ch2_2访问寄存器和内存

1. 内存中字的存储

1.1内存中字的存储

事实场景：
对8086CPU，16位作为一个字，　表明一个包含两个字节，对应的便需要两个存储单元来存放；

那么两个字节在内存单元中，具体的存放顺序如何？

问题
16位的字存储在一个16位的寄存器中，如何存储？
回答:
高8位放高字节，低8位放低字节;

问题
16位的字在内存中需要2个连续字节存储，怎么存放？
回答
低位字节存在低地址单元，高位字节存在高地址单元
例：20000D（4E20H）存放0、1两个单元，
18D（0012H）存放在2、3两个单元

注意到，　0号是低地址单元，1号是高地址单元

1.2字单元

• 字单元：由两个地址连续的内存单元组成，存放一个字型数据（16位）

• 原理：在一个字单元中，低地址单元存放低位字节，高地址单元存放高位字节；

在起始地址为0的单元中，存放的是4E20H
在起始地址为2的单元中，存放的是0012H

问题检测：
（1）0地址单元中存放的字节型数据是（ 20H）
（2）0地址字单元中存放的字型数据是（ 4E20H ）
（3）2地址单元中存放的字节型数据是（ 12H ）
（4）2地址字单元中存放的字型数据是（ 0012H ）

2. 用DS和[address]实现字的传送

2.1 CPU从内存单元中要读取数据

需求:
CPU要读取一个内存单元的时候，必须先给出这个内存单元的地址；

原理
在8086PC中，内存地址由段地址和偏移地址组成
（段地址:偏移地址）

解决方案：DS和[address]配合

1. 用 DS寄存器存放要访问的数据的段地址
2. 偏移地址用[…]形式直接给出

注意，当直接使用[..] 的表示形式，则本身的含义代表的是使用的是 DS:[..], 以数据段　DS寄存器中的内容，作为段地址，偏移地址是[..]

• 内存单元中的数据写到cpu的寄存器中；

将10000H(1000:0)中的数据读到al中,

mov bx,1000H
mov ds,bx
mov al, [0]

• cpu 寄存器中的数据写到内存单元中，
  将al中的数据写到10000H(1000:0)中;

mov bx,1000H
mov ds,bx
mov [0],a

8086CPU不支持将数据直接送入段寄存器
（硬件设计的问题）
:套路：数据 --> 一般的寄存器 —> 段寄存器

注意到，　当使用DS数据段寄存器时，　则表明此时，从内存单元中取出的内容，　cpu将会把该内容当做数据来处理，　因为DS数据段寄存器，表明的便是该内存单元中的内容是作为数据来处理的

2.2 字的传送

8086CPU可以一次性传送一个字(16位的数据)

mov bx, 1000H
mov ds, bx
mov ax, [0] ;1000:0处的字型数据送入ax
mov [0], cx ;cx中的16位数据送到1000:0处

2.3 案例

指令
mov ax, 1000H
mov ds, ax
mov ax, [0]
mov bx, [2]
mov cx, [1]
add bx, [1]
add cx, [2]

指令
mov ax, 1000H
mov ds, ax
mov ax, 2C31
mov [0], ax
mov bx, [0]
sub bx, [2]
mov [2], bx

3. 　DS与数据段

3.1对内存单元中数据的访问

对于8086PC机，可以根据需要将一组内存单元定义为一个段;

物理地址=段地址×16+偏移地址;

数据段: 将一组长度为N（N≤64K）、地址连续、起始地址为16的倍数的内存单元当作专门存储数据的内存空间，从而定义了一个数据段。

用123B0H~123B9H的空间来存放数据
段地址：123BH 起始偏移地址：0000H 长度：10字节
段地址：1230H 起始偏移地址：00B0H 长度：10字节
…

处理方法：DS:[address]
用DS存放数据段的段地址
用相关指令访问数据段中的具体单元，单元地址由[address]指出

3.2内存单元定义为数据段

将123B0H~123BAH的内存单元定义为数据段;

累加数据段中的前3个单元中的数据,

mov ax, 123BH
mov ds, ax
mov al, 0
add al, [0]
add al, [1]
add al, [2]

