💻 计算机组成原理(PART B)

本文最后更新于：2022年7月25日星期一下午2点59分 +08:00

计算机组成原理B,这里开始学习汇编了

2022年3月22日

DOSBox入门

2022年3月24日

DOSBoxⅠ

2022年3月29日

DOSBoxⅡ

2022年4月7日

DOSBoxⅢ

2022年4月7日

DOSBoxⅣ

2022年4月7日

DOSBoxⅤ

2022年4月12日

DOSBox Ⅵ

2022年4月12日

DOSBox 指令补充Ⅰ

DOSBox不完全指北

DOSBOX 指令补充Ⅰ

中断代码	功能	入口参数	出口参数
INT 20	程序正常退出	CS=PSP段地址
INT 21	系统功能调用	AH=功能号
INT 22	程序结束处理
INT 23	Ctrl-Break处理		AL=0(忽略)
INT 24	严重错误处理	AL=驱动器号	AL=1(重试) AL=2(通过INT 23H终止) Cy=1(出错)
INT 25	绝对磁盘读	CX=读入扇区数 DX=起始逻辑扇区数 DS:BX=缓冲区地址 AL=驱动器号	Cy=0(正确)
INT 26	绝对磁盘写	CX=读入扇区数 DX=起始逻辑扇区数 DS:BX=缓冲区地址
INT 27	驻留退出	CS=PSP段地址 DX=程序末地址+1

功能速览

DOSBox 初级汇编基础

DOSBox是一种模拟器软件，主要是在IBM PC兼容机下，模拟旧时的操作系统：MS-DOS
支持许多IBM PC兼容的显卡和声卡，为本地的DOS程序提供执行环境，使这些程序可以正常运行于大多数现代计算机上的不同操作系统

获取
获取方式点我就行啦
提取码：hiaj
安装
安装流程不能再简单啦，不建议放在C盘噢

指令
1
mount X dir %一行出奇迹
- 参数说明一下下：
  - X: 虚拟盘命名,随意命名,比如C,G
  - dir: 虚拟盘创建的文件夹位置,比如D:\DOSBox\SourceCode

比如我在D:\DOSBox\SourceCode目录下有一个hello.asm，下面以此为例说明运行asm的流程
流程如下
- 创建虚拟环境
- 进入虚拟环境
- 编译asm源文件
- 链接编译为可执行文件
- 执行并大功告成

关于debug

debug asm文件需要有edit.com，如果压缩包中没有读者可以前往官网下载
edit.com文件建议放置在放置asm源文件的同级目录中，这样方便直接在DOSBox中直接调用

调用debug流程方法

创建虚拟环境
进入虚拟环境

执行edit指令

%运行asm
mount g d:\DOSBox\SourceCode %创建虚拟环境
g: %进入虚拟环境
masm hello.asm %编译源文件
link hello.obj %编译可执行文件
hello.exe %运行可执行文件
%调试asm
mount g d:\DOSBox\SourceCode 
g: 
edit hello.asm %在edit中打开asm文件   
edit hello.LST %打开hellO的清单文件,LST是后续断点调试很重要的文件诺

高级调试入门

反汇编就是将存储器中的二进制数据翻译成有意义的助记符的形式，用以帮助理解程序，常用命令格式如下：
- -U：从当前指令指针IP指示位置开始对约连续32字节内容反汇编，需要注意的是，反汇编的结果可能并不完全是程序内容，这是因为从指示位置起始到程序结束可能本身没有32字节长度
- -U offset：offset指指定的偏移地址，将从该地址开始对连续约32字节内容反汇编，例如-U 0123就将从IP=0123开始反汇编
- -U ofs1 ofs2：设定两个指定的偏移地址，将对这两个偏移地址区间内程序反汇编

