汇编语言基础

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汇编语言基础

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      好久没写文章了,上次系统学习使用汇编语言的时间大概是在12年前,虽然工作也从事JAVA WEB应用系统方面的开发,但和汇编基本没交集,上大学时自己就对汇编语言和编译原理非常感兴趣,可惜当时限于自己的环境,没办法深入学习更进一步,现在虽然工作好多年了,但心中一直想着如何继续学习,然后能研究下单片机,嵌入式系统,最后在和炒的火热的物联网沾点关系。现在离职处于空窗期的我终于可以静下心来温习这基础中的基础-汇编语言了,还是从最原始的X86系列的汇编开始吧,其他的触类旁通,废话不多说,开始学习之路吧。

 关于汇编语言

    介于机器语言(0和1)、符号语言与高级语言(C/PASCAL)之间的一种初级语言,指令集合比较繁杂,但是对于我来说总有一种不可言的魅力。

计算机内部寄存器的那些事儿 主要分为下面4大类,后面针对每种进行详细介绍。

>>>>  数据寄存器【DATA REGISTER,简称DS】

>>>>  指针及变址寄存器【指针POINTER,DESTINATION INDEX变址寄存器】

>>>>  段寄存器【SEGMENT REGISTER】

>>>>  控制寄存器【CONTROL REGISTER】

第一类:数据寄存器

1、基础类

包括4个16位的寄存器(AX, BX, CX, DX)或者8个8位寄存器(    AH, AL, BH, BL, CH, CL, DH, DL), 这些寄存器都可以用来暂时存放操作数, 运算结果以及其他信息, 但同时又具有某些专用用途

>>>> AX 数据累加器【Accumulator 】

算术运算中的主要寄存器, 在乘除运算中用来指定被除数和被除数, 也是乘, 除,运算后积和商的默认存储单元. 另外I/O指令均使用该寄存器与I/O设备传送信息

>>>>  BX 基址寄存器【BASE REGISTER,简称BX】

指令寻址时常用做基址寄存器. 存入偏移量或偏移量的构成成分

>>>>  CX 计算寄存器【COUNT REGISTER,简称CX】

在循环指令操作或串处理指令中隐含计数

>>>>  DX 数据寄存器【DATA REGISTER,简称DX】

在双字节长运算是, 与AX构成32位操作数, DX为高16位. 在某些I/O指令中, DX被用来存放端口地址。

2、扩展通用寄存器

包括4个32位的寄存器(EAX, EBX, ECX, EDX)

       EAX:通用寄存器。相对其他寄存器,在进行运算方面比较常用。在保护模式中,也可以作为内存偏移指针(此时,DS作为段 寄存器或选择器)    EBX:通用寄存器。通常作为内存偏移指针使用(相对于EAX、ECX、EDX),DS是默认的段寄存器或选择器。在保护模式中,同样可以起这个作用。    ECX:通用寄存器。通常用于特定指令的计数。在保护模式中,也可以作为内存偏移指针(此时,DS作为 寄存器或段选择器)。   EDX:通用寄存器。在某些运算中作为EAX的溢出寄存器(例如乘、除)。在保护模式中,也可以作为内存偏移指针(此时,DS作为段 寄存器或选择器)。    同AX分为AH&AL一样,上述寄存器包括对应的16-bit分组和8-bit分组。 

第二类:指针及变址寄存器

1、基础类

16位的寄存器,用来存放16位的操作数或中间结果,但更经常的用途是存放偏移量,或位移量

>>>>  SP 堆栈指针寄存器【STACK POINTER,简称SP】

始终只是栈顶的位置, 与SS寄存器一起组成栈顶数据的物理地址

>>>>  BP 基址指针寄存器【BASE POINTER,简称BP】

系统默认其指向堆栈中某一单元, 即提供栈中该单元的偏移量. 加段前缀后, BP可作非堆栈段的地址指针

>>>>  SI 源变址寄存器【SOURCE INDEX,简称SI】

与DS联用, 指示数据段中某操作的偏移量. 在做串处理时, SI指示源操作数地址, 并有自动增量或自动减量的功能. 变址寻址时, SI与某一位移量共同构成操作数的偏移量

>>>>  DI 目的变址寄存器【DESTINATION INDEX,简称DI】

与DS联用, 指示数据段中某操作数的偏移量, 或与某一位移量共同构成操作数的偏移量. 串处理操作时, DI指示附加段中目的地址, 并有自动增量或减量的功能

2、扩展指针寄存器

80386 的4个32位指针寄存器,其中2个变址和指针寄存器(ESI和EDI) 2个指针寄存器(ESP和EBP)。

>>>> ESI:通常在内存操作指令中作为“源地址指针”使用。当然,ESI可以被装入任意的数值,但通常没有人把它当作通用寄存器来用。DS是默认段寄存器或选择器。  >>>> EDI:通常在内存操作指令中作为“目的地址指针”使用。当然,EDI也可以被装入任意的数值,但通常没有人把它当作通用寄存器来用。DS是默认段寄存器或选择器。  >>>> EBP:这也是一个作为指针的寄存器。通常,它被高级语言编译器用以建造‘堆栈帧'来保存函数或过程的局部变量,指向当前活动记录的底部.SS是它的默认段寄存器或选择器。    注意,这三个寄存器没有对应的8-bit分组。换言之,你可以通过SI、DI、BP作为别名访问他们的低16位,却没有办法直接访问他们的低8位。 

>>>> ESP【EXTENDED STACK POINTER】ESP为栈指针,用于指向栈的栈顶(下一个压入栈的活动记录的顶部).