这里，需要注意到字型数据和　字节型数据之间的区别

即，一个字数据，占用了两个字节型数据，　每个字节型数据占用一个存储单元。

累加数据段中的前3个字型数据

mov ax, 123BH
mov ds, ax
mov ax, 0
add ax, [0]
add ax, [2]
add ax, [4]

3.3实践

给出00000H-0001F的数据， 请写出下面代码的执行结果：

预设数据，　预设代码，　寄存器值，　执行代码；

3.4用mov指令操作数据

指令形式	例示
mov 寄存器，数据	mov ax, 8
mov 寄存器，寄存器	mov ax, bx
mov 寄存器，内存单元	mov ax, [0]
mov 内存单元，寄存器	mov [0], ax
mov 段寄存器，寄存器	mov ds, ax

已知：mov 段寄存器，寄存器
推测1 mov 寄存器，段寄存器

: 已知：mov 内存单元，寄存器
推测2 mov 内存单元，段寄存器
推测3 mov 段寄存器，内存单元

已知：mov 寄存器，数据
推测4 mov 段寄存器，数据

3.5 加法add和减法sub指令

add指令形式	例示
add 寄存器，数据	add ax, 8
add 寄存器，寄存器	add ax, bx
add 寄存器，内存单元	add ax, [0]
add 内存单元，寄存器	add [0], ax

sub指令形式	例示
sub 寄存器，数据	sub ax, 8
sub 寄存器，寄存器	sub ax, bx
sub 寄存器，内存单元	sub ax, [0]
sub 内存单元，寄存器	sub [0], ax

3.6 用DS和[address]形式访问内存中数据段方法小结

mov ax, 1000H
mov ds, ax
mov ax, 11316
mov [0], ax
mov bx, [0]
sub bx, [2]
mov [2], bx

结合体验品味:

（1）字在内存中存储时 ，要用两个地址连续的内存单元来存放，字的低位字节存放在低地址单元中，高位字节存放再高地址单元中。

（2）用 mov 指令要访问内存单元，可以在mov指令中只给出单元的偏 移地址，此时，段地址默认在DS寄存器中。

（3）[address]表示一个偏移地址为address的内存单元。

（4）在内存和寄存器之间传送字型数据时，高地址单元和高8位寄存器、低地址单元和低8位寄存器相对应。

（5）mov、add、sub是具有两个操作对象的指令，访问内存中的数据段（对照：jmp是具有一个操作对象的指令，对应内存中的代码段）。

（6）可以根据自己的推测，在Debug中实验指令的新格式。

4.　栈与栈操作的实现

栈是一种只能在一端进行插入或删除操作的数据结构。

4.1 栈结构

栈有两个基本的操作：入栈和出栈。

入栈：将一个新的元素放到栈顶；
出栈：从栈顶取出一个元素。

• 栈顶的元素总是最后入栈，需要出栈时，又最先被从栈中取出。
  栈的操作规则：LIFO（Last In First Out，后进先出）

CPU提供的栈机制

现今的CPU中都有栈的设计。
8086CPU提供相关的指令，支持用栈的方式访问内存空间。
基于8086CPU的编程，可以将一段内存当作栈来使用

PUSH(入栈)和 POP(出栈)指令

push ax：将ax中的数据送入栈中
pop ax：从栈顶取出数据送入ax
ax是16位通用寄存器，表明（以字为单位对栈进行操作）

4.2 内存当作栈来使用

设将10000H~1000FH内存当作栈来使用,

mov ax,0123H
push ax
mov bx,2266H
push bx
mov cx,1122H
push cx
pop ax
pop bx
pop cx

问题：
1、CPU如何知道一段内存空间被当作栈使用？
2、执行push和pop的时候，如何知道哪个单元是栈顶单元？

回答:
8086cpu 中，有两个与栈相关的寄存器:

栈段寄存器ss, 用于存放栈顶的段地址,

栈顶指针寄存器sp，　用于存放栈顶的偏移地址,

而在任意时刻，　ss:sp 是指向栈顶元素；

4.3 栈的操作

mov ax, 1000H
mov ss, ax
mov sp, 0010H
mov ax, 001AH
mov bx, 001BH
push ax
push bx
pop ax
pop b

