[汇编语言]寄存器(内部访问)

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一、内存中字的访问

CPU中，用16位寄存器来存储一个字。高8位存放高位字节，低8位存放低位字节。在内存中存储，由于内存单元是字节单元（一个单元存放一个字节），则一个字要用两个地址连续的内存单元来存放，比如我们从0地址开始存放20000(4E20H)，如图所示：

0、1两个内存单元用来存储一个字，这两个单元可以看作一个起始地址为0的字单元（存放一个字的内存单元，由0、1两字节单元构成）0号单元是低地址单元，1号单元是高地址单元，则字型数据4E20H的低位字节存放在0号单元中，高位字节存放在1号单元中。

我们提出字单元的概念：字单元，即存放一个字型数据（16位）的内存单元，由两个地址连续的内存单元组成。高地址存放字型数据的高位字节，低地址内存单元存放字型数据的低位字节。

之后我们将起始地址为N的字单元称为N地址字单元。比如一个字单元是由2、3两个内存单元构成，起始地址是2，我们说是2地址字单元。

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二、DS和[address]

CPU中要读写一个内存单元的时候，必须先给出这个内存单元的地址，在8086PC中，内存单元的地址由段地址和偏移地址构成。8086CPU中有一个DS寄存器，通常用来存放要访问数据的段地址。比如我们要读取10000H单元中的内容，可以用如下程序段进行：

mov bx, 1000H
mov ds, bx
mov al, [0]
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2
3

上面的3条指令将10000H（1000:0）的数据读到al中。

下面我们说明指令mov al, [0]的含义

前面我们使用mov指令，可以完成两种传送：

1. 将数据直接送入寄存器
2. 将一个寄存器中的内容送入另外一个寄存器

也可以使用mov指令将一个内存单元中的内容送入另一个寄存器中。从哪一个内存单元送到哪一个寄存器中？在指令中必须指明。寄存器用寄存器名来指明，内存单元则需要用内存单元的地址来指明。显然，此时mov指令的格式应该是：mov 寄存器名，内存单元地址

[…]表示一个内存单元，[0]中的0表示内存单元的偏移地址，但是只有偏移地址是不能定位一个内存单元的，那么如何确认段地址？指令执行时，8086CPU自动取ds中的数据为内存单元的段地址。

再来看，10000H用段地址和偏移地址表示1000:0，我们先将段地址1000H放入ds，然后用mov al，[0]完成传送，mov指令中的[]说明操作对象是一个内存单元，[]中的0说明这个内存单元的偏移地址是0，它的段地址默认放在ds中，指令执行时，8086CPU会自动从ds中取出。

8086CPU不支持将数据直接送入段寄存器的操作，ds是一个段寄存器，所以mov ds，1000H这种指令是非法的。如何将1000H送入ds？只好用一个寄存器进行中转，如bx，再将bx中的内容送入ds

从内存单元到寄存器的格式是：mov 寄存器名，内存单元地址
从寄存器到内存单元则是：mov 内存单元地址，寄存器名

mov bx, 1000H
mov ds, bx
mov ax, [0]	;1000:0处的字型数据送入ax
mov [0], cx	;cs中16位数据送到1000:0处
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三、mov、add、sub指令

(a) 既然有mov 段寄存器, 寄存器，从寄存器向段寄存器传送数据，那么也应该有mov 寄存器, 段寄存器，从段寄存器向寄存器传送数据，有了推测，我们在debug下进行验证：

发现是正确的，所以mov 寄存器, 段寄存器是正确的指令

(b) 既然有mov 内存单元，寄存器，从寄存器向内存单元传送数据，那么也应该有mov 内存单元，段寄存器，从段寄存器向内存单元传送数据。我们可以将段寄存器cs中的内容送入内存10000H处。

mov ax, 1000H
mov ds, ax
mov [0], cs
1
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3

在Debug中进行试验：

mov [0], cs执行后，cs中的内容写入1000:0内存单元中，如图：

高位字节是07H，低位字节是3FH

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四、数据段

对于8086PC机，可以将一组内存单元定义为一个段，我们可以将一组长度为N（N<=64KB）、地址连续、起始地址为16倍数的内存单元专门当做存储数据的内存空间，从而就定义了一个数据段

如何访问数据段中的数据？将一段内存当做数据段，是我们的一种安排，在具体操作的时候，用ds存放数据段的段地址，在根据需要，用相关指令访问数据段中的具体单元

如，将123B0H ~ 123B9H的内存单元定义为数据段，现在要累加这个数据段中的前3个单元中的数据，代码如下：

mov ax, 123B
mov ds, ax	;将123BH送入ds中，作为数据段的段地址
mov al, 0	;用al存放累加结果
add al, [0]	;将数据段第一个单元（偏移地址为0）中的数值加到al中
add al, [1]	;将数据段第二个单元（偏移地址为1）中的数值加到al中
add al, [2]	;将数据段第三个单元（偏移地址为2）中的数值加到al中
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写几条指令，累加数据段中的前3个字型数据：

mov ax, 123B
mov ds, ax	;ds存放数据段的段地址
mov ax, 0	;用ax存放累加结果
add ax, [0]
add ax, [2]
add ax, [4]
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5
6

