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学习底层知识需要懂一些硬件和汇编的基础.md

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对于学习硬件，或者汇编，必须掌握一些基础概念，才能深入理解学习！

一、基础概念

寄存器：嵌入到CPU中的内存，也可以理解为CPU里面的存储器，一个CPU有多个寄存器；总线：连接CPU和其它芯片的导线；总线在物理上：是一根根导线的集合；逻辑上分为：地址总线、数据总线、控制总线。

地址总线：CPU通过地址总线来指定存储单元的。根据地址总线的根数来确定最大的寻址；

数据总线：CPU与内存或其它器件的数据传送；数据总线的宽度决定了CPU和外界数据的传送速度；

控制总线：用来控制外部器件；无非就是读/写；CPU可以直接使用的信息在存储器中存放；

总结：地址总线决定CPU的寻址能力；数据总线决定一次数据传送量；控制总线决定CPU对其它器件的控制能力。

主板上有核心器件和主要器件(他们通过地址、数据、控制)总线来连接；接口卡；存储器：

  1. 读写属性分：随机存储器(RAM)、只读存储器(ROM)；
  2. 功能上分类：随机存储器(RAM)、装有BIOS的ROM、接口卡上的RAM；

BIOS：主板、网卡、显卡、接口卡上都有的软件系统，通过这个可以对该硬件设备进行最基本的输入输出。

内存地址空间：最终运行程序的是CPU，所以用汇编编程的时候，必须要从CPU的角度来考虑问题；计算机内部都是从0开始的；任何的指令、命令、数据，在计算机中都为二进制；

二、CPU的内部工作原理

CPU由运算器、控制器、寄存器等组成；

8086CPU有14个寄存器：AX、BX、CX、DX、SI、DI、SP、BP、IP、CS、SS、DS、ES、PSW。

8086CPU所有的寄存器都是16位的，可以存放2个字节；AX、BX、CX、DX通常用来存放一般性数据，所以被称为通用寄存器；AX可以分为：AH和AL；分高8位和低8位；BX、CX、DX也一样分高低位。

为什么划分：为了兼容以前8位寄存器；

(AX寄存器模型)

AH和AL寄存器是可以独立使用的8位寄存器。

三、汇编指令

一个字可以存在一个16位的寄存器中，word = 2B；

add ax, bx :将AX，BX中的内容相加，结果放到AX中；

物理地址：CPU访问内存时要给出内存单元的地址，内存是一维、线性的连续空间；

四、16位的CPU怎么理解？

  1. 运算器(ALU)一次最多可以处理16位的数据；
  2. 寄存器的最大宽度为16位；
  3. 寄存器和运算器之间的通路是16位的；

五、地址加法器

8086有20位的地址总线，可传送20位地址，寻址能力1M；但是内部为16位的结构，表现寻址能力却只有64k。

原因：地址加法器合成物理地址的方法：物理地址 = 段地址*16+偏移地址(将2个16位的地址合成物理地址)

对段地址*16的理解：就是数据左移4位(对二进制)；可以得到一个规律：一个数据的X进制左移1位，相当于乘以X。

六、段

本质：内存并没有分段，段的划分来自CPU，我们自己通过(段地址*16)+偏移地址来得到内存单元的物理地址，这才使得我们用分段的方式来管理内存。

  1. 一个段的起始地址一定是16的倍数；
  2. 一个段的最大长度为64K。

结论：CPU可以用不同的段地址和偏移地址来形成同一个物理地址。

七、段寄存器

  1. 、段寄存器就是提供段地址的。
  2. 、8086CPU有4个段寄存器：CS、DS、SS、ES；当8086要访问内存时，由这4个段寄存器提供内存单元的段地址。
    • CS：代码段寄存器；
    • DS：数据段寄存器；
    • SS：堆栈段寄存器；
    • ES：附加段寄存器；

八、CS和IP

  1. CS和IP是8086CPU中最关键的寄存器，它们指示了CPU当前要读取指令的地址。
  2. CS：代码段寄存器；IP：指令指针寄存器(偏移地址的寄存器)； 此时，8086PC工作过程简要：
    • 从CS:IP指向的内存单元读取指令，读取的指令进入指令缓冲器；
    • IP = IP + 所读取指令的长度，从而指向下一条指令；(任务：索引到下一条指令)
    • 读取指令，一次这样执行工作；
  3. 8086PC工作过程：在8086CPU加电启动或复位后(就是CPU刚开始工作时,)CS=FFFFH, IP=0000H。即刚启动时，CPU从内存FFFF0H单元读取指令执行；FFFF0H单元中的指令是8086开机执行的第一条指令。
  4. 任何时候，CPU将CS、IP中的内容都当做指令的段地址和偏移地址，用他们来合成指令的物理地址，到内存中读取指令码执行。可以这么理解：内存中的一段信息曾被CPU执行过的话，那么，它所在的内存单元必然被CS:IP指向过。
  5. 可以修改CS:IP中的值来控制CPU的执行目标指令的地址。用jmp来修改段地址和偏移地址；如：jmp 2AE3:3

九、代码段

存放代码的地方，CPU不认识代码段，怎么执行这里的代码呢？

CPU只认被CS:IP指向的内存单元中的内容为指令；8086机器上，任意时刻，CPU将CS:IP指向的内容当作指令执行；

十、Debug汇编调试器

在winxp系统上，cmd-->debug进入即可(不区分大小写的)。

常用命令：

  • R：查看、改变CPU寄存器的内容；
  • D：查看内存中的内容；
  • E：改写内存中的内容；
  • U：将内存中的机器指令翻译成汇编指令；
  • T：执行一条机器指令；
  • A：以汇编指令的格式在内存中写入一条机器指令。

截图：

debug中的命令还得多加练习，熟悉即可!!!

十一、说明

原创文章链接：学习底层知识需要懂一些硬件和汇编的基础！