汇编入门

汇编入门(1讲)时间：2009-5-1416:03:11核心提示：1.1汇编语言的由来及其特点1.1.1机器语言机器指令是CPU能直接识别并执行的指令，它的表现形式是二进制编码。机器指令通常由操作码和操作数两部分组成，操作码指出该指令所要完成的操作，即指令的功能，操作数指出参与运算的对象，以及运算结果所存放的位置等。由于机器指令与CPU紧密相关，所以，不同种类...1.1汇编语言的由来及其特点1.1.1机器语言机器指令是CPU能直接识别并执行的指令，它的表现形式是二进制编码。机器指令通常由操作码和操作数两部分组成，操作码指出该指令所要完成的操作，即指令的功能，操作数指出参与运算的对象，以及运算结果所存放的位置等。由于机器指令与CPU紧密相关，所以，不同种类的CPU所对应的机器指令也就不同，而且它们的指令系统往往相差很大。但对同一系列的CPU来说，为了满足各型号之间具有良好的兼容性，要做到：新一代CPU的指令系统必须包括先前同系列CPU的指令系统。只有这样，先前开发出来的各类程序在新一代CPU上才能正常运行。机器语言是用来直接描述机器指令、使用机器指令的规则等。它是CPU能直接识别的唯一一种语言，也就是说，CPU能直接执行用机器语言描述的程序。用机器语言编写程序是早期经过严格训练的专业技术人员的工作，普通的程序员一般难以胜任，而且用机器语言编写的程序不易读、出错率高、难以维护，也不能直观地反映用计算机解决问题的基本思路。由于用机器语言编写程序有以上诸多的不便，现在几乎没有程序员这样编写程序了。1.1.2汇编语言虽然用机器语言编写程序有很高的要求和许多不便，但编写出来的程序执行效率高，CPU严格按照程序员的要求去做，没有多余的额外操作。所以，在保留“程序执行效率高”的前提下，人们就开始着手研究一种能大大改善程序可读性的编程方法。为了改善机器指令的可读性，选用了一些能反映机器指令功能的单词或词组来代表该机器指令，而不再关心机器指令的具体二进制编码。与此同时，也把CPU内部的各种资源符号化，使用该符号名也等于引用了该具体的物理资源。如此一来，令人难懂的二进制机器指令就可以用通俗易懂的、具有一定含义的符号指令来表示了，于是，汇编语言就有了雏型。现在，我们称这些具有一定含义的符号为助忆符，用指令助忆符、符号地址等组成的符号指令称为汇编格式指令(或汇编指令)。汇编语言是汇编指令集、伪指令集和使用它们规则的统称。伪指令是在程序设计时所需要的一些辅助性说明指令，它不对应具体的机器指令，有关内容在以后的各章节中会有详细叙述，在此不展开介绍。用汇编语言编写的程序称为汇编语言程序，或汇编语言源程序，在本教材中或特定的环境下，也可简称为源程序。汇编语言程序要比用机器指令编写的程序容易理解和维护。1.1.3汇编程序用汇编语言编写的程序大大提高了程序的可读性，但失去了CPU能直接识别的特性。例如用汇编语言书写的指令：MOVAX,BX，CPU不会知道这几个字符所表达出来的功能，但程序员一看就知道：要求CPU把寄存器BX的值传送给寄存器AX。把机器指令符号化增加了程序的可读性，但引起了如何让CPU知道程序员的用意，并按照其要求完成相应操作的问题。解决该问题就需要一个翻译程序，它能把汇编语言编写的源程序翻译成CPU能识别的机器指令序列。这里，我们称该翻译程序为汇编程序。从图中不难看出：汇编程序能把左边汇编语言源程序翻译成右边的机器指令序列。其中，把汇编语言指令“MOVAX,BX”和“ADDAX,5”分别转换成机器指令89D8H和050500H，而后者都是CPU能直接识别的，所以，可执行它们。目前，常用的汇编程序有：MASM、TASM和DEBUG等。1.1.4汇编语言的主要特点一方面，汇编语言指令是用一些具有相应含义的助忆符来表达的，所以，它要比机器语言容易掌握和运用，但另一方面，它要直接使用CPU的资源，相对高级程序设计语言来说，它又显得难掌握。汇编语言程序归纳起来大概有以下几个主要特性。