汇编学习之路（1）CPU 数据传输

摘自《汇编语言——第2版·王爽》

Q：什么是机器指令？

A：机器指令是计算机能“读懂”的语言，用一系列的 0、1 来表示（如：1000100111011000  能看懂是神马鬼？？）

Q：为什么会产生汇编语言？

A：汇编语言是为了代替羞涩难懂的机器语言而产生的，用一些容易记忆的汇编指令来书写程序

例如：把 寄存器 BX 的内容传送到 寄存器 AX 中

操作：寄存器 BX 的内容送到 寄存器 AX 中

机器指令：1000100111011000

汇编指令：mov  ax , bx（就是这么简洁，666）

Q：但是计算机只能读懂机器语言，如何让计算机“读懂”汇编语言？

A：这需要用到一个程序，能把汇编指令翻译成机器指令，而这个程序就叫做“编译器”

汇编语言的组成：

1、汇编指令（有对应的机器码，亦是汇编语言的核心部分）

2、伪指令（没有对应的机器码，由编译器执行，计算机不执行）

3、其它符号（+、-、*、/ 由编译器识别，没有对应机器码）

                                                                                                                                                                                                     —2015/09/01

Q：指令和数据分别是什么？

A：指令和数据是应用上的概念，在内存或硬盘上，指令和数据都是二进制信息，而CPU把有的信息看作是指令，有的看作是信息

例如：二进制信息 1000100111011000，计算机可以看作是 86D8h 的数据，也可以看做是 mov  ax , bx 的指令来执行

CPU 与 存储器 的信息传递

Q：CPU 是怎样从存储器（内存或硬盘）中读写数据？

A：CPU 读写数据要与外部器件进行以下 3 步信息交互

1、获取存储单元的地址（地址信息交互）

2、获取“读”或“写”的命令（控制信息交互）

3、获取“读”或“写”的信息（数据信息交互）

Q：那么 CPU 是通过什么将地址、控制、数据信息进行传递？

A：这些信息都是电信号，通过 CPU 与其他芯片连接的导线来传递（统称为总线），在逻辑上，因功能的不同而分为：地址总线、控制总线、数据总线

以下图为 CPU 读取 3 号单元的数据

CPU 对存储器的 3 号单元进行读操作步骤（CPU 的写操作与读操作基本一致）：

1、CPU 通过地址总线向 存储器 发出 “3” 信息（CPU 走向 排列整齐的存储单元列（存储器）的 “3号位置”）

2、CPU 通过控制总线向 存储器 发送 “读” 信息（要求 “3号位置” 的 ”同志 08“ 出列）

3、存储器 通过数据总线向 CPU 发送 08 的数据（存储器将出列的 ”同志 08“  发送到 CPU 的 ”家中“）

机器码：101000000000001100000000  

汇编指令：mov  ax , [3]

含义：从 3 号单元读取数据送入到 CPU 的寄存器 AX

地址总线

Q：地址总线是怎样发送信息的，对 CPU 的影响？

A：地址总线的数量决定 CPU 的寻址能力，寻址能力为 2 的 N 次方（N 为地址总线的根数）

上图传输的地址是 11 单元

数据总线

Q：数据总线怎样传输数据，对 CPU 的影响？

A：数据总线的宽度决定 CPU 一次可传送的字节，8 根数据总线一次可传送 8 位二进制，8088 的数据总线宽度是 8，8086 的数据总线宽度是 16

以下图分别是 8088 ， 8086 向内存写入 89D8h 

控制总线

Q：控制总线对 CPU 的影响？

A：控制总线的宽度决定 CPU 拥有多小种对外部器件的控制能力，一根”读信号输出“的控制线负责向外发送”读“信号，一根”写信号输出“的控制线负责向外发送”写“信号

