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汇编语言入门学习 | 2 - 汇编语言代码基本结构

从一个例子开始

根据个人习惯，我更愿意从一个实例开始某种语言的学习。


这里以一个 16 位汇编程序为例：
我们在 xp 虚拟机中新建文件 hello.asm，用记事本编辑：

 1 data segment
 2 abc db "hello, world!", 0Dh, 0Ah, "$"
 3 data ends
 4 ;这是一条注释
 5 code segment
 6 assume cs:code, ds:data
 7 main:
 8   mov ax, data
 9   mov ds, ax
10   mov ah, 9
11   mov dx, offset abc
12   int 21h
13   mov ah, 4Ch
14   int 21h
15 code ends
16 end main


将其放在 \Masm 目录中。该目录中同时包含了 LINK.EXE 以及 MASM.EXE。我们在 command 中进入对应目录，输入指令：

masm hello;
link hello;
hello

我们通过运行 masm.exe 来编译 hello[.asm]，然后通过 link.exe 来连接 hello[.obj]，最后运行 hello[.exe]。结果显示： hello, world! 。


下面，我们对代码进行逐句解析：

  • 段

    • 对于 8086PC 机，在编程时可以根据需要将一组内存单元定义为一个段（机器语言代码也存储在内存中）。例如第 1 行和第 5 行就分别定义了名为 data 的段和名为 code 的段。第 3 行和第 15 行分别是这两个段的结束。

    • 8086CPU 要求每个段的容量不能超过 64KB。这与计算机的寻址方式有关：

      • 计算机对内存的编码是线性的。例如内存为 256M，则地址就应该为 0~(256M-1) 。这个地址称为 物理地址 或 绝对地址 。
      • 8086CPU 可以传送 20 位的地址 0~(1M-1)，但是由于 8086CPU 是 16 位结构的，因此如果采用简单的方法传递物理地址，那么它的寻址能力只有 0~(64K-1)。因此 8086CPU 采用两个 16 位地址合成的方法来形成一个 20 位的物理地址。比如 12ABh:34DEh 就是一个地址