1、与机器相关性汇编语言指令是机器指令的一种符号表示，而不同类型的CPU有不同的机器指令系统，也就有不同的汇编语言，所以，汇编语言程序与机器有着密切的关系。由于汇编语言程序与机器的相关性，所以，除了同系列、不同型号CPU之间的汇编语言程序有一定程度的可移植性之外，其它不同类型(如：小型机和微机等)CPU之间的汇编语言程序是无法移植的，也就是说，汇编语言程序的通用性和可移植性要比高级语言程序低。2、执行的高效率正因为汇编语言有“与机器相关性”的特性，程序员用汇编语言编写程序时，可充分发挥自己的聪明才智，对机器内部的各种资源进行合理的安排，让它们始终处于最佳的使用状态，这样做的最终效果就是：程序的执行代码短，执行速度快。现在，高级语言的编译程序在进行寄存器分配和目标代码生成时，也都有一定程度的优化(在后续课程《编译原理》的有关章节会有详细介绍)，但由于所使用的“优化策略”要适应各种不同的情况，所以，这些优化策略只能在宏观上，不可能在微观上、细节上进行优化。而用汇编语言编写程序几乎是程序员直接在写执行代码，程序员可以在程序的每个具体细节上进行优化，这也是汇编语言程序执行高效率的原因之一。3、编写程序的复杂性汇编语言是一种面向机器的语言，其汇编指令与机器指令基本上一一对应，所以，汇编指令也同机器指令一样具有功能单一、具体的特点。要想完成某件工作(如计算：A+B+C等)，就必须安排CPU的每步工作(如：先计算A+B，再把C加到前者的结果上)。另外，在编写汇编语言程序时，还要考虑机器资源的限制、汇编指令的细节和限制等等。由于汇编语言程序要安排运算的每一个细节，这就使得编写汇编语言程序比较繁琐、复杂。一个简单的计算公式或计算方法，也要用一系列汇编指令一步一步来实现。4、调试的复杂性在通常情况下，调试汇编语言程序要比调试高级语言程序困难，其主要原因有四：汇编语言指令涉及到机器资源的细节，在调试过程中，要清楚每个资源的变化情况；程序员在编写汇编语言程序时，为了提高资源的利用率，可以使用各种实现技巧，而这些技巧完全有可能破坏程序的可读性。这样，在调试过程中，除了要知道每条指令的执行功能，还要清楚它在整个解题过程中的作用；高级语言程序几乎不显式地使用“转移语句”，但汇编语言程序要用到大量的、各类转移指令，这些跳转指令大大地增加了调试程序的难度。如果在汇编语言程序中也强调不使用“转移指令”，那么，汇编语言程序就会变成功能单调的顺序程序，这显然是不现实的；调试工具落后，高级语言程序可以在源程序级进行符号跟踪，而汇编语言程序只能跟踪机器指令。不过，现在这方面也有所改善，CV(CodeView)、TD(TurboDebug)等软件也可在源程序级进行符号跟踪了。1.1.5汇编语言的使用领域综上所说，汇编语言的特点明显，其诱人的优点直接导致其严重的缺点，其“与机器相关”和“执行的高效率”导致其可移植性差和调试难。所以，我们在选用汇编语言时要根据实际的应用环境，尽可能避免其缺点对整个应用系统的影响。下面简单列举几个领域以示说明，但不要把它们绝对化。1、适用的领域要求执行效率高、反应快的领域，如：操作系统内核，工业控制，实时系统等；系统性能的瓶颈，或频繁被使用子程序或程序段；与硬件资源密切相关的软件开发，如：设备驱动程序等；受存储容量限制的应用领域，如：家用电器的计算机控制功能等；没有适当的高级语言开发环境。2、不宜使用的领域大型软件的整体开发；没有特殊要求的一般应用系统的开发等。1.2数据的表示和类型在用汇编语言进行程序设计时，程序员可以直接访问内存，对数据在存储器内的表示形式要有一个清晰的认识。下面，我们只简单介绍本课程所要用到的数据表示知识，为后面的学习作一点必要的准备。有关“数据表示”的详细内容请参阅《计算机组成原理》中的相关章节。1.2.1数值数据的表示(1)、二进制在计算机内，数值是用二进制来表示的，每个二进制数按权相加就可得到其十进制数值。在书写二进制时，为了区别，在数据后面紧跟一个字母B。