4.4 push 指令和pop指令的执行过程

push　ax :压栈， 默认的是先将sp栈顶指针代表的偏移地址减去2, 然后将ax寄存器中的内容输入到 ss:sp　指向的内存单元中；

这里加减2的原因，是ax寄存器是16位，代表了两个字节的内容，所以是加减二；

pop ax: 出栈，默认的是先将ss:sp 指向的内存单元中的内容输入到寄存器 ax中，然后将栈顶指针sp+2;

注意到，push压栈的过程中，栈顶是逐渐上移动，从高地址向低地址移动；

pop 出栈的过程中，栈顶逐渐向下移动，从低地址到高地址移动。

push ax
（1）SP=SP–2；
（2）将ax中的内容送入SS:SP指向的内存单
元处，SS:SP此时指向新栈顶。
:pop ax
（1）将SS:SP指向的内存单元处的数据送入ax中；
（2）SP = SP+2，SS:SP指向当前栈顶下面的单元，以当前栈顶下面的单元为新的栈顶。

mov ax, 1000H
mov ss, ax
mov sp, 0010H
mov ax, 001AH
mov bx, 001BH
push ax
push bx
pop ax
pop bx

:栈顶超界问题
如何能够保证在入栈、出栈时，栈顶不会超出栈空间？

4.5 执行入栈(push)时， 栈顶超出栈空间

4.6 执行出栈(pop)时， 栈顶超出栈空间

栈顶超界问题的解决

:8086CPU不保证对栈的操作不会超界。

8086CPU 只知道栈顶在何处（由SS:SP指示），不知道程序安排的栈空间有多大。

我们在编程的时候要自己操心栈顶超界的问题 ，要根据可能用到的最大栈空间，来安排栈的大小，
防止入栈的数据太多而导致的超界；
防止出栈时栈空了仍然继续出栈而导致的超界

4.7 栈的小结

push、pop 实质上就是一种内存传送指令，可以在寄存器和内存之间传送数据，

与mov指令不同的是， push和pop指令访问的内存单元的地址不是在指令中给出的，而是由SS:SP指出的。

执行push和pop指令时，SP 中的内容自动改变。

8086CPU提供的栈操作机制：

在ss, sp 中存放栈定的段地址和偏移地址，　入栈和出栈指令根据ss:sp　指示的地址，按照栈的方式访问内存单元。

push 指令的执行步骤:

1. sp = sp - 2:
2. 向ss:sp 指向的内存单元中，输入数据；

pop 指令的执行步骤:

1. 从ss:sp 指向的内存单元中读取数据，
2. sp = sp +2

5. 关于段的总结

基础

物理地址=段地址×16+偏移地址

• 做法

1. 编程时，可以根据需要将一组内存单元定义为一个段。

2. 可以将起始地址为16的倍数，长度为N（N ≤64K ）的一组地址连续的内存单元，定义为一个段。

3. 将一段内存定义为一个段，用一个段地址指示段，用偏移地址访问段内的单元——在程序中可以完全由程序员安排

5.1 三类段

1. 数据段 DS
   . 将段地址放在 DS中
   . 用mov、add、sub等访问内存单元的指令时，
   CPU将我们定义的数据段中的内容当作数据段来访问；

2. 代码段 CS
   . 将段地址放在 CS中，将段中第一条指令的偏移地址放在IP中。
   . CPU将我们定义的代码段中的内容当做指令来执行；

3. 栈段
   . 将段地址放在SS中，将栈顶单元的偏移地置放在 SP 中
   . CPU在需要进行栈操作(push、pop)时，就将我们定义的栈段当作栈空间来用。

5.2 按要求设置段并执行代码

mov bx, 1000H
mov ds, bx
mov bx, 1001H
mov ss, bx
mov sp, 10H
mov ax, [0]
mov bx, [2]
push ax
push bx
pop ax
pop bx
mov [0], ax
mov [2], bx

5.3 三个段地址可以一样滴！

mov bx, 1000H
mov ds, bx
mov ss, bx
mov sp, 20H
mov ax, [0]
mov bx, [2]
push ax
push bx
pop ax
pop bx
mov [0], ax
mov [2], bx