用以显示或修改寄存器内容
在显示寄存器内容时，标志寄存器F或程序状态字寄存器PSW将被表示为各个分离的标志位，其表示意义如下所示：

# 溢出方向中断符号零辅助进位奇偶进位

0 NV UP DI PL NZ NA PO NC

1 OV DN EI NG ZR AC PE CY
常用命令格式如下：
- -R：显示所有寄存器当前的内容和当前即将执行的指令
- -R RX：RX为指定寄存器名，限制指定的寄存器当前的内容，并等待键入新值，如果不想键入数值可以直接回车，比如-R AX Enter就是显示AX寄存器的内容而不加修改
- -R F：显示标志寄存器F的各个标志位的内容并等待键入新的标志位，同样地，无需修改直接回车

#	溢出	方向	中断	符号	零	辅助进位	奇偶	进位
0	NV	UP	DI	PL	NZ	NA	PO	NC
1	OV	DN	EI	NG	ZR	AC	PE	CY

让程序在Debug控制下运行，一般有全程和断电运行两种方式，指令如下
- -G：控制程序在当前IP处运行直到程序结束，用于快速观察程序的运行情况
- -G ofs：控制程序由当前IP处运行，直至指定的断电IP=ofs处，此时程序暂停并显示哥哥寄存器的当前值以及断点处指令，同时返回Debug提示符”-“

控制程序运行一条指令后暂停，并显示各个寄存器的当前值及断点处指令，然后返回Debug提示符”-“
- -T：就没什么说的啦
单步命令一般用于需对程序运行作仔细分析的地方，如判断分支转移、观察运算结果等

以十六进制以及ASCII码两种方式显示内存区的二进制数据，通常用来观察数据段内的缓冲区内容，常见指令格式如下：
- -D：从0000单元开始，连续显示128个内存单元的内容
- -D ofs ofs：从指定单元开始显示到指定单元结束

用于在Debug环境下直接键入汇编语言语句，生成简单的可执行代码而不必经过完整的汇编语言编程步骤，或用来在调试过程中临时修改某条指令，常见指令格式如下：
- -A：从当前IP处输入汇编语句
- -A ofs：从指定的IP=ofs处输入汇编语句
Debug模式默认使用十六进制，故在输入时不能使用H

用来将被调试程序重新转载进内存中，一般用于程序运行结束后继续进行调试程序，或者从头开始调试程序

键入Q退出调试状态，回到DOSBox界面

DOSBox实验指南

实验一: 顺序结构

本实例旨在利用顺序结构实现计算$w=\frac{(v-(x\times y+z-2))}{x}$的计算，其中x,y,z,v均为有符号字类型数据，将x,y,z,v的值存放在字变量X,Y,Z,V中，将结果存放在双变量W中

汇编语言作为底层语言是无法像高级语言一样轻松实现运算结果，这要求我们按照优先级顺序拆分运算表达式合理设计程序，下面给出mermaid流程图

graph TD
n0(开始) ==> n1
n1["x*y->(BX:CX)"] ==> n2
n2["将z扩展为双字->(DX:AX)"] ==> n3
n3["(BX:CX)+(DX:AX)->(BX:CX)"]==>n4
n4["(BX:CX)-2->(BX:CX)"]==>n5
n5["将V扩展为双字->(DX:AX)"]==>n6
n6["(BX:AX)-(BX:CX)->(DX:AX)"]==>n7
n7["(DX:AX)/X,商->W,余数->W+2"]==>id(结束)

