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匯編語言學習筆記01——匯編基礎知識

2020-09-23 22:09:03 其他

引言

匯編語言是除了機器語言外,最為底層的編程語言,由于機器只能讀懂0和1,所以需要轉換成人類更易操作的語言(其實設計c等高級語言的原因也包括這點),

同時呢,匯編語言也是其他很多高級語言通向機器的一個橋梁,比如c語言需要撰寫好后再編譯成匯編語言,再轉換為機器語言,

這樣的話就可以自然想到,是不是我可以通過一些反編譯的手段去破解一些軟體或者其他的呢(逆向工程)?

其實也不然,只有機器語言和匯編語言是一一對應的,而高級語言很可能一句話就代表了很多匯編語言的操作,所以正向容易而逆向容易出錯,例如一個用c語言撰寫的程式,不可能被人直接把源代碼給破解出來的,這時候就需要用到匯編語言了(黑客最愛)

總之,由于匯編和機器是關聯非常密切的,所以學習匯編語言可以讓我們更加了解硬體的運作,如何讓硬體更有效率的作業,

本博客主要是根據匯編語言與介面技術第四版,以及小甲魚網課(地址:fishc.com)來寫,本人大三計算機專業,第一次學習匯編語言,筆記僅適用于初學者借鑒,如有疏漏望大佬指出,

1.1 匯編語言的產生

機器語言是機器指令的集合;
而匯編語言的主體也是匯編指令,

兩種指令區別在于表示方式上,通俗來講,匯編指令是在機器指令的基礎上寫成了一種便于我們記憶的格式,定義上來講,匯編指令叫做機器指令的助記符,

這里舉個例子:
比如一個操作的內容是:將暫存器AX的內容移動到暫存器BX中,

用機器語言來寫是這樣的:1000100111011000

是不是根本看不懂?那么匯編指令呢,就對其進行格式變換,寫成了匯編的語言:
MOV BX,AX

mov的意思就是move移動,一般都取三個字母,這樣看就很好理解了,值得注意的是,是將后面的移動到前面的,具體操作后面再講,

暫存器

我們剛才提到了AX BX這些暫存器,這些是什么東西呢?

簡單來講,可以理解為cpu中的記憶體(注意跟一級二級快取區分),一個cpu里面有各種各樣的暫存器,比如標志暫存器啊資料暫存器啊等等,每個都有自己的任務,目前只需要知道它們是存盤資料啊指令什么的,
而AX和BX這種,暫時理解為暫存器的代號吧(小甲魚是這么說的)

1.2 匯編語言的組成

匯編語言主要由以下三個部分組成:

  1. 匯編指令(即機器語言的助記符),也是匯編語言的核心,比如MOV add之類的,后續跟隨的運算元也放在一起,
    先放一張8086的指令格式圖,慢慢理解是可以看懂的,
    在這里插入圖片描述

  2. 偽指令,
    偽指令要區別于匯編指令,匯編指令是可以產生供機器執行的對應機器代碼的,而偽指令不會,它主要用于輔助源程式的匯編,比如指定資料存放地址等,這些指令機器無法識別,是通過編譯器來識別并執行的,
    具體例子可以參考這個https://blog.csdn.net/houyichaochao/article/details/80686076

  3. 其他符號,
    比如加減乘除什么的,也是跟偽指令一樣,需要編譯器去識別和執行,

1.3 存盤器

計算機中的大部分部件都有自己的存盤器,我們這里主要學習的是記憶體

CPU是負責控制整個計算機的運行和運算,但是我們不能把資料什么的直接放到CPU中(因為實在太多了,cpu又那么貴),所以我們一般會選擇硬碟存放,但是CPU又不能直接從硬碟中讀取資料,這時候就需要記憶體這個東西,

記憶體里面需要存放CPU需要處理的指令和資料,指令的意思是告訴CPU要做什么操作,資料則是告訴CPU要對什么東西操作,

在記憶體或者硬碟上,資料和指令沒有什么區別,都是一些二進制的代碼,
比如:
1000100111011000 —> 89D8H (資料)
1000100111011000 —> MOV AX,BX (指令)
具體代表哪一種,是人為說了算的,

1.4 存盤單元

存盤器會被劃分為若干個存盤單元,每個存盤單元從0開始編號,比如假如一個存盤器有128個存盤單元,他們的編號就是0~127.

