IT自救術─8086結構簡介

想像一下，假設你要「舉起你的手臂」，你要對你的手臂說什麼話？

「啥都不說！」我想幾乎每個人都會這樣想。

「要說些什麼呢？我要他動他就動了。」這是很合理的想法。事實上，以我貧弱的「生理與醫學」知識，也不知道你得說什麼手臂才會聽你的話動起來。

但是，理論上，你的手「動與不動」之間，應該是有差異的。當你起心動念，要把手舉起來的時候，大腦必然是送出了訊號才讓手臂舉起來。如果你的手腳不聽使喚，肯定會是一件麻煩事。

再想像一下，假設有顆球向著你的臉飛過來，你會怎麼做？

你可能「想都不想」就把手舉起來，潛意識就想要擋住球，以免它砸到你的臉。

因此，我們大概可以簡單的認為，無論是大腦還是中樞神經，都會發送某種訊號，讓你的手腳活動。只是那訊號是什麼樣的形式？沒有人知道。

組合語言的的功用就很像控制手腳的訊號一樣，神秘而難解。當然，控制手腳的神經訊號可能要更加難解億萬倍，所以科幻影集中的劇情，「在癱瘓的人身上植入晶片，設法重建神經的聯繫並控制肢體」似乎還沒有實現。但是，組合語言（相較之下）簡單多了。
我們只要學習組合語言，就可以操作處理器，讓電腦做運算。

但在進行組合語言的學習之前，要再次強調：我們學習的目的，在於大致了解處理器的運作原理，而不是成為「程式設計師」。要成為程式設計師得努力學習程式語言的種種，這不是本欄的目的。

8086處理器系統簡介
8086處理器系統的大致結構如下：
● 指令集（Instruction Set）
請回想之前學過的內容，如果處理器只能做加法，它的用途肯定不大。所以經過長時間的演進，8086除了會做加法，也會做減法、乘法和除法及各種邏輯運算。把這些演算的方法「格式化」變成一個個的「指令」，讓想要使用處理器的人可以「下指令讓處理器做事」。比方說，以前教過的「ADD AX, BX」，這ADD就是加法的指令。

請到Wikipedia查詢「x86 instruction listings」這個條目，可以大致先了解8086有哪些指令可供運用。我的建議是：學到再說，先不用緊張。

●暫存器（Register）
之前已經介紹過，8086有14個暫存器，名稱分別是AX、BX、CX、DX、SP、BP、SI、DI、IP、CS、DS、ES、SS和FLAG。請特別注意：其中AX、BX、CX和DX這四個暫存器，每個都可以再分成兩半運用。以AX而言，還可以分為AH（高的8個bit）和AL（低的8個bit），依此類推。不過，我覺得暫存器的概念比名稱更該牢記。

所謂暫存器，是因為處理器乃是「電子式」的設計，我們使用電子開關作為各種運算的「閘」，而這暫存器就像是小小的資料暫存空間，只是透過工程師的巧思設計，資料會用「電位高低的形式」暫存在裡面──並且可以在這裡進行各種運算（「運算」才是重點）。

就拿「ADD AX, BX」這段指令碼而言，處理器會把AX的值和BX的值相加之後，放到AX裡面。暫存器的最大功用，就是能在裡面（你也「只能」在這裡面）做各種運算。所以寫組合語言程式的人，整天都在和暫存器搏鬥。

你也可以說，所有的應用程式說穿了都只是暫存器的控制。在某一本教科書上的說法，甚至認為暫存器的控制技巧就控制了電腦工業的未來。

在硬體設計上，暫存器的運作是由「控制」、「算術與邏輯運算」之類的單元來進行的。不過，當你寫程式時你就會忘了這些單元了，你只能不斷的思考要怎樣有效的利用暫存器進行各種有用的運算。

● 記憶體
但對於程式設計師而言，一個程式無非是資料的運算與搬移。

請再看一遍，「一個程式無非是資料的運算與搬移」，記住了嗎？

程式存放在記憶體中，指令碼和資料不斷從記憶體中饋入處理器/暫存器裡面，經過運算再寫回記憶體中。所以如何有效的進行記憶體資料的搬移，也是程式設計（與處理器硬體設計）的重點。

