本文節選自《計算機是怎樣跑起來的（第2版）》第 3 章“體驗彙編語言”的草稿。在翻譯本章時，我們發現原書所使用的軟件僅提供日文界面，並且介紹的是主要用於日本計算機相關考試的 CASLⅡ 彙編語言，其通用性相對較低。為了讓內容更廣泛適用，並便於讀者實踐操作，與作者及編輯老師商議後，決定採用更為通用的 NASM 彙編語言 重新編寫本章，以提升學習體驗。
如何編程計算兩個整數的和呢？恐怕無論使用哪一種主流編程語言，甚至是從未接觸過的新語言，解決這個問題都不費吹灰之力吧，除了 num1 + num2 還能有其他寫法嗎？
不過，為了加深對計算機的理解，我們特意自討苦吃，看看如何用 NASM 這種彙編語言編寫程序，並藉助一款名為 SASM 的軟件剖析該程序的運行情況。
彙編語言屬於低級語言
編程語言大致可以分為低級語言和高級語言兩大類。低級語言包括機器語言和彙編語言。使用低級語言書寫的程序能夠直接操作計算機硬件。
在機器語言中，任何指令和數據都要用二進制數表示。由於使用機器語言編程很不方便，人們發明了彙編語言。彙編語言使用英語單詞的縮寫來表示指令，使得程序員無須再記憶指令對應的二進制數字。
不過，用匯編語言編寫的程序需要先轉換成機器語言的程序才能由 CPU 解釋執行。彙編語言的指令和機器語言的指令是一一對應的。
必備的硬件知識
使用匯編語言編程時必須瞭解一些硬件知識。對於計算兩整數之和這個程序，我們只需要瞭解一些有關 CPU 的寄存器和內存存儲單元的知識就足夠了。雖然這個程序最後會在屏幕上輸出計算結果，但這是通過調用預設的指令（稱作宏）實現的，並沒有直接操作 I/O。
寄存器
CPU 內部有多個寄存器，每個寄存器都有一個唯一的名字。例如，在 Intel CPU 中，寄存器的名字是 eax、ecx、edx、ebx 等。我們可以將這些寄存器視作變量，使用它們來執行運算。
eip 寄存器是一個很關鍵的寄存器，其中存儲的是正在執行的指令的地址（存儲着指令的內存單元的地址）。每執行完一條指令，eip 寄存器的值都會自動更新為下一條指令的地址。
內存
內存中的每個存儲單元都有一個唯一的地址，存儲單元之間通過地址加以區分。內存地址多用十六進制數表示。
彙編語言的語法只有一條
用匯編語言（這裏使用的是 NASM）編寫的計算兩整數之和（這裏是計算 1+2）的程序代碼如下所示。
彙編語言其實是 NASM、MASM、FASM 等一類計算機語言的統稱，本文選用了語法上較為簡單的 NASM 彙編語言。
%include "io.inc"
section .data
A dd 1
B dd 2
ANS dd 0
section .text
global main
main:
mov eax, [A]
add eax, [B]
mov [ANS], eax
PRINT_DEC 4, ANS
xor eax, eax
ret彙編語言的代碼乍看之下非常晦澀，可實際上並非如此。因為彙編語言的語法基本上只有一條，即 指令 指令的對象。指令既可以沒有對象，也可以帶一個或兩個對象。兩個指令的對象之間要用逗號分隔。指令也稱作操作碼（opcode，operation code），即表示操作的代碼，指令的對象也稱作操作數（operand）。
例如，mov eax, [A] 這一行代碼中的 mov 是指令，eax 是該指令的第一個對象，[A] 是第二個對象。又如最後一行代碼，ret 這個指令就沒有對象。
在彙編語言中，操作數通常是 CPU 中的寄存器或內存中的存儲單元，這是因為彙編語言正是用於描述以下操作的編程語言：
- 對存儲在 CPU 的寄存器中的數據進行計算
- 將存儲在內存的存儲單元中的數據讀取到寄存器中
- 將計算結果存儲在內存的存儲單元裏
- 將主機與外部設備之間輸入/輸出的數據存儲在 I/O 的存儲單元裏
一行彙編語言的代碼（語句）除了指令本身（操作碼）和指令的對象（操作數），有時還包括標籤（label）和註釋（comment）。
標籤是程序員為指令或數據賦予的名稱，主要用於説明指令或數據的含義。在上面的代碼中，main 標籤表示程序執行的起點，而 A、B 和 ANS 也是標籤，分別表示第一個加數、第二個加數和計算結果（answer）。稍後我們將會看到，標籤本質上就是內存中存儲空間的地址。為了避免使用由雜亂無章的數字組成的內存地址，程序員往往使用標籤指代存儲空間。
註釋是程序員為代碼添加的文字説明。在本文使用的名為 NASM 的彙編語言中，註釋要寫在分號 ; 之後。
逐行分析“計算 1+2”的代碼
下面就來逐行分析代碼清單中的代碼。
%include "io.inc"
section .data
A dd 1
B dd 2
ANS dd 0
section .text
global main
main:
mov eax, [A]
add eax, [B]
mov [ANS], eax
PRINT_DEC 4, ANS
xor eax, eax
ret可以看到，兩個空行將這段代碼分成了三部分。第一部分只有 1 行，%include "io.inc" 表示包含一個名為 io.inc 的文件，這樣我們就可以調用其中的預設指令 PRINT_DEC，向屏幕輸出計算結果了。
彙編語言的代碼通常會分為幾個段（section），最常見的段是代碼段（.text section） 和 數據段（.data section），前者包含了程序中的指令，後者包含的是數據。
section .data 表示數據段的起點，其中包含三條“指令”，各條指令的作用如下：
A dd 1：把整數1存儲到由 4 個連續的存儲單元（4 字節）構成的存儲空間中，併為這塊空間貼上一個叫作A的標籤，表示這是第一個加數。相當於高級語言中的A = 1B dd 2：把整數2存儲到由 4 個連續的存儲單元（4 字節）構成的存儲空間中，併為這塊空間貼上一個叫作B的標籤，表示這是第二個加數。相當於高級語言中的B = 2ANS dd 0：把整數0（初始值）存儲到由 4 個連續的存儲單元（4 字節）構成的存儲空間中，併為這塊空間貼上一個叫作ANS的標籤，表示這是計算結果。相當於高級語言中的ANS = 0
至此，數據段就結束了，空行之後的 section .text 表示接下來要進入代碼段了。
代碼段中的第一條指令是 global main，其中的 main 是一個標籤，下一行的 main: 正是這個叫作 main 的標籤本身，這是一個特殊的標籤，表示程序執行的起點。也就是説，CPU 將從貼有 main 標籤的指令，即下一行的 mov eax, [A] 開始解釋執行程序。雖然 main 和數據段中的 A、B 和 ANS 都是標籤，但因為 main 單獨佔了一行，所以習慣上要在結尾處加上冒號，以明確表示這是一個標籤，而不是一條叫作 main 的指令。
前面的代碼都是在為“計算 1+2”做準備，從 mov eax, [A] 這一行開始，才真正開始進入計算環節。
mov eax, [A]
add eax, [B]
mov [ANS], eax
PRINT_DEC 4, ANSmov（move 的縮寫）指令會將存儲在 A 標籤中的數據複製到 CPU 的 eax 寄存器中。這裏的 [] 表示“存儲在標籤中的數據”，若不加 []，這條指令就成了“將 A 標籤本身（本質上是內存地址）複製到 eax 中”，這就不是我們的意圖了。[] 有點像高級語言中的解引用（如 C 語言中的 eax = *A）。
下一條指令是 add eax, [B]，這裏的 add 顧名思義，表示執行加法運算，參與加法運算的兩個操作數分別是存儲在 eax 寄存器中的數據和存儲在 B 標籤中的數據。該指令會把加法運算的結果存回到 eax 寄存器中，類似高級語言中的 eax = eax + *B。
接下來又是 mov 指令，這條指令會將存儲在 eax 寄存器中的計算結果存儲到（複製到）ANS 標籤中（貼有 ANS 標籤的存儲單元中），類似高級語言中的 *ANS = eax。
“把 A+B 的結果存儲到 ANS 中”，如此簡單的運算看似一步就能完成，可到了彙編語言中竟然需要分三步才能實現。為了輸出“好不容易”才計算出的結果，程序最後調用了預設的指令 PRINT_DEC 來輸出 ANS 的值。由於 ANS 這塊存儲空間佔 4 字節，所以 PRINT_DEC 的第一個操作數是 4。
安裝彙編語言編程工具 SASM
瞭解了每行代碼的含義後，我們再來使用 SASM 驗證一下這個程序的行為，看看程序輸出的結果對不對。SASM 是一款免費的彙編語言編程工具，自帶調試功能，非常適合初學者用來學習彙編語言。SASM 可從以下頁面獲取。
http://dman95.github.io/SASM/english.html
SASM 與主流 IDE 的使用方法非常類似，代碼編寫好以後，點擊工具欄上的“構建並運行”（圖標是綠色的三角形）按鈕。如果代碼中沒有錯誤，就會在窗口底部的窗格中看到一行綠色的文字 程序正常完成，同時會在右側的“輸出”窗格中看到正確的計算結果 3，如下圖所示。
至此，我們終於得到了一個 NASM 彙編語言版本的“計算兩整數之和”，嚴格説來這段程序只能計算 1+2，而不是任意的兩整數之和。
彙編語言的程序需要先轉換成機器語言的程序才能由 CPU 解釋執行，而且彙編語言的指令和機器語言的指令是一一對應的。那“計算 1+2”這段代碼對應着怎樣的機器語言的代碼呢？
另外，在高級語言中，計算兩整數之和可以只用兩個變量 a += b，但在彙編語言中，為什麼不能寫成 add [A], [B] 呢？
接下來，我們將利用 SASM 的調試功能探索這些問題。