2个32位通用寄存器ESI和EDI。其低16位对应先前CPU中的SI和DI,对低16位数据的存取,不影响高16位的数据。寄存器ESI、EDI、SI和DI称为变址寄存器(Index Register),它们主要用于存放存储单元在段内的偏移量,用它们可实现多种存储器操作数的寻址方式,为以不同的地址形式访问存储单元提供方便。变址寄存器不可分割成8位寄存器。作为通用寄存器,也可存储算术逻辑运算的操作数和运算结果。它们可作一般的存储器指针使用。在字符串操作指令的执行过程中,对它们有特定的要求,而且还具有特殊的功能。

第三类:段寄存器

1、四个基础段寄存器

>>>> CS 代码段【CODE SEGMENT, 简称CS】

存放当前程序的指令代码

>>>>  DS 数据段【DATA SEGMENT,简称DS】

存放程序所涉及的源数据或结果

>>>>  SS 堆栈段【STACK SEGMENT,简称SS】

以”先入后出”为原则的数据区

>>>>  ES 附加段【EXTRA SEGMENT,简称ES】

辅助数据区, 存放串或其他数据

2、32位下扩展的2个寄存器

>>>>  FS  可以用这个寄存器作为默认段寄存器或选择器的一个替代品。它可以被装入任何数值,方法和DS类似。 

>>>>  GS G段或G选择器。它和FS几乎完全一样。 

fs,gs是80386起增加的两个辅助段寄存器,没有全称,取名就是按字母序排在 CS、DS、ES 之后的。在这之前只有一个辅助段寄存器ES,增加这两个寄存器是为了减轻ES寄存器的负担,并能更好地配合适用于通用寄存器组的基址和变址寄存器. 这两个是通用的段寄存器,语法上同其它的段寄存器一样,不能直接用立即数给它赋值。

第四类:控制寄存器

1、IP指令指针寄存器【INSTRUCTION POINTER,简称IP】

它始终指向当前将要执行指令在代码段中存放的偏移量. 指令指针IP是一个16位专用寄存器,它指向当前需要取出的指令字节,当BIU从内存中取出一个指令字节后,IP就自动加1,指向下一个指令字节。注意,IP指向的是指令地址的段内地址偏移量,又称偏移地址(Offset Address)或有效地址(EA,Effective Address)。

2、FR控制标志位【FLAG REGISTRER,简称FR】

8086有一个18位的标志寄存器FR,在FR中有意义的有9位,其中6位是状态位,3位是控制位。如下图:

2.1、运算结果标志位

1.     CF 进位标识位【CARRY FLAG,简称CF】

进行加减运算时, 如果最高二进制位产生进位或错位, CF则为1, 否则为0. 程序设计中, 常用条件转移指令JC, JNC指令据此标志位实现转移。

进位标志CF主要用来反映运算是否产生进位或借位。使用该标志位的情况有:多字(字节)数的加减运算,无符号数的大小比较运算,移位操作,字(字节)之间移位,专门改变CF值的指令等。

2.     PF 奇偶标志位【PARITY FLAG,简称PF】

奇偶标志PF用于反映运算结果中”1″的个数的奇偶性。如果”1″的个数为偶数,则PF的值为1,否则其值为0。 利用PF可进行奇偶校验检查,或产生奇偶校验位。在数据传送过程中,为了提供传送的可靠性,如果采用奇偶校验的方法,就可使用该标志位。

3.     AF 辅助进位标志位【AUXILIARY CARRY FLAG,简称AF】

运算时半字节产生进位或借位时, AF为1, 某则为0. 主要用于BCD码的调整。

在发生下列情况时,辅助进位标志AF的值被置为1,否则其值为0: (1)、在字操作时,发生低字节向高字节进位或借位时; (2)、在字节操作时,发生低4位向高4位进位或借位时。 对以上6个运算结果标志位,在一般编程情况下,标志位CF、ZF、SF和OF的使用频率较高,而标志位PF和AF的使用频率较低。

4.     ZF 零标志位【ZERO FLAG,简称ZF】

零标志ZF用来反映运算结果是否为0。如果运算结果为0,则其值为1,否则其值为0。在判断运算结果是否为0时,可使用此标志位。

5.     SF 符号标志位【SIGN FLAG,简称SF】

当运算结果的最高位为1时, SF为1, 否则为0. 最高位表示符号数的正和负。

符号标志SF用来反映运算结果的符号位,它与运算结果的最高位相同。在微机系统中,有符号数采用补码表示法,所以,SF也就反映运算结果的正负号。运算结果为正数时,SF的值为0,否则其值为1。

