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汇编语言.md

File metadata and controls

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汇编语言的不同种类

  • as86汇编：能产生16位代码的Intel 8086汇编

    mov ax, cs  //cs→ax，目标操作数在前

  • GNU as汇编：产生32位代码，使用AT&T系统V语法

    movl var， %eax	// var→%eax，目标操作数在后

  • 内嵌汇编，gcc编译x.c文件会产生中间结果汇编文件

汇编语言的组成

汇编语言由三部分组成：

  1. 汇编指令。通过编译器把指令翻译成机器指令，也就是机器码
  2. 伪指令。告诉编译器如何翻译
  3. 符号体系。+-*/

RAM和ROM

内存最小单元：字节

RAM(Random Access Memory)(随机存取存储器)：允许读和写，断电后指令和数据就丢失了，直接与cpu交换数据

ROM(Read-Only Memory(只读存储器)：只允许读，断电后指令和数据都存在

CPU中的三条总线

CPU通过地址总线，数据总线和控制总线实现对外部元器件的控制，三种总线的宽度标志了CPU不同方面的性能：

  1. 地址总线的宽度决定了CPU的寻址能力
  2. 数据总线的宽度决定了CPU与其他器件进行数据传输的能力（一次传输的数据量）
  3. 控制总线的宽度决定了CPU对系统中其他器件的控制能力

8086CPU给出读取物理地址的方法

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  1. CPU中的相关部件提供两个16位的地址，一个是段地址，一个是偏移地址
  2. 段地址和偏移地址通过内部总线送入一个成为地址加法器的部件
  3. 地址加法器将两个16位的地址合成为一个20位的物理地址
  4. 地址加法器通过内部总线将20位物理地址送入输入输出控制电路
  5. 20位物理地址被地址总线传送到存储器

物理地址 = 段地址 * 16 + 偏移地址（段地址*16就相当于左移4位）

上述的本质含义是：CPU在访问内存时，用一个基础地址和一个相对于基础地址的偏移地址相加，给出内存单元的物理地址。

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为什么非得是基础地址+偏移地址的思想如上图所示

段寄存器

由于CPU访问内存时候需要相关部件提供内存单元的段地址和偏移地址，以便送入地址加法器合成物理地址，因此段寄存器主要提供段地址，8086CPU有4个段寄存器：**CS **

** 、DS、SS、ES**

CS：代码段寄存器

IP：指令指针寄存器

加入CS中的内容为M，IP中的内容为N，则从内存M*16+N单元开始读取一条指令并执行。即将CS：IP寄存器指向的内存单元当做指令，CS当做指令的段地址，IP当做偏移地址

总结一下寄存器和段寄存器的种类

寄存器：ax、bx、cx、dx、ah、al、bh、bl、ch、cl、dh、dl、sp、bp、si、di

段寄存器：ds、ss、cs、es

CPU中的栈

段寄存器SS和寄存器SP表示了栈顶的位置，栈顶的段地址存放在SS中，偏移地址存放在SP中。即SS：SP指向栈顶元素

push和pop指令执行时，CPU从SS和SP中得到栈顶的地址。

入栈的时候，栈顶从高地址向低地址方向增长。

8086处理器不会去管理栈顶超界的问题，需要我们自己小心是否会有越界行为。

总结：

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源程序和程序

一段源程序包含汇编指令和伪指令，汇编指令是由计算机执行、处理的指令或者数据，一般叫做程序

伪指令就是不由计算机执行，而是编译器执行的代码

源程序就是程序+伪指令

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程序执行过程的跟踪

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1.obj是目标文件

目标文件要连接外界需要的库形成可执行文件

可执行文件被操作系统提供的shell程序加载进入内存，然后获得cpu执行

可执行文件中程序执行完毕后，cpu返还给shell0

[BX]和loop指令

[bx]和[0]有些类似，[0]表示内存单元，其偏移量是0，例如：

  1. mov ax, [0]

