读《PC Assembly Language》- 小结

摘要：学完第一章，了解了 CPU 相关的一些基础知识。8088 指什么？什么是寄存器？CPU 实模式是什么，保护模式是什么？A20 地址总线又是啥？32 位机器为什么只支持 4G 内存？这些小疑问都得到了比较好的解答。另外，看了下这本书的目录，其它章节似乎都是汇编语言语法细节，感觉暂时也没必要学习了。

看这本书的背景： 我之前尝试作 xv6 实验一，这个课程本身是要求学生有一定汇编基础的。我本来想的是没有基础，也可以先按部就班试试看嘛。 但是作到第二个部分 boot loader 时，课程让我尝试看 boot.S 汇编代码，理解计算机启动过程， 然后我就一脸萌了。这个汇编代码里面涉及到几个概念：CPU 实模式；16-bit 保护模式；A20 地址总线， 另外，我肯定需要懂那么一点汇编语法才能看懂。但我对这些其实一点都不懂，于是我就想着回过头去， 先学习下汇编语言。

Chapter 1: Introduction

个人小结：

这一章先讲了数字进制转换（2,10,16），汇编语言中一般使用 16 进制比较多（据观察）， 另外，内存地址换算和计算也常用到 16 进制，所以先复习了下数学基础。

接着简介了内存，没有太多内容。主要需要意识到的是内存中的东西都是数字， 我们常见的字符串在内存也是数字表示。

然后介绍了 CPU 它简单叙述了 80x86 家族 CPU 迭代过程。重要里程碑有三个。 一开始的 8088,8086:它只支持 real mode, 寄存器是 16-bit，8086是Intel最成功的处理器系列x86架构的开端。； 然后有了 80286，它支持 16-bit protection mode (这是一个很大进步), 然后有了 80386，它支持 32-bit protection mode (这又是一个很大进步), 后来基本上都算是改进。 接着，讲解了 16-bit registers(寄存器), 32-bit register, 16-bit protection mode 等概念。(这个部分对我启发很大，感觉补充了不少基础知识：寄存器；实模式，保护模式； A20 地址总线，这些我之前非常困惑的概念在这一章都有或多或少的解释) 这个部分还解决了我以前的一个疑问：为什么之前的 32 位机器只支持 4G 内存，有点意思。

最后简单介绍了几个常见的汇编指令，以及一个类似 hello world 的汇编程序。

看书的目录，感觉这本书后面就是讲更多的指令和语法， 所以这本书可能就只看这第一章了把 。

另外，有一点感受是：汇编和平时编程相距甚远，没必要平白无故学习。

下面是一些简单笔记

Number System

讲解 2 进制，10 进制，16 进制相互转换

Computer Organization

Memory

  • 内存基本单位是 byte
  • 所有内存中的数据都是数字(numeric)
  • 通过建立 character-code 将数字与字符对应，字符也用数字存储
    • 最常见的 character codes 被熟知为 ASCII
    • 一个新的，更完整的用来取代 ASCII 的 character code 是 Unicode
    • ASCII 用一个 byte 来编码字符，Unicode 使用 two bytes

The CPU

  • CPU 是用来执行指令(instructions)，这些指令叫做 =machine language= 。机器语言指令被编码为原始数字(raw number)
  • compiler 将编程语言代码转换为对应平台的机器语言。一般来说，每种类型的 CPU 都有它自己独特的机器语言

CPU 使用时钟(clock)来同步指令的执行。时钟以固定的频率跳动。

When you buy a 1.5 GHz computer, 1.5 GHz is the frequency of this clock. The clock does not keep track of minutes and seconds. It simply beats at a constant rate. The electronics of the CPU uses the beats to perform their operations correctly, like how the beats of a metronome help one play music at the correct rhythm. The number of beats (or as they are usually called cycles) an instruction requires depends on the CPU generation and model.

上面这一段很好的解释了 1.5GHz 的含义。

80x86 家族

一开始，8088/86 CPU 只支持 =real mode=, 在实模式下，它支持访问 1M 内存， 程序可以访问任意内存地址。它提供 10 来个 16 位的寄存器，程序内存需要被分成块， 每块不能超过 64K (内存寻址是用一个寄存器，所以它只支持 $2^{16}$)。 8088 是 CPU 名字，CPU 通过地址总线来访问内存，8088 的地址总线是 20-bit，所以它只能访问 1M 内存。

后来有了 80286，它加了一些新的指令，提供了一种新模式 16-bit protection mode， 在这个模式它支持 16M 内存。

80386, 它对 80286 有大幅改进。它把许多寄存器扩展成 32 位。支持 =32-bit protection mode=, 在这个模式下，它可以访问 4G 内存。程序也是被分成 segments, 不过每个 segment 可以达到 4G。

… 后续还有一些改进，不过似乎大部份都是量变，没有质变。

16-bit protection mode

32-bit protection mode

相比于 16-bit protection mode

  1. Offsets 扩展到 32 位，所以 segments 可以达到 4GB
  2. Segments 可以被放在 4K 大小的单元，称之为 pages。在 16-bit 模式下， 要么整个 segment 都在内存中，要么都不在。

Interrupts

Assembly Language

Machine Language

适合机器，但不适合人读

Assembly language

  • =assembler= assembly to machine
  • =compilers= high-level programming language to assembly

Instruction operands

Basic instructions

讲了 =mov=, =add=, =sub= 等创建操作符，介绍了 =%symbol= =%define= 等指示符号。

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