因为一个字型数据占两个单元，所以偏移地址是0、2、4

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五、栈

栈是一个具有特殊访问方式的存储空间，特殊性在于，最后进入这个空间的数据，最先出去
8086CPU提供了入栈和出栈指令，最基本的两个是PUSH和POP，比如push ax是将寄存器ax中的数据送入栈中，pop ax表示从栈顶取出数据送入ax，8086CPU的入栈和出栈操作都是以字为单位进行的。

之前我们讨论过，CPU是如何知道当前要执行的指令所在的位置？是用CS:IP中存放着当前指令的段地址和偏移地址。现在如何知道栈顶的位置？显然也应该有相应的寄存器来存放栈顶的地址，在8086CPU中，有两个寄存器，段寄存器SS和寄存器SP，栈顶的段地址存放在SS中，偏移地址存放在SP中。任意时刻，SS：SP指向栈顶元素。push指令和pop指令执行时，CPU从SS：SP中得到栈顶的地址。

push ax的执行由以下两步完成：

1. SP = SP - 2，SS：SP指向的当前栈顶前面的单元，以当前栈顶前面的单元为新的栈顶
2. 将ax中的内容送入SS：SP指向的内存单元处，SS：SP此时指向新的栈顶

可以看出，入栈时，栈顶从高地址向低地址方向增长。

那如果将10000H ~ 1000FH这段空间当作栈，初始状态栈是空的，此时SS = 1000H，SP = 多少？
SP = 0010H，如图：

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六、栈顶越界的问题

8086CPU用SS和SP指示栈顶的地址，并提供push和pop指令实现入栈和出栈。SS和SP只记录了栈顶的地址，依靠SS和SP可以保证在入栈和出栈时找到栈顶，但是如果能够保证入栈和出栈时，栈顶不会超出栈空间？

8086CPU不保证我们对栈的操作不会越界，也就是说，只知道栈顶在何处（由SS：SP指示），但是并不知道要执行的指令有多少，因此，我们要自己小心栈顶越界的问题，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越界。

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七、push、pop指令

前面我们使用的push ax，pop ax，显然push和pop指令是可以在寄存器和内存之间传送数据的。

push和pop指令的格式可以是如下几种形式：

push 寄存器
pop 寄存器

push 段寄存器
pop 段寄存器

push 内存单元
pop内存单元
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比如：

mov ax, 1000H
mov ds, ax
push [0]
pop [2]
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2
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编程实现：

1. 将10000H ~ 1000FH这段空间当作栈，初始状态栈为空
2. 设置AX = 001AH， BX = 001BH
3. 将AX、BX中的数据入栈
4. 将AX、BX清零
5. 从栈中恢复AX、BX原来的内容

mov ax, 1000H
mov ss, ax
mov sp, 0010H	;初始sp在最高地址的下一个单元

mov ax, 001AH
mov bx, 001BH

push ax
push bx

sub ax, ax		;将ax清零，也可以用mov ax，0
sub bx, bx		;sub ax, ax机器码两个字节，mov ax，0机器码3个字节

pop bx
pop ax
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编程实现：

1. 将10000H ~ 1000FH这段空间当作栈，初始状态栈为空
2. 设置AX = 001AH， BX = 001BH
3. 交换AX、BX的内容

mov ax, 1000H
mov ss, ax
mov sp, 0010H	;初始sp在最高地址的下一个单元

mov ax, 001AH
mov bx, 001BH

push ax
push bx

pop ax
pop bx
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push ax是入栈指令，将在栈顶之上压入新的数据，执行过程是，先将SP-2，使得SS：SP指向新的栈顶单元，然后再将寄存器中的数据送入SS：SP指向新的栈顶单元

注意：push和pop等栈操作指令，修改的只是SP，也就是说栈顶变化范围最大为0 ~ FFFFH

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八、栈段

对于8086PC机，在编程时，可以根据需要，将一组内存单元定义为一个段。我们可以将长度为N（N <= 64KB）的一组地址连续、起始地址为16的倍数的内存单元，当作栈空间来使用，从而定义了一个栈段。比如我们将10010H ~ 1001FH这段长度为16个字节的内存空间当作栈来用，以栈的方式来进行访问。这段空间就称为一个栈段，段地址为1001H，大小为16字节

一个栈段最大可以设为多少？
栈顶的变化范围是0 ~ FFFFH，从栈空的时候，SP = 0，一直压栈，压满后SP = 0，如果再次压栈，栈顶将环绕，覆盖原先栈中的内容，所以一个栈段容量最大为64KB