    表示将一个内存单元的内容送入ax中，这个内存单元的长度为2字节，存1个字，偏移地址为0，段地址在ds中

  2. mov al, [0]

    将一个内存单元的内容送入al中，这个内存单元的长度为1字节，存1个字节，偏移地址为0，段地址在ds中

  3. mov ax, [bx]

    将一个内存单元的内容送入ax中，这个内存单元的长度为2字节，存1个字，偏移地址在bx中，段地址在ds中

也可以段前缀来表示：

  1. mov ax,ds:[bx]

表示将一个内存单元的内容送入ax，这个内存单元2个字节，存放1个字，偏移地址在bx中，段地址在ds中

可执行文件的组成

可执行文件由描述信息和程序组成，程序来自于源程序中的汇编指令和定义的数据。描述信息则主要是编译，连接程序对源程序中相关伪指令进行处理所得到的信息。

数据、指令、栈放入不同的栈

CPU到底如何处理我们定义的段中的内容，是当做指令执行，当做数据访问还是当做栈空间，完全是靠程序中具体的汇编指令，即：

  1. CS:IP -----指令
  2. SS:SP----- 栈
  3. DS-----数据

与运算和或运算

  • 与（and）

    这个操作可以将操作对象的相应位置设为0，因为全1才为1。

  • 或（or）

    该操作可以将操作对象的相应位设为1，因为有1就为1。

[bx+idata]:一种更灵活的指明内存的方式

之前前面说到过用[bx]来指明一个内存单元，我们还可以用一种更为灵活的方式指明内存单元。

[bx+idata]表明一个内存单元，它的偏移地址为bx+idata(bx中的数值加上idata)

比如mov ax, [bx + 200]指的是将一个内存单元的内容送入ax，这个内存单元长2字节，存放1个字，偏移地址为bx中的数值加上200，段地址在ds中

几种不同的寻址方式

  1. **[idata]**用一个常量表示地址，可用于直接定位一个内存单元
  2. **[bx]**用一个变量来表示内存地址，可用于简介定位一个内存单元
  3. **[bx+idata]**用一个变量和常量来表示地址，可在一个起始地址的基础上用变量简介定位一个内存单元
  4. **[bx+si]**用两个变量表示地址
  5. **[bx+si+idata]**用两个变量和一个常量表示地址

