汇编语言基础

2020-10-29

8086汇编学习笔记

1. 基础知识

1.1 机器语言：机器指令的集合，机器可以正确执行的指令
1.2 汇编语言是机器指令便于记忆的书写形式，寄存器是CPU中存储数据的器件
1.3 汇编语言的组成：汇编指令+伪指令+其他符号；汇编语言的核心是汇编指令，其决定了汇编语言的特性
1.4 存储器：存储指令与数据、即所谓内存；数据或程序不读入内存就无法被CPU使用
1.5 指令和数据：没有区别，只是应用上的概念不同
1.6 存储单元：存储器被划分为若干个存储单元（0~n-1)
1.7 CPU读写存储器需要得知三个信息，即存储单元的地址(地址信息)、器件选择和读写命令(控制信息)、读或写的数据(数据信息)，分别由总线中的地址总线、数据总线、控制总线提供。
1.8 地址总线：CPU通过地址总线指定存储单元，CPU有N根地址总线，即地址总线宽度为N，可寻址2ⁿ个内存单元
1.9 数据总线：CPU通过数据总线传送数据，数据总线宽度决定了CPU和外界的数据传送速度
1.10 控制总线：CPU通过控制总线控制外部器件、有几条控制总线就可以控制几个部件
1.11 内存地址空间：2ⁿ可寻址的内存空间
1.12 主板：PC上的主板
1.13 接口卡：CPU通过接口控制设备
1.14 各类存储器芯片：根据读写属性可分为随机存储器(RAM)和只读存储器(ROM)，根据功能和连接可分为随机存储器(RAM)、装有BIOS的ROM和接口卡的RAM
1.15 内存地址空间在物理上各组件独立，但在逻辑上都与CPU总线相连，CPU通过控制线进行控制，对于8086CPU而言，00000-9FFFF为主存储器地址空间(RAM)、A0000-BFFFF为显存地址空间、C0000-FFFFF为各类ROM地址空间

2. 寄存器(CPU工作原理)

CPU由运算器、控制器和寄存器等组成，8086CPU有14个寄存器：AX、BX、CX、DX、SI、DI、SP、BP、IP、CS、SS、DS、ES、PSW。8086CPU寄存器都是16位的，可存放两个字节

2.1 通用寄存器：AX、BX、CX、DX，一个16位寄存器可以存储一个16位的数据，最大为2¹⁶-1，AX可分为AH(8-15)和AL(0-7),BX、CX、DX也是。
2.2 字在寄存器中的存储：1word=2Byte=16bit
2.3 汇编语言不区分大小写，能看懂简单的汇编语言
2.4 物理地址：所有的内存单元构成的存储空间是一个一维的线性空间，即物理地址
2.5 16位结构CPU：运算器一次最多可以处理16位的数据，寄存器的最大宽度为16位，寄存器与运算器之间的通路是16位
2.6 8086给出物理地址：20位地址总线，传送20位地址，可寻址2²⁰=1M；内部为16位结构，只能传送16位地址，寻址能力为2¹⁶=64K。解决此冲突的方式：合并两个16位为一个20位(段地址+偏移地址)，物理地址=段地址*16+偏移地址
2.7 物理地址=段地址*16+偏移地址=基础地址+偏移地址
2.8 段的概念：内存没有分段，段的划分来自于CPU，段就是连续的内存单元，注意以下几点，段的起始地址一定是16的倍数，一个段的最大长度为64，CPU可以用不同的段地址和偏移地址形成同一物理地址
2.9 段寄存器：8086有4个段寄存器:CS、DS、SS、ES
2.10 CS与IP：CS为代码段寄存器，IP为指令指针寄存器。
2.11 CPU执行过程如下：(1)从CS:IP中所指内存单元读指令存入指令缓冲器(2)IP=IP+指令长度(3)执行指令并转入步骤(1)
2.12 初始时，CS=FFFFH、IP=0000H;FFFF0H中的指令是8086PC开机后执行的第一条指令，CPU将CS和IP中的内容当作段地址和偏移地址合并为物理地址
2.13 修改CS:IP的指令：MOV不能修改CS、IP的值，修改使用JMP指令
2.14 代码段：将一组内存单元定义为一个段，CPU只认CS:IP指向的内存单元中的内容为指令

