计算机架构与汇编语言编程深度解析

### 计算机架构与汇编语言编程深度解析 在计算机编程领域，汇编语言作为一种底层语言，对于理解计算机的工作原理至关重要。本文将围绕汇编语言中的循环结构、宏定义、I/O系统调用以及.COM文件等关键概念展开深入探讨，并介绍计算机架构中寻址模式的相关知识。 #### 编程循环结构 编程循环是实现重复任务的重要手段，任何编程循环都可分解为初始化、计算、递增计数器和测试与分支四个部分。下面通过两个具体例子来详细说明。 ##### 循环显示字符串 我们可以使用循环指令编写一个程序，让字符串 “Hello world.” 在屏幕上显示16次。以下是修改后的程序代码： ```asm DSEG CR equ 0dh LF equ 0ah BEL equ 07 msg db 'Hello world.', CR, LF, BEL, '$' ;$ is the terminator DSEG ends SSEG dw stack 80 dup (?) SSEG ends CSEG title h16 program main: assume cs:CSEG,ds:DSEG mov ax,DSEG ;memory immediate mov ds,ax mov cx,16 ;loop count mov dx,offset msg ;memory immediate mov ah,09h ;display function code int 21h ;system call bOOIO: loop bOOIO mov ah,4ch ;terminate function code int 21h CSEG ends end main ``` 由于声明了名为 DSEG 的数据段，`assume` 语句 `ds:DSEG` 表明数据偏移量是相对于 DSEG 的。`mov` 指令不能直接将立即操作数移入 `DS`，因此分两步操作：先将 DSEG 的基地址移到 `AX`，再将 `AX` 移到 `DS`。系统调用不会改变 `CX`、`AX` 和 `DX`，所以可以使用由 `CX` 控制的循环指令。系统调用总共执行16次，每次 `as` 会解释 `AH` 中的功能代码和 `DS:DX` 中的字符串地址。`<cr><lf>` 表示回车和换行，`<bel>` 表示响铃，`$` 作为结束分隔符。最终，字符串 “Hello world.” 会在屏幕上以单列形式显示16次。当第16次执行循环指令时，`CX` 减为0，不再分支，接着执行后续两条指令请求系统终止。 ##### 计算数列求和 计算数列 1 + 2 + ... + 100 的和，代数计算结果为 (1 + 100) * 100 / 2，即十进制的5050或十六进制的13ba。我们可以通过编程循环来计算该结果，有两种实现方式。 **方法一**： ```asm sub ax,ax ;clear ax mov cx,1 ;initialize counter again: add ax,cx ;ax contains the partial sum inc cx ;increment counter cmp cx,100 ;check upper limit jle again ;test and branch ``` **方法二**： ```asm sub ax,ax ;clear ax mov cx,1 ;initialize counter again: cmp cx,100 ;check upper limit je exitLoop ;test and branch add ax,cx ;body of the loop ;and ax has the partial sum inc cx ;increment counter jmp again exitLoop: ... ``` 方法一将测试与分支放在最后一步，方法二则在初始化后立即进行测试与分支，并引入了新的地址标签作为退出地址。 #### 宏的概念与应用 宏是一段 ASCII 文本块，宏处理本质上是 ASCII 输入和输出的过程。宏调用在源文件中可能会生成多条汇编语言语句，因此在系统设计中，宏可看作是一种开放子程序。宏处理器可设计为预汇编程序，具备处理源文件中的宏定义和在调用时展开宏的功能。 ##### 宏定义 宏定义由头部、主体和尾部三部分组成，通常放在程序前面。例如，定义一个用于写字符串的系统调用宏： ```asm wrstr macro msg ;macro wrstr mov dx, offset msg mov ah,09h int 21h endm ``` 第一行是头部，指定了唯一的宏名 `wrstr`，`macro` 是伪操作码，操作数域可指定零个、一个或多个用逗号或空格分隔的虚拟参数。接下来三行是宏主体，可能包含多条汇编语句，虚拟参数 `msg` 会在调用时被传递的参数替换。最后一行 `endm` 是尾部，表示宏定义结束。宏处理器会扫描每条汇编语句的操作码域，找到 `macro` 关键字后，会构建列表数据结构来存储宏定义。 ##### 宏展开 宏处理器扫描操作码域中的宏名，找到后将宏定义块展开到源文件中。每次宏调用可能会生成多条额外的汇编代码。在宏展开过程中，宏定义块中的每个虚拟参数实例都会被列表中传递的参数替换。例如，调用 `wrstr msgOO1` 后，会展开为： ```asm + wrstr msgOO1 ;macro wrstr + mov dx, msgOO1 + mov ah,09h + int 21h ``` 在列表文件中，展开的每行前面会有一个加号，表示该行是由于宏展开而插入的。 #### I/O系统调用 I/O系统调用是实现与外部设备交互的重要方式，包括字符串 I/O、字符 I/O 以及.COM 文件相关操作。 ##### 字符串 I/O 读取键盘输入的字符串需要特定的缓冲区格式。以下是读取和显示字符串的示例代码： ```asm buf db 81 ;Maximum number of input characters allowed ;including <cr> db ? ;The OS stores the actual number of input ;characters excluding <cr> str1 db 81 dup (?) ;buffer to store input characters ;including <cr> mov dx, offset buf mov ah,0ah ;read string ended with <cr> and echo int 21h mov al, buf+1 ;fetch the actual character count mov ah,0 mov si, ax ;si contains the character count mov str1[si], '$' ;replace <cr> with the $ sign as ;terminator mov dx, offset str1 mov ah,09h ;write string int 2 ```