汇编语言中数据位置的表达

  1. 立即数（idata）

    直接包含在机器指令中的数据（执行前在CPU的指令缓冲器中）

  2. 寄存器

    指令要处理的数据在寄存器中，给出相应寄存器的名就行

  3. 段地址（SA）和偏移地址（EA）

    如果指令要处理的数据在内存中，在汇编指令中用[X]的格式给出SA、EA在某个段寄存器中

转移指令的原理

可以修改IP或同时修改CS和IP的指令统称为转移指令。转移指令就是可以控制CPU执行内存中某处代码的指令。

8086CPU的转移指令分为以下几类：

  • 无条件转移指令

    主要有jmp指令，可以同时修改CS和IP。主要给出两种信息：

    1. 转移的目的地址

    2. 转移的距离（段间转移、段内转移、段内近转移）

  • 条件转移指令

    jcxz指令，所有的有条件转移指令都是短转移，对IP的修改范围是：-128~127

  • 循环指令

    loop指令，短转移，对IP的修改范围是：-128~127循环指令

  • 过程

  • 中断

CALL和RET指令

call和ret指令都是转移指令，他们都修改IP，或同时修改CS和IP。

  • ret和retf

    ret指令用栈中的数据修改IP的内容，从而实现近转移

    retf指令用栈中的数据修改CS和IP的内容，从而实现远转移

  • call

    CPU执行call指令时，有两步操作：

    1. 将当前的IP或CS和IP压入栈中
    2. 转移

    call指令不能实现短转移

flag寄存器

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  • ZF标志

    零标志位，如果执行相关指令后结果为0，zf=1，若不为0，zf=0

    对于运算指令如add、sub、mul、div等会影响标志寄存器

    对于传送指令mov、push、pop等不会对寄存器有什么影响

  • PF标志

    奇偶标志位。如果执行指令后结果所有bit位中1的个数是偶数，pf=1，为奇数，pf=0

  • SF标志

    符号标志位。执行指令后结果如果为负数，sf=1，如果非负数，sf=0。

    SF标志就是CPU对有符号数运算的一种记录，记录数据的正负。

  • CF标志

    进位标志位。在进行无符号数运算的时候，它记录了运算结果的最高有效位向更高位的进位值，或从更高位的借位值。

    当出现进位的时候，会将最高位保存起来，记录在CF位中

  • OF标志

    溢出：在进行有符号数运算时，如果超过了机器所能表示的范围成为溢出。

    溢出标志位。记录有符号数运算的结果是否发生了溢出，如果溢出of=1，否则of=0

    cf和of的区别：cf是对无符号数运算有意义的标志位，of是对有符号数运算有意义的标志位

CPU的内中断

任何一个通用的CPU都具备一种能力，可以在执行完当前正在执行的指令后，检测到从CPU外部发送过来的或内部产生的一种特殊信息，并且可以立即对所接收到的信息进行处理。这种特殊的信息，称为：中断信息。

中断表明CPU不再接着向下执行，而是转去处理这个特殊的信息。

中断可以来自内部和外部，本书主要讨论内中断

内中断有以下几种情况产生：

  1. 除法错误
  2. 单步执行
  3. 执行into指令
  4. 执行int指令

中断是不同的信息，因此必须先识别不同信息来源。所以中断信息中必须包含识别来源的编码，叫做中断类型码。这个中断类型码是一个字节型数据，可以表示256种中断信息的来源。

  • 中断过程
    1. 从中断信息中获取中断类型码
    2. 标志寄存器的值入栈（因为在中断过程中要改变标志寄存器的值，因此先将其保存在栈中）
    3. 设置标志寄存器的第8位TF和第9位IF的值为0
    4. CS的内容入栈
    5. IP的内容入栈
    6. 从内存地址为中断类型码*4和中断类型码 *4+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

端口的读写

CPU可以直接读写一下3个地方的数据：

  1. CPU内部的寄存器
  2. 内存单元
  3. 端口

端口所在的芯片和CPU通过总线相连，所以端口地址和内存地址一样，通过地址总线来传送。CPU总共可以定位64KB个不同的端口，因此端口的范围是0~65535

端口的读写指令只有两条：in和out

外中断

CPU除了能够执行指令进行运算以外，还应该能够对外部设备进行控制，接收它们的输入，向它们进行输出。要及时处理外设的输入，要解决一下两个问题：

  1. 外设的输入随时可能发生，CPU如何得知
  2. CPU从何处得到外设的输入？

答：外设接口芯片中有若干寄存器，CPU将这些寄存器当做端口来访问。外设的输入不直接送入内存和CPU中，而是送入相关的接口芯片的端口中；同理，CPU向外设的输出也不是直接送入外设，而是先送入端口，再由相关芯片送到外设。因此，**CPU通过端口和外部设备进行联系。**由于外设的输入随时可能到达，因此CPU提供中断机制来满足这种要求。这种中断信息来自CPU外部，相关芯片向CPU发出相应的中断信息，CPU执行完当前的指令后，可以检测到发送过来的中断信息，引发中断过程进而处理外设输入。

外中断一共有两类：

  1. 可屏蔽中断。该中断CPU可以不响应。是否响应要看标志寄存器中IF位的设置，当CPU检测到可屏蔽中断信息时，IF=1，则CPU在执行完当前指令后响应中断，如果IF=0，则不响应可屏蔽中断。（键盘输入就属于可屏蔽中断）
  2. 不可屏蔽中断。指CPU必须响应的外中断，CPU执行完当前指令后，立即响应引发中断过程。