代码分析

DATA    SEGMENT
      X       DW      2
      Y       DW      2
      Z       DW      3
      V       DW      10
      W       DW      2 DUP(?)
DATA    ENDS
STACK   SEGMENT  STACK PARA STACK 'STACK'
      DB   200  DUP(0)
          BUFFER DB 10 DUP(?)
STACK  ENDS
CODE   SEGMENT
      ASSUME  DS:DATA,CS:CODE,SS:STACK
START:  MOV     AX, SEG DATA
        MOV     DS, AX   ;DATA→AX
        LEA     SI, BUFFER
        MOV     AX, X
        IMUL    Y       ;(x)*(y)→DX:AX
        MOV     CX, AX
        MOV     BX, DX   ;(DX:AX)→(BX:CX)
        MOV     AX, Z
        CWD     ;(Z) 符号扩展
        ADD     CX, AX
        ADC     BX, DX   ;(BX:CX)+(DX:AX)→(BX:CX)
        SUB     CX, 2
        SBB     BX,0    ;(BX:CX)-2→(BX:CX)
        MOV     AX,V
        CWD     ;(V)符号扩展
        SUB     AX,CX
        SBB     DX,BX   ;(DX:AX)-(BX:CX)→(DX:X)
        IDIV     X       ;(DX:AX)/X
        MOV    DL,AL
        PUSH    CX
        MOV    CL,4
        SHR     AL,CL
        OR      AL,30H
        MOV    [SI],AL
        INC     SI
        MOV   AL,DL
        AND    AL,0FH
        OR     AL,30H
        MOV   [SI],AL
        INC    SI
        MOV   AL,'$'
        MOV   [SI],AL
        MOV   DX,OFFSET BUFFER
        MOV   AH,09H
        INT    21H
        MOV   AH,4CH
        INT    21H
CODE    ENDS    ;退出DOS 状态
          END     START

DATA    SEGMENT
      X       DW      2
      Y       DW      2
      Z       DW      3
      V       DW      10
      W       DW      2 DUP(?)
DATA    ENDS
STACK   SEGMENT  STACK PARA STACK 'STACK'
      DB   200  DUP(0)
          BUFFER DB 10 DUP(?)
STACK  ENDS
CODE   SEGMENT
      ASSUME  DS:DATA,CS:CODE,SS:STACK
START:  MOV     AX, SEG DATA
        MOV     DS, AX   ;DATA→AX
        LEA     SI, BUFFER
        MOV     AX, X
        IMUL    Y       ;(x)*(y)→DX:AX
        MOV     CX, AX
        MOV     BX, DX   ;(DX:AX)→(BX:CX)
        MOV     AX, Z
        CWD     ;(Z) 符号扩展
        ADD     CX, AX
        ADC     BX, DX   ;(BX:CX)+(DX:AX)→(BX:CX)
        SUB     CX, 2
        SBB     BX,0    ;(BX:CX)-2→(BX:CX)
        MOV     AX,V
        CWD     ;(V)符号扩展
        SUB     AX,CX
        SBB     DX,BX   ;(DX:AX)-(BX:CX)→(DX:X)
        IDIV     X       ;(DX:AX)/X
        MOV    DL,AL
        PUSH    CX
        MOV    CL,4
        SHR     AL,CL
        OR      AL,30H
        MOV    [SI],AL
        INC     SI
        MOV   AL,DL
        AND    AL,0FH
        OR     AL,30H
        MOV   [SI],AL
        INC    SI
        MOV   AL,'$'
        MOV   [SI],AL
        MOV   DX,OFFSET BUFFER
        MOV   AH,09H
        INT    21H
        MOV   AH,4CH
        INT    21H
CODE    ENDS    ;退出DOS 状态
          END     START

LEA：Load Effective Address，取有效地址指令
- 指令功能：取源操作数地址的偏移量，并将它传送到目的操作数所在单元
- 指令格式：LEA reg16,mem
DUP：duplicate,重复
- 指令功能：用来定义重复的字节、字、双字、结构等内存缓冲区
- 指令格式：数据类型重复次数 dup(重复数据值)
- 一些栗子：
  - DB 10 DUP(?):表示定义一个容量为10的起始数据不定的字节内存区
  - DD 5 DUP(0):表示定义一个容量为5的数据为0的双字内存区
  - BUFFER DB 10 DUP(?):表示定义了一个名为BUFFER的大小为10的字节类型的数组
INC：目标操作数自增1指令
CWD：Change Word to Double Word
- 指令功能：将一个字类型变量扩张为双字类型变量
- 顺便白送你一份类似的指令族
  - CBW：change byte to word % 8->16,e.g. AL->AX
  - CWDE： change word to extended word % 16->32 AX->EAX
  - CDQ：change double word to quadword % 32->64 e.g. EAX->EDX:EAX
INT：Interrupt routine
- 指令功能：引发中断，调用中断例程
- 指令格式：INT n % n表示中断号，也称中断类型码，范围在0-255的整数
- 执行指令int n时，CPU从中断向量表中找到第n号表项，修改CS和IP，使得
  - IP=4n,CS=4n+2
- 程序中的INT 21H表示直接返回DOS
MOV AH,4CH的含义是带返回码结束
$是汇编语言中的一个预定义符号，等价于从当前正在汇编的段的偏移地址，$可用于表达式任意位置
XLAT：Translate
- 汇编语言查表指令，缩写为XLAT
- 指令格式：XLAT TABLE Table为一待查表格的首地址，以DS:[BX+AL]为地址
- 指令功能：提取存储器中的一个字节再送入AL，执行XLAT将使待查内容送到累加器，即AL<–((BX)+(AL))
- 该指令只能是字节操作，所以表格的最大容量为256字节。指令不影响标志位
- 举个例子：
  1
  2
  3
  4
  X DW 1122H,3344H,5566H,7788H LEA BX,X MOV AL,03H XLAT