二进制的一般表现形式为：bn-1…b1b0B，其代表数值：bn-12n-1+…+b121+b020。数据的二进制表示形式简单、明了，但它书写起来比较长，所以，通常情况下，我们在程序中不直接用二进制来书写具体的数值，而改用八进制、十进制或十六进制。(2)、八进制八进制是一种二进制的变形，三位二进制可变为一位八进制，反之也然。八进制的表示元素是：0、1、…、7。在书写时，为了区别，在数据后面紧跟一个字母Q。如：1234Q、7654Q、54Q等都是八进制。八进制数在程序中的使用频率不高。(3)、十进制十进制是我们最熟悉的一种数据表示形式，它的基本元素是：0、1、…、9。在书写时，为了区别，在数据后面紧跟一个字母D。在程序中经常用十进制来表示数据。(4)、十六进制十六进制是另一种二进制的变形，四位二进制可变为一位十六进制，反之也然。十六进制的基本元素是：0、1、…、9、A、B、…、F(字母小写也可以)，其中：字母A、B、…、F依次代表10、11、…、15。在书写时，为了区别，在数据后面紧跟一个字母H。当十六进制数的第一个字符是字母时，在第一个字符之前必须添加一个‘0’。如：100H、56EFH、0FFH、0ABCDH等都是十六进制数。十六进制在程序中的使用频率很高。(5)、数值进制的总结和相互转换表1.1各种进制及其字符表示进制字符例子备注二进制B/Y(*)1010B、1011B(*)：字符Y、O和T是宏汇编MASM系统所增加的进制表示符。八进制Q/O1234Q、311Q十进制D/T1234D、512D十六进制H1234H、1011H下面是各进制数据之间进行转换的控件，浏览者通过它可很好地掌握这些进制之间的转换方法。当十进制转化为其它进制时，浏览者还可进行实际的练习操作。(6)、数的补码表示法在计算机内，为了表示正负数，并便于进行各种算术运算，对有符号数采用二进制的补码表示形式。补码的最高位用来表示正负数：0—正数，1—负数。正数的补码是其自身的二进制形式，负数的补码是把其正数的二进制编码变“反”，再加1而得。(7)、二进制数的符号扩展在汇编语言中，我们经常要对字/字节的数据进行操作。当把“字节”转换成“字”，或“字”转换成“双字”时，就需要进行符号扩展。符号扩展的具体操作就是把已知信息的最高位扩展到所有更高位。例1.1把8位补码01011010、10101100分别扩展成16位补码。解：根据符号扩展的含义，“字节→字”的具体扩展结果如下：010110101010110000000000010110101111111110101100例1.2把16位补码0101101111001010、1010111101011011别扩展成32位补码。解：根据符号扩展的含义，“字→双字”的具体扩展结果如下：010110111100101010101111010110110000000000000000010110111100101011111111111111111010111101011011(8)、n位二进制的表示范围n位二进制所能表示的无符号整数的范围：0≤x≤2n-1。n位二进制所能表示的有符号整数(补码表示)的范围：-2n-1≤x≤2n-1-1。在汇编语言中，常用到n为8和16时的数值范围：n=8时，无符号整数的范围：0~255，有符号整数的范围：-128~127；n=16时，无符号整数的范围：0~65535，有符号整数的范围：-32768~32767。(9)、BCD码通常，我们习惯用十进制表示的数据，但计算机是用二进制来表示数数据的，这就需要进行数值进制之间的转换。我们把每位十进制数转换二进制的编码，简称为BCD码(BinaryCodedDecimal)。BCD码是用4位二进制编码来表示1位十进制数。这种编码方法有多种，但常用的编码是8421BCD编码，如表1.2所示。这种BCD编码实际上就是0~9的“等值”二进制数。表1.28421BCD编码列表十进制数字8421BCD码十进制数字8421BCD码0000