3. 寄存器(内存访问)

3.1 内存中字的存储：区分字和字节；大端序为高位低地址低位高地址，小端序为高位高地址低位低地址
3.2 DS和[address]：CPU要读取内存单元，必须给出地址，DS通常存放要访问的数据的段地址；执行指令时，8086CPU会自动取DS中的数据为内存单元地址，8086CPU不支持将数据直接送入段寄存器
3.3 字的传送：8086有16根数据线，可一次传送16位数据，即一次性传送一个字
3.4 MOV、ADD、SUB指令的详细用法
3.5 数据段：根据需要，将一组内存单元定义为一个段，数据段的起始地址为16的倍数，长度为n(n<=64K)，数据段的访问需要借助DS来进行
3.6 栈：先入后出，后入先出，基本操作是入栈和出栈
3.7 CPU提供的栈机制：PUSH是压栈、POP是出栈，8086CPU的入栈和出栈都是以字为单位的，栈是从高地址(栈底)到低地址(栈顶)增长的，8086CPU中，段寄存器ss存放的是栈顶的段地址，sp存放的是栈顶的偏移地址。在任意时刻，SS:SP始终指向的是栈顶元素
3.8 栈顶超界问题：栈满push或者栈空pop都会导致溢出，8086CPU未检查溢出问题
3.9 push和pop：可以在寄存器和内存之间进行数据传送；push入栈，即改变sp，后向ss:sp传送；pop出栈，向ss:sp传送，改变sp
3.10 栈段：将长度为n(n<=64K)的一组地址连续、起始地址为16的倍数的内存单元当作栈使用，即栈段

4. 第一个程序

4.1 一个源程序从写出到执行的过程：编写->编译链接->执行；可执行文件包含两部分：(1)程序和数据，(2)相关的描述信息

4.2 源代码：汇编指令+伪指令

assume cs:codesg
codesg segment
start:  mov ax,0123H
        mov bx,0456H
        add ax,bx
        add ax,ax
        mov ax,4c00h
        int 21h
codesg ends
end start

4.3 编写源程序
4.4 编译：masm 1.asm
4.5 连接：link 1.obj
4.6 简化编译连接：ml 1.asm
4.7 执行exe：1.exe或1
4.8 可执行文件中的程序装入内存并运行的原理：(1)主进程将程序1.exe装入内存;(2)CS:IP指向程序1.exe的入口;(3)1.exe执行完成，返回主进程
4.9 exe文件前面有一段PSP占用256字节

5. [BX]和loop指令

5.1 [bx]：bx中存放的数据作为偏移地址EA、段地址SA放在ds中，将SA:EA处的数据送入ax中
5.2 loop：格式：loop 标号；执行过程为：(cx)=(cx)-1,判断cx的值，不为零则跳至标号处，为零则向下执行。循环要点如下：cx寄存器中存放循环次数，loop标号先定义后使用，循环执行的程序段，写在标号和loop指令之间
1
2
3
mov cx,循环次数
s:循环执行的代码段
loop s
5.3 Debug跟踪用loop指令实现循环
5.4 debug与msam对指令处理的不同
5.5 loop和[bx]联合使用来处理地址连续的内存单元
5.6 段前缀：默认ds为段前缀，但也可进行显式指定
5.7 一段安全的空间：8086直接写入数据有可能会破坏掉其他程序数据；检查方式：DOS模式下用debug查看0:200-0:2FF,如果数据为0则程序是安全的
5.8 段前缀的使用：可以用于优化计算过程