实验二：分支结构

本实例的目的是：已知在内存中有一个字节单元NUM，存有带符号数据，要求计算出它的绝对值后，放入RESULT单元中

本程序的mermaid流程图如下

graph TD
n1(开始)-->n2[初始化]
n2-->n3[将X送入到AL中]
n3-->n4{AL>=0?}
n4--N-->n5[将AL内容求补]
n5-->n6[AL内容送入RESULT单元]
n4--Y-->n6
n6-->n7(结束)

代码分析

DATA	SEGMENT
    X   	  DB  -15
  RESULT DB  ?
DATA	ENDS
CODE	SEGMENT
        ASSUME  DS:DATA,CS:CODE
START:	MOV	AX,DATA
        MOV	DS,AX 	；初始化
        MOV	AL,X  	；X取到AL中
        TEST  AL,80H ；测试AL正负
        JZ NEXT    ；为正，转NEXT
        NEG AL  	；否则AL求补
        NEXT: MOV RESULT,AL	；送结果
        MOV 	AH,4CH
        INT 	21H 	；返回DOS
      CODE	ENDS
END   START      ；汇编结束

Test: 测试指令
- 指令格式：TEST OPD,OPS
- 指令功能：将源地址和目标地址的内容执行按位与运算，结果不送入目的地址中
- 举个例子
  1
  2
  TEST AL,01H %判断AX中的最低位是否为1 JNZ L %如果不是0就跳转L
NEG：求相反数的指令，再次提醒负数是以补码形式存在噢：补码=原码按位取反+1

实验三：循环结构

本实验的目的是：在一串给定个数的数中寻找最大值，并且放置至指定的存储单元

graph TD
n1(开始)-->n2["初始化寄存器：DS,SS,SP"]
n2-->n3["数组首偏移地址->BX<br>数组元素个数->CX,0->AX"]
n3-->n4[比较BX与AX的值]
n4-->n5{AX>BX?}
n5--Y-->n6[BX->AX]
n6-->n7["BX+1->Bx"]
n7-->n8[CX-1->CX]
n5--N-->n7
n8-->n9{CX>0?}
n9--Y-->n4
n9--N-->n10["AX->[MAX]"]
n10-->n11(结束)

DATA SEGMENT
      BUFFER DW 2,4,6,1,8
      COUNT EQU ($-BUFFER)/2 %取得数组元素个数，注意直接减法是字节数，而元素是字类型，所以除2
      MAX   DW  ?
DATA ENDS

STACK SEGMENT PARA STACK 'STACK'
      DB 64 DUP(?)
      TOP   EQU $-STACK
STACK ENDS

CODE SEGMENT
     ASSUME CS: CODE,DS:DATA,SS:STACK

START PROC FAR %PROC 定义的一个过程，封装函数
BEGIN: PUSH DS  %压栈，为最后RET准备
       MOV AX,0  
       PUSH AX  
	     MOV AX,DATA
	     MOV DS,AX
       MOV AX,SEG STACK
       MOV SS,AX
       MOV AX,TOP
       MOV SP,AX
       MOV CX,COUNT；%存放数的个数
       LEA BX,BUFFER；%存放buffer首指针
       MOV AX,[BX]；%取第一个数至AX

