之上壓入新的數據。
一定要注意：它的執行過程是，先將記錄棧頂偏移地址的SP寄存器中的內容減2，使得SS:SP指向新的棧頂單元，然后再將寄存器中的數據送入SS:SP指向的新的棧頂單元。
push、pop實質上就是一種內存傳送指令，可以在寄存器和內存之間傳送數據，與mov指令不同的是，push和pop指令訪問的內存單元的地址不是在指令中給出的，而是由SS:SP指出的。
同時，push和pop指令還要改變SP中的內容。我們要十分清楚的是，push和pop指令同mov指令不同，CPU執行mov指令只需一步操作，就是傳送，而執行push、pop指令卻需要兩步操作。
執行push時，CPU的兩步操作是：先改變SP,后向SS:SP處傳送。
執行pop時，CPU的兩步操作是：先讀取SS:SP處的數據，后改變SP。
注意，push、pop等棧操作指令，修改的只是SP。也就是說，棧頂的變化范圍最大為：0～FFFFH。
提供：SS、SP指示棧頂；改變SP后寫內存的入棧指令；讀內存后改變SP的出棧指令。這就是8086CPU提供的棧操作機制。
棧的綜述
（1） 8086CPU提供了棧操作機制，方案如下。
在SS、SP中存放棧頂的段地址和偏移地址；
提供入棧和出棧指令，它們根據SS:SP指示的地址，按照棧的方式訪問內存單元。
（2）push指令的執行步驟：①SP=SP-2；②向SS:SP指向的字單元中送入數據。
（3）pop指令的執行步驟：①從SS:SP指向的字單元中讀取數據；②SP=SP+2。
（4）任意時刻，SS:SP指向棧頂元素。
（5）8086CPU只記錄棧頂，棧空間的大小我們要自己管理。
（6）用棧來暫存以后需要恢復的寄存器的內容時，寄存器出棧的順序要和入棧的順序相反。
（7）push、pop實質上是一種內存傳送指令，注意它們的靈活應用。
棧是一種非常重要的機制，一定要深入理解，靈活掌握。
3.9 棧 段
對於8086PC機，在編程時，可以根據需要，將一組內存單元定義為一個段。
我們可以將長度為N(N<=64KB)的一組地址連續、起始地址為16的倍數的內存單元，當作棧空間來用，從而定義了一個棧段。
比如，我們將10010H～1001FH這段長度為16字節的內存空間當作棧來用，以棧的方式進行訪問。這段空間就可以稱為一個棧段，段地址為1001H，大小為16字節。
將一段內存當作棧段，僅僅是我們在編程時的一種安排，CPU並不會由於這種安排，就在執行push、pop等棧操作指令時自動地將我們定義的棧段當作棧空間來訪問。
如何使得如push、pop等棧操作指令訪問我們定義的棧段呢？
前面我們己經討論過，就是要將SS:SP指向我們定義的棧段。
任意時刻，SS:SP指向棧頂元素，當棧為空的時候，棧中沒有元素，也就不存在棧頂元素，所以SS:SP只能指向棧的最底部單元下面的單元，該單元的地址為棧最底部的字單元的地址+2。棧最底部字單元的地址為1000:FFFE,所以棧空時，SP=0000H。
一個棧段最大可以設為多少？為什么？
首先從棧操作指令所完成的功能的角度上來看，push、pop等指令在執行的時候只修改SP,所以棧頂的變化范圍是0～FFFFH，從棧空時候的SP=0，一直壓棧，直到棧滿時SP=0；
如果再次壓棧，棧頂將環繞，覆蓋了原來棧中的內容。所以一個棧段的容量最大為64KB。
我們可以將一段內存定義為一個段，用一個段地址指示段，用偏移地址訪問段內的單元。這完全是我們自己的安排。
我們可以用一個段存放數據，將它定義為“數據段”；
我們可以用一個段存放代碼，將它定義為“代碼段”；
我們可以用一個段當作棧，將它定義為“棧段”。
我們可以這樣安排，但若要讓CPU按照我們的安排來訪問這些段，就要：
對於數據段，將它的段地址放在DS中，用mov、add、sub等訪問內存單元的指令時，CPU就將我們定義的數據段中的內容當作數據來訪問；
對於代碼段，將它的段地址放在CS中，將段中第一條指令的偏移地址放在IP中，這樣CPU就將執行我們定義的代碼段中的指令；
對於棧段，將它的段地址放在SS中，將棧頂單元的偏移地址放在SP中，這樣CPU在需要進行棧操作的時候，比如執行push、pop指令等，就將我們定義的棧段當作棧空間來用。
CPU將內存中的某段內容當作代碼，是因CS:IP指向了那里；
CPU將某段內存當作棧，是因為SS:SP指向了那里。
我們一定要清楚，什么是我們的安排，以及如何讓CPU按我們的安排行事。
一段內存，可以既是代碼的存儲空間，又是數據的存儲空間，還可以是棧空間，也可以什么也不是。
關鍵在於CPU中寄存器的設置，即CS、IP，SS、SP，DS的指向。
要非常清楚CPU的工作機理，才能在控制CPU按照我們的安排運行的時候做到游刃有余。