6. 包含多个段的程序

6.1 在代码段中时使用数据：dw=defind word；end：通过编译器的结束位置及入口位置
6.2 在代码段中使用栈：定义dw作为栈使用

6.3 将数据、代码、栈放入不同段

assume cs:code,ds:date,ss:stack
data segment
    xxx
data ends

stack segment
    xxx
stack ends

code segment
start:xxx
code ends
end start

7. 更灵活定位内存地址

7.1 and和or指令：and全1才1，or有1则1；利用and和or可进行掩码操作，and用于置0，or用于置1
7.2 ASCII码
7.3 以字符形式给出数据：db ‘str’
7.4 大小写转换的问题：大小写的ASCII码不同，相差32，即相差0X20H,可以通过掩码来实现大小写转换。
7.5 [bx+idata]：[bx]可表示偏移地址，[bx+idata]=([bx])+idata=idata[bx]=[bx].idata
7.6 [bx+idata]来处理数组问题：字符串看作数组来处理，如[bx+0],[bx+5]等
7.7 SI和DI：功能类似于bx，但不能分为两个8位寄存器可用，SI和DI常用来拷贝字符串
7.8 [bx+si]和[bx+di]：取得(bx的值+si/di中的值)作为地址，指明内存单元方式为[bx(si或di)]、[bx(si或di)+idata]或[bx+si或di]
7.9 [bx+si/di+idata]：表示一个内存单元，偏移地址为(bx)+(si)+idata
7.10 不同的寻址方式的灵活应用：[idata]、[bx]、[bx+idata]、[bx+si]、[bx+si+idata]
7.11 可以用内存变量/栈解决变量冲突问题

8. 数据处理的两个基本问题

8.1 (1)bx、si、di、bp：只有这4个寄存器可以用于[]中进行内存单元寻址 (2)四种组合方法：bx和si、bx和di、bp和si、bp和di (3)[]中使用bp，段地址默认在ss中
8.2 机器指令处理的数据所在位置：(1)处理分三类:读取、写入、运算 (2)数据存放在三个地方：CPU内部、内存、端口
8.3 汇编语言中数据位置的表述：立即数、寄存器、偏移地址和段地址
8.4 寻址方式：定位内存单元的方法
- 直接寻址：[idata]
- 寄存器间接寻址：[bx]、[si]、[di]、[bp]
- 寄存器相对寻址：[bx/si/di/bp+idata]
- 基址变址寻址：[bx/bp+si/di]
- 相对基址变址寻址：[bx/bp+si/di+idata]
8.5 指令要处理的数据有多长：8086CPU可以处理byte和word，因此要指明，进行的操作是字操作还是字节操作
- 通过寄存器名指明要处理的数据的尺寸
- 在没有寄存器名存在的情况下，用操作符x ptr指明内存单元长度，x在汇编指令中可以为word或byte
- 其他方法：有些指令默认了访问的是字单元还是字节单元，如push指令只进行字操作
8.6 寻址方式的综合利用：我们通常可以用[bx+idata+si]的方式来访问结构体中的数据,即用bx定位整个结构体，用idata定位结构体中的某一个数据项，用si定位数组项中的每个元素，如[bx].idata[si]
8.7 div：除法指令;
- 除数为8位或16位，存放在寄存器或内存单元中，被除数默认存放在AX或DX和AX中;
- 运算结果:8位运算商存于AL中、余数存于AH中；16位运算商存于AX，余数存于DX中
- 格式：div reg/内存单元
8.8 伪指令dd
- db：定义字节型数据(8)
- dw：定义字型数据(16)
- dd：定义双字型数据(32)
8.9 dup：是一个操作符，同db、dw、dd一样，由编译器识别处理，配合db、dw、dd使用，用来进行数据重复，格式为db/dw/dd n dup(value)