● I/O系統（輸入/輸出系統）
運算的結果是各種文字/數字資料，得印出來給人看才行。此外，資料得從記憶體饋入/寫回記憶體中，這都需要經過所謂的「I/O系統」。

現代的個人電腦，I/O系統是由所謂的「核心晶片組」構成。透過這I/O系統核心晶片組，處理器可以連接各種儲存媒體和週邊裝置（硬碟、光碟、顯示裝置、鍵盤、滑鼠、印表機……）。

先抓個模擬器：emu8086
了解了硬體架構之後，該是讓它做些事情動起來的時候了！上「生物」課的時候，可憐的青蛙總得犧牲而讓學生們解剖，作為了解生物結構的「活教材」。幸好，我們學習處理器不用解剖它，我們用「模擬器」就好。再次強調，使用8086來學習，正是因為它「夠單純」。所以，請到「www.emu8086.com」這個網站，抓一個「emu8086」的程式。這程式是個Shareware，定價為19.95美金，各位可以試用看看。底下的教學，我們就用它來示範（它比Debug要親和一點，呵呵）。

好，假設我們要印「一個字」，要怎麼做？

這牽涉到三個概念：「DOS的中斷向量表」、「ASCII表」和「8086組合語言程式架構」。

● DOS中斷向量表
所謂的「中斷向量」，是早期的作業系統提供的所謂「系統服務」。目前我們先說明所謂的「DOS系統服務」。

總之，DOS提供了一系列的系統服務，稱之為「INT 21h」。

比方說，你要印字，你就得先知道，只要使用編號2號的系統呼叫即可。而程式碼大概是這樣的：

這三行碼可以印出一個A字，而每一個系統服務，都有和它編號對應相關的規定，這編號大多得先移到暫存器AH裡面。比方說，編號9號的DOS中斷可以提供「印字串」的服務，但是你得在AH放入9，DS:DX裡面放入「指向字串的記憶體位址，字串的結尾得放一個$符號」，而每一個熟練的DOS程式設計師都像一個「活生生的對照表」。

● ASCII表
ASCII大概可以稱之為「美國國家標準交換碼」，是英語世界主要使用的一種文字交換碼。

對於初學者而言，要大概注意的是：其實處理器最重要的功能是數字的運算，文字反而是依據使用者的需求，由作業系統定義的，和處理器關係不大。比方說，印字的服務，其實是DOS的開發公司（Microsoft），依據他們自己認定的方法來做支援。所以，早期的DOS不支援中文，就讓中文電腦的應用很晚才起步，一直到Windows 95支援多國語系才比較流行。但是對處理器而言，中文、英文的最底層都只是數字而已，作業系統的開發公司會善用處理器的能力，設法做出各國語文的支援。一般而言，在處理器的學習時，都只會用到英文和數字。

ASCII就只是一個「數字」和「文字」的對應表，就像是10進位數字65就代表「A」這個字，10進位數字111則代表小寫的「o」。一般在組合語言程式中，習慣用單引號把文字括號起來。所以，「MOV DL, 65」、「MOV DL, ‘A’」和「MOV DL, 41h」這三行指令碼都是一樣的意思（當你寫「65」時表示這是10進位數字，當你寫「41h」時表示這是16進位數字）。因為，處理器基本上只懂數字，（它只根據電子訊號的電位高低做動作）。所以為了寫程式者的方便，你可以用各種習慣的方式來表示文數字──只要你自己知道你在做什麼就好。

● 8086組合語言架構
組合語言程式最簡單的架構就是：程式開始（入口）、程式本體（執行）、程式結束（離開）。通常，程式本體就由各種指令碼和系統呼叫所組成（看你的程式目的而定）。複雜一點的組合語言程式，還會包含堆疊空間和資料空間。未來我們會寫稍微複雜一點的程式，多寫過之後，你就漸漸了解「組合語言是怎麼一回事」，也會漸漸知道「8086是怎麼一回事」了。

本期結語：最後我們來簡單的印個A
請參考「印出A程式」的圖片，輸入一個「印出A」的小程式。如果你輸入正確，你放進DL的值就會被印出（按下emulate按鈕）。



這個模擬器的好玩之處就在於，你可以一步一步的看著程式執行的狀況，請使用「Shift + F8」來進行程式的單步追蹤（如果你只用F8，程式會跑到INT 21h裡面，你會追到不知道哪裡去，所以建議用Shift + F8會比較好），你也可以觀察組譯出來的指令碼，或是觀察暫存器裡面的數值變化。下一期，我們可以用這模擬器寫更複雜的程式，更進一步觀察8086的工作狀況。