      INC BX；%BX +1
      INC BX： %BX+1 注意指针要加2才能移动到下一个元素
      DEC CX；%CX -1
      AGAIN: CMP AX,[BX]
            JGE NEXT
            MOV AX,[BX]
      NEXT:  INC BX
             INC BX
            LOOP AGAIN
        RET  %return 
START  ENDP

汇编程序的另一种写法，但不推荐
- PROC：Process，封装一个过程
- RET：Return，配合PROC使用，在程序结束时返回
  - 相当于MOV AX 4CH; INT 21H
COUNT $-BUFFER：这里＄就指代BUFFER数组后的下一个指针位置；BUFFER表示数组首地址，整体效果就是计算数组中元素的个数并传入COUNT中储存
值得强调的是要指向下一个元素时，一定要注意指针移动的次数

实验四：多重循环架构

在一串给定个数的数中寻找最小值，并且放置至指定的存储单元。每个数用16位表示

graph TD
n1(开始)--DS,SS,SP-->n2[寄存器初始化]
n2--Buf->BX-Num->CX-0->AX-->n3[数组偏移地址与大小传递]
n3--BX?AX-->n4[数据大小比较]
n4-->n5{AX>BX}
n5-->n6[BX->AX]
n6-->n7[BX+1->BX]
n5-->n7
n7-->n8[CX-1->CX]
n8-->n9{CX>0}
n9-->n4
n9-->n10[AX->min]
n10-->n11(结束)

DATA SEGMENT
    BUFFER DW 1,2,3,4,5,6    %初始化数据
    COUNT EQU $-BUFFER    %取得数组大小
    min DW ?
DATA ENDS
STACK SEGMENT PARA STACK STACK
    DB 64 DUP(?)
    TOP EQU $-STACK
STACK ENDS
CODE SEGMENT
    ASSUME CS:CODE DS:DATA SS:STACK
  START PROC FAR
  BEGIN: PUSH DS
         MOV AX,0
         PUSH AX
         MOV AX,DATA
         MOV DS,AX
         MOV AX,SEG STACK
         MOV SS,AX
         MOV AX,TOP
         MOV SP,AX
         MOV CX,COUNT
         LEA BX,BUFFER
         MOV AX,[BX]
         INC BX
         DEC CX
  AGAIN: CMP AX,[BX]
         JGE NEXT
         MOV AX,[BX]
  NEXT:  INC BX
         LOOP AGAIN
         RET
  START ENDP
CODE ENDS
END BEGIN

一编写程序完成求1＋2＋3＋……N的累加和，直到累加和超过1000为止。统计被累加的自然数的个数送CN单元，累加和送SUM
```
graph TD
n1(start)-->n2["initialize data,AX(0),BX(0)"]
n2-->n3[BX++]
n3-->n4[AX+=BX]
n4-->n5{"AX≤N"}
n5--Y-->n3
n5--N-->n6["N(BX),SUM(AX)"]
n6-->n7(END)
```
DATA SEGMENT
SUM DW ?
N DW ?
DATA ENDS
CODE SEGMENT
ASSUME CS:CODE DS:DATA
START:
MOV AX,DATA
MOV DS,AX
MOV AX,0
MOV BX,0
LP:
INC BX
ADD AX,BX
CMP AX,1000
JBE LP
MOV SUM,AX
MOV N,BX
MOV AH,4CH
INT 21H
CODE ENDS
END START