9. 转移指令的原理

8086CPU的转移指令分为：无条件转移指令(jmp)、条件转移指令、循环指令、过程、中断

9.1 offset 操作符：由编译器处理，取得符号的偏移地址
9.2 jmp：无条件转移，可以只修改IP，也可以同时修改CS:IP，jmp指令要给出两种信息，即转移的目的地址和转移的距离(段间距离、段内短转移、段内近转移)
9.3 根据位移进行转移的jmp指令
- (1)jmp short 标号：转到某标号处执行指令，指令实现的是段内短转移，它对IP的修改范围是-128~127(即1B范围),(IP)=(IP)+8，机器语言不需要知道偏移IP距离(标号S地址-jmp后第一字节地址)
- (2)jmp near ptr 标号：实现的是段内近转移，功能为(IP)=(IP)+16位位移，范围为-32769~32767
9.4 转移的目的地址在指令中的jmp指令：jmp far ptr 标号，实现的是段间转移，又称为远转移
9.5 转移地址在寄存器中的jmp指令：jmp 16位寄存器，实现的是段内近转移或段内短转移
9.6 转移地址在内存中的jmp指令：
- jmp word ptr 内存单元地址，实现的是段内转移
- jmp dword ptr 内存单元地址，实现的是段间转移
9.7 jxcz：有条件转移指令，短转移，机器码包含转移位移而不是目的地址，IP修改范围为-128~127，使用格式为jxcz 标号，若cx=0，则跳转到标号处执行并将IP值增加8，否则什么都不做
9.8 loop指令：短转移，机器码包含转移的位移而不是地址，当cx不等于0时，cx=cx-1，(IP)=(IP)+8，执行循环，否则什么都不做。
9.9 根据位移进行转移的意义：机器码只包含位移而不包含地址，是为了方便程序段在内存中的浮动转配，位移是可以计算出来的
9.10 编译器会对转移位移超界进行检测

10. call和ret指令

10.1 ret和retf
- ret指令用栈中数据修改IP的内容，实现近转移，执行ret时，(IP)=((SS)*16+(SP))，SP=SP+2
- retf用栈中数据修改CS和IP，实现远转移，执行retf时，(IP)=((SS)*16+(SP)),SP=SP+2
- 以汇编语言解决，ret相当于POP IP，retf相对于POP IP，POP CS
10.2 call指令，call指令经常和ret配合使用，执行call指令时，进行两步操作，首先将当前IP或CS:IP压栈，转移(jmp)，call指令除了不能实现短转移，其他方法原理与jmp相同。
- 格式：call 标号；具体为(SP)=(SP)-2、((SS)*16+SP)=(IP)、(IP)=(IP)+16
10.3 根据位移进行的call指令：以汇编解释call指令时，即push IP；jmp near ptr 标号；
10.4 转移的目的地址在指令中的call指令，格式为call far ptr 标号，实现的是段间转移，即(SP)=(SP)-2，(CS)=((SS)16+(SP))，(SP)=(SP)-2，(IP)=((SS)16+(SP))，CS为标号所在的段地址，IP为标号所在的偏移地址。从汇编的角度看，即push CS、push IP、jmp for ptr 标号
10.5 转移地址在寄存器中的call指令：指令格式：call 16位寄存器，即(SP)=(SP)-2、(IP)=((SS)*16+(SP))、(IP)=16位寄存器，以汇编角度解释，即push IP和jmp 16位寄存器
10.6 转移地址在内存中的call指令
- call word ptr 内存单元地址：push IP、jmp word ptr 内存单元地址
- call dword ptr 内存单元地址：push CS、push IP、jmp dword ptr 内存单元地址
10.7 call和ret指令配合使用实现子程序机制
10.8 mul指令：乘法指令，要么8位乘8位，要么16位乘16位，8位存储在AL中和8位寄存器或内存单元中，16位存储在AX中和16位寄存器或内存字单元中，结果：8位存储在AX中，16位存储在DX(高位)和AX(低位)中。使用格式为：mul reg/内存单元
10.9 模块化程序设计：利用call和ret指令，我们可以用简洁方法实现多个互相联系，功能独立的子程序来解决一个复杂的问题。
10.10 参数和结果传递的问题：如何存储子程序需要的参数和产生的返回值：用寄存器bx存储/用栈存储。调用者和子程序对于参数寄存器与结果寄存器读写顺序相反
10.11 批量数据的传递：将批量数据放到内存中，然后将它们所在内存空间的首地址放在寄存器中，传递给需要的子程序，除此之外，也可以通过栈来实现。
10.12 寄存器冲突的问题：暂时保存寄存器值，子程序完成后进行恢复