6.    OF 溢出标志位【OVERFLOW FLAG,简称OF】

算术运算时结果超出系统所能表示的数的范围. 溢出时, OF=1

溢出标志OF用于反映有符号数加减运算所得结果是否溢出。如果运算结果超过当前运算位数所能表示的范围,则称为溢出,OF的值被置为1,否则,OF的值被清为0。”溢出”和”进位”是两个不同含义的概念,不要混淆。如果不太清楚的话,请查阅《计算机组成原理》课程中的有关章节。

2.2、状态控制标志位

状态控制标志位是用来控制CPU操作的,它们要通过专门的指令才能使之发生改变。

1.    TF 跟踪标志位【TRAP FLAG,简称TF】

用于调试程序时进入单步方式工作. TF=1时, 每条指令执行完后产生一个内部中断, 让用户检查指令运行后寄存器, 存储器和各标志位的内容. TF=0时, CPU工作正常, 不产生内部中断

2.     IF 中断允许标志位【Interrupt-enable FLAG,简称IF】

中断允许标志IF是用来决定CPU是否响应CPU外部的可屏蔽中断发出的中断请求。但不管该标志为何值,CPU都必须响应CPU外部的不可屏蔽中断所发出的中断请求,以及CPU内部产生的中断请求。具体规定如下: (1)、当IF=1时,CPU可以响应CPU外部的可屏蔽中断发出的中断请求; (2)、当IF=0时,CPU不响应CPU外部的可屏蔽中断发出的中断请求。 CPU的指令系统中也有专门的指令来改变标志位IF的值。

3.     DF 方向位标志位【DIRECTION FLAG,简称DF】

用于控制串操作时地址指针位移方向. 当DF=1时, 指针向高地址方向移动。

3、32位扩展标志寄存器增加的标志位

1、I/O特权标志IOPL(I/O Privilege Level) I/O特权标志用两位二进制位来表示,也称为I/O特权级字段。该字段指定了要求执行I/O指令的特权级。如果当前的特权级别在数值上小于等于IOPL的值,那么,该I/O指令可执行,否则将发生一个保护异常。 2、嵌套任务标志NT(Nested Task) 嵌套任务标志NT用来控制中断返回指令IRET的执行。具体规定如下: (1)、当NT=0,用堆栈中保存的值恢复EFLAGS、CS和EIP,执行常规的中断返回操作; (2)、当NT=1,通过任务转换实现中断返回。 3、重启动标志RF(Restart Flag) 重启动标志RF用来控制是否接受调试故障。规定:RF=0时,表示”接受”调试故障,否则拒绝之。在成功执行完一条指令后,处理机把RF置为0,当接受到一个非调试故障时,处理机就把它置为1。 4、虚拟8086方式标志VM(Virtual 8086 Mode) 如果该标志的值为1,则表示处理机处于虚拟的8086方式下的工作状态,否则,处理机处于一般保护方式下的工作状态

第五类:其他寄存器

本类中的寄存器都是在80386之后出现的扩展,也就是说都是32位的。

控制寄存器

>>>> CR0(控制寄存器)。作用是切换实模式和保护模式。 

>>>> CR2

>>>> CR3

调试寄存器

在80386芯片内有8个32位的调试寄存器DR0~DR7。具体参考下图【intel  ia-32系统结构开发手册18章2节】

      这些寄存器可以使系统设计人员定义4个断点,用它们规定指令执行和数据读写的任何组合。DR0~DR3是线性断点地址寄存器,其中保存着4个断点地址。DR5、DR6是两个备用的调试寄存器,目前尚未定义。

>>>> 线性断点地址0    DR0

>>>> 线性断点地址1    DR1

>>>> 线性断点地址2    DR2

>>>> 线性断点地址3    DR3

>>>> Intel保留      DR5

>>>> Intel保留      DR6

     DR6是断点状态寄存器,其低序位是指示符位,当允许故障调试并检查出故障而进入异常调试处理程序(debug())时,由硬件把指示符位置1,调试异常处理程序在退出之前必须把这几位清0。

>>>> 断点状态       DR7

     DR7是断点控制寄存器,它的高序半个字又被分为4个字段,用来规定断点字段的长度是1个字节、2个字节、4个字节及规定将引起断点的访问类型。低序半个字的位字段用于“允许”断点和“允许”所选择的调试条件。

测试寄存器

80386有两个32位的测试寄存器TR6和TR7。这两个寄存器用于在转换旁视缓冲器(Translation Lookaside Buffer)中测试随机存储器(RAM)和相联存储器(CAM)。

>>>> TR6 测试命令寄存器,其内存放测试控制命令。

>>>> TR7 寄存器(测试寄存器)用于某些条件测试。数据寄存器,其内保存转换旁路缓冲器测试的数据。



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