计算机内部构成

1、内存地址空间：内存单元构成 CPU 内存地址空间

2、主板：主板上的器件通过总线相连（地址、控制、数据总线）

3、接口卡：接卡口连接外部设备。CPU 直接控制接卡口，利用接卡口间接控制外部设备（CPU 向接卡口发送命令，接卡口再向外部设备发送命令）

4、存储器芯片：存储器从读写属性上分两类：1、随机存储器（RAM）可读可写，必须带点存储，关机后存储内容消失

                                                                                  2、只读存储器（ROM）只读不能写，在出厂时已焊接到硬件上，关机后内容不丢失

                                                  功能上又可分为：1、主随机存储器（内存）RAM，存放供 CPU 使用的程序和数据

                                                                                  2、装有 BIOS（Base Input/Output Style） 的 ROM。例如：主板上的 ROM 存储主板 BIOS，显卡上的 ROM 存储显卡 BIOS

                                                                                  3、接卡口上的 RAM。例如：显卡上的 RAM （显存），显卡把显存上的数据向显示器输出

以下内容摘自网络百度，作课外扩充

CPU 发展史：8086 ->80286 -> 80386 ->80486 ->PENTIUM -> ...... ->至今，后面的CPU兼容前面的功能（多了一些指令集）

CPU 组成：CPU 主要由运算器和控制器组成

                             1、运算器：主要功能是对数据的算术运算、逻辑运算、逻辑判断等操作

                             2、控制器：是计算机指令的解释和执行结构，主要功能是控制运算器、存储器、输出输入设备的协同工作

CPU 性能指标：1、时钟频率（主频）：Hz/s ，单位有 Hz、MHz、GHz.。CPU 实际频率 = 主频率 * 核数 * 0.8

                              2、指令周期：执行一条指令所用的时间（一条完整的指令包括 取指令、解释指令、执行指令）

                              3、字长：运算的二进制的数据位数

                              4、CPU 缓存：安装在 CPU 内部的小存储量的快速存储器（SRAM），用于缓解 CPU 与 内存 之间读取速度的差异

CPU 寄存器：寄存器是 CPU 内部元件。1、将寄存器内的数据执行算术、逻辑运算  2、可以指向存放在寄存器中的内存地址（寻址） 3、读取数据到电脑周边设备。

                         8086 CPU 有 8 个 8 位寄存器，这些8位的寄存器分别组成 16 位的寄存器：

                         AH & AL = AX （累加寄存器，用于运算）

                         BH & BL = BX （基址寄存器，用于地址索引）

                         CH & CL = CX （计算寄存器，用于计数）

                         DH & DL = DX （数据寄存器，常用于数据传递）

                         8086 CPU 还设定 4 个段寄存器，用于保存“段”地址：

                         CS （Code Segment）代码段寄存器

                         DS （Data Segment）数据段寄存器

                         SS （Stack Segment）堆栈段寄存器

                          ES （Extra Segment）附加段寄存器

                          当执行一个程序，需要确定程序的代码、数据、堆栈在内存的位置，通过设定"段"寄存器来指向这些位置（通常将 DS 固定，根据需要修改 CS ），因为当时的寄存器只有 16 位（64KB），所以，程序和数据组合起来要限制在 DS 所指的 64 KB内。

                          8086 CPU 特殊的寄存器：

                          IP （Intruction Pointer）指令指针寄存器，与 CS 配合使用，跟踪程序的执行过程

                          SP（Stack Pointer）堆栈指针寄存器，与 SS 配合使用，可指向目前堆栈的位置

                          BP（Base Pointer）基址指针寄存器，可用作 SS 的一个相对基址位置

                          SI （Source Index）源变址寄存器，用于存放相对于 DS 段的源变址指针

                          DI （Destination Index）：目的变址寄存器，用于存放相对于 ES 段的目的变址指针
                          FR （Flag Register）：标志寄存器，有 9 个标志，用二进制位表示每个标志的状态

8086 地址总线有 20 位，但 8086 能做的运算仅限于 16 位数据，所以必须分段寻址，才能控制整个内存地址。
20 位地址分两部分：1、段基址（段的开始地址） 16 位二进制数后面再加 4 个二进制 0 
                                      2、偏移量，16 位二进制数，指向段基址中的任何一个地址
                                      如：（段基址）2222,（偏移量）3333，实际 20 位地址值是：25553