实验五：冒泡排序

将以BUF为首地址的字存储区中存放的N个有符号数从大到小排列存入BUF区

graph TD
n1(start)-->n2["initialize,CX(N),(CX)-1->CX"]
n2-->n3["(CX)->DX,0->BX"]
n3-->n4["(BUF[BX])->AX"]
n4-->n5{"AX≥BUF[BX+2]"}
n5--N-->n6["(AX)->BUF[BX]"]
n5--Y-->n7["(BX)+2->BX"]
n6-->n7
n7-->n8["(CX)-1->CX"]
n8-->n9{"(CX)=0?"}
n9--N-->n4
n9--Y-->n10["(DX)->CX"]
n10-->n11["(CX)-1->CX"]
n11-->n12{"(CX)=0?"}
n12--N-->n3
n12--Y-->n13(END)

DATA SEGMENT
     BUF DW 3,-4,6,7,8,2,0,-8,-9,-10,20
     N=($-BUF)/2
DATA ENDS
STACK SEGMENT STACK
      DB 200 DUP(0)
STACK ENDS
CODE SEGMENT 
     ASSUME CS:COD,DS:DATA,SS:STACK
  START:
     MOV AX,DATA
     MOV DS,AX
     MOV CX,N
     DEC CX
  LOOP1:
     MOV DX,CX
     MOV BX,0
  LOOP2:
     MOV AX,BUF[BX]
     CMP AX,BUF[BX+2]
     JNE L
     XCHG AX,BUP[BX+2]
     MOV BUF[BX],AX
  L:
     ADD BX,2
     DEC CX
     JNE LOOP2
     MOV CX,DX
     LOOP LOOP1
     MOV AH,4CH
     INT 21H
CODE ENDS
END START

实验六：字符串相关

指令：MOVS，更精细可以使用 MOVSB 或 MOVSW，分为传送字节和传送字
格式：MOVS dest, src
功能：将源操作数DS:SI所指向的存储单元数据送到ES:DI所指向的存储单元。当方向标志符DF=0时，传送后SI与DI都加一；当DF=1时，SI与DI都减一

指令：CMPS，更精细可以使用CMPSB 或 CMPSW
格式：CMPS dest, src
功能：与CMP类似，只不过CMP是对两个单个数据进行比较，CMPS是对两个数据串进行比较

指令：SCAS，更精细可以使用SCASB 或 SCASW
格式：SCAS dest
功能：SCAS指令将累加器AL(或AX)的内容与目的串(ES:DI)中的数据进行比较，比较结果不改变操作数，之影响标志位。它执行与CMPS指令同样的不返回结果的减法操作，不同之处只是源操作数为AL(或AX)

指令：LODS，更精细可以使用LODSB 或 LODSW
格式：LODS src
功能：LODS指令将DS:SI指向的源串中的数据装入到AL(或AX)中，并根据方向标志符DF自动修改指针SI，以达到让SI指向下一个装入数据字节(或字)

等价：

%LODSB指令的等价指令表述为：
MOV AL,[SI];
INC SI; % DF=0时
DEC SI % DF=1时
%LODSD指令等价指令表述为：
MOV AL,[SI];
INC SI; %DF=0
INC SI;
DEC SI；%DF=1
DEC SI；

指令：STOS，更精细可以使用 STOSB 或 STOSW
格式：STOS dest
功能：STOS指令将AL(或AX)中的内容存储到由ES:DI指向的目的串中，并根据DF自动修改DI指针

等价：

%STOSB
MOV ES:[DI], AL
INC DI %DF=0
DEC DI %DF=1
%STOSW
MOV EX:[DI], AX
INC DI %DF=0
INC DI
DEC DI %DF=1
DEC DI

DAA，(Decimal Adjust After Addition),即加法的十进制调整指令
功能：如果AL寄存器中低四位大于9或者辅助进位标志符AF=1，则AL=AL+06H且AL=1；如果AL的高四位大于9或者进位标志符CF=1，则AL=AL+60H且CF=1

栗子：

MOV AL 37H
MOV BL 35H
ADD AL,BL %十六进制加法 37H+35H=6CH
DAA %DAA调整 0CH+06H->12H 30H+30H->60H 最终结果为72H

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💻 计算机组成原理(PART B)

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作者

USTC-elbitsiserri

创作于

2022-04-28

更新于

2022-07-25

许可协议

CC BY-NC-SA 4.0

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