一個存盤單元可存放1Byte,1KB的存盤器有0~1023共1024個存盤單元,

1.5 CPU對記憶體的讀寫——總線

前面我們說了,CPU自己不存那么多的資料,而是從記憶體中獲取,主要獲取的東西有三類:

  • 存盤單元的地址(地址資訊)
  • 器件選擇以及讀寫命令(控制資訊)
  • 讀寫的資料(資料資訊)

那么究竟這些資訊是如何傳輸的呢?

我們應該都聽說過電信號這個東西,如下:

電平脈沖

電子計算機能夠處理和傳輸的信號都是電信號,所以要用導線傳輸,

如果你有過自己裝電腦的經歷,印象最深刻的一定是插執行緒序(實在是太麻煩了……),你所插的那些線,就是總線(Bus)的一部分,

總線在邏輯上分為:

  • 地址總線
  • 資料總線
  • 控制總線

也是分別對應了上面所說的三種資訊,

圖源自小甲魚網課

讀

仔細看,地址線中,CPU將自己需要操作的物件的地址發送給記憶體,告訴記憶體我現在需要這個地址里的東西,

讀
接著控制線中,CPU發給記憶體讀的資訊,告訴它我現在需要進行的操作是讀取,

讀

然后記憶體便知道自己需要做什么了,就將地址號為3的資料交給了CPU,

至于寫的指令,和讀是一樣的,只不過資料是從CPU到記憶體的,
寫

還記不記得上面提到過,說在記憶體中指令和資料時無法區分的,兩個一樣的機器代碼既可以代表一種操作,又可以代表一串資料,當時我們只是說可以人為認定它代表什么,而現在我們知道了,從哪條線走的,就是代表哪一類,

如果你見過CPU芯片,肯定就見過黃色的那些針腳(也交管腳),它們是和總線相連的,也可以說這些針腳引出了總線,

一個CPU可以引出的三種總線的寬度分別代表了它在三個方面的性能:

  • 地址總線寬度決定了CPU的尋址能力
  • 資料總線寬度決定了資料傳輸一次的資料量
  • 控制總線寬度決定了其對其他部件的控制能力

1.5.1 地址總線

通過上面的圖我們能知道地址總線是用來傳輸地址的線,這里我們稍微多講一點,

你們肯定都知道現在的電腦一般都是64或者32位的,但這個可以理解為雙重的概念,即作業系統的位數和CPU的位數,兩者是有關聯的,簡單來說,如果CPU是64位的,作業系統如果低于,就不能完全發揮CPU的性能,

對于CPU的這個引數,它代表的意思是尋址的能力,比如64位的處理器可以尋址2的64次方個地址,理論上來講每條地址線就有一條導線,所以看起來64位處理器有64條,但實際上不一定是,

更準確一點的說法是,一個CPU有N條地址線,就可以說這個CPU的地址總線寬度為N,可以尋找2的N次方個記憶體單元,地址總線上能傳送多少個不同的資訊,CPU就可以對多少個存盤單元進行尋址,

1.5.2 資料總線

資料總線同樣也有寬度,它決定了資料傳輸的速度,

就像是公路一樣,公路越寬,單位時間走的車就越多(因為速度都差不多一樣,好像叫什么震蕩頻率啊什么的),

同樣也可以用位數來理解,

比如8086處理器,它是16位的資料總線,
如果我們要傳輸某個資料,它的二進制代碼是1101100010001001正好16位,我們就可以一次傳輸完畢:

8086

如果是8088處理器的話,因為這是一個8位的CPU,所以需要傳遞兩次,注意是從低到高,

這也是位數增加運算速度更快的原因,想想現在的64位CPU

1.5.3 控制總線

控制總線是控制線的總稱,控制線主要是CPU對其他器件的控制,

所以有多少跟控制線,就意味著CPU可以對其他器件有多少種控制,

需要知道的是,之前講的讀寫命令是由好幾根控制線綜合發出的,具體的教材上好像不要求掌握,就不多贅述了,


本章結束,注意以上內容均為理論,對實際情況不做討論,

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