11. 标志寄存器

8086CPU的标志寄存器有16位，存储的信息通过叫作程序状态字(PSW)。
8086CPU的flag寄存器的结构：
11.1 ZF标志：零标志位：结果为0，ZF=1;结果不为0，ZF=0;
11.2 PF标志：奇偶标志位：结果二进制位1的个数为偶数时PF=1,奇数时PF=0
11.3 SF标志：符号标志位：结果为负，SF=1;结果为正，SF=0;
11.4 CF标志：进位标志位：进位CF=1；不进位CF=0(无符号数)
11.5 OF标志：溢出标志位：溢出OF=1；不溢出OF=0(有符号数)
11.6 几种常见的影响标志寄存器的指令
- 指令adc标志：带进位加法指令，利用了CF位上记录的进位值，格式：adc 操作对象1，操作对象2；即adc ax,bx为(ax)=(ax)+(bx)+CF
- 指令sbb标志：带借位减法指令，利用了CF位上记录的借位值，格式：sbb
  操作对象1，操作对象2；即sbb ax,bx为(ax)=(ax)-(bx)-CF
- 指令cmp标志：比较指令，功能相当于减法指令，只是不保存结果，格式：cmp 操作对象1，操作对象2，只关注cmp操作后标志寄存器的值，计算时要先看OF，再看SF/ZF
11.7 检测比较结果的条件转移指令：
- je：等于则跳转：ZF=1
- jne：不等于则跳转：ZF=0
- jb：低于则转移：CF=1
- jnb：不低于则转移：CF=0
- ja：高于则转移：CF=0,ZF=0
- jna：不高于则转移：CF=1或ZF=1
11.8 DF：方向标志位，控制SI和DI的增减，当DF=0时，SI和DI加一，当DF=1，SI和DI减一
11.9 串传送指令：movsb,即
- ((es)16+(di))=((ds)16+(si))
- 若DF=0,则(SI)=(SI)+1,(DI)=(DI)+1；若DF=1,则(SI)=(SI)-1，(DI)=(DI)-1
- movsw与其类似，只不过偏移量为2
- cld指令将DF置0，std指令将DF置1
- rep movsb/movsw：根据cx的值重复移动
11.10：pushf将标志寄存器的值压栈，popf将栈中弹出数据，送入标志寄存器中

12. 内中断

12.1 中断是CPU处理外部突发事件的一个重要技术
12.2 中断优先权从高到低：除法错/溢出中断/软件中断、不可屏蔽中断、可屏蔽中断、单步中断
12.3 CPU通过中断类型码(8位)来定位中断处理程序，通过中断向量表来得到中断处理程序的段地址和偏移地址
12.4 中断向量表即中断向量的列表，用于索引，8086CPU的中断向量表放在地址0处，0000:0000-0000:03FF的1024个单元中，1024=4*2⁸(安全内存)
12.5 中断过程：CPU硬件遇到中断时用中断类型码找到中断向量，并用其设置CS:IP,并执行中断处理程序，过程如下：
- 从中断信息中取得中断类型码
- 标志寄存器的值入栈(保护标志位)
- 设置标志寄存器的第8位TF和第9位IF为0
- CS的内容入栈、IP的内容入栈
- 从内存地址为4×中断类型码和4×中断类型码+2的两个字单元中读取中断处理程序的入口地址设置IP和CS
12.6 单步中断：类似debug的T，每执行一条指令中断一次，条件：TF=1，产生单步中断，过程如下
- 取得中断类型码为1
- flag入栈，设置TF、IF=0
- CS、IP入栈
- IP=1×4,CS=1×4+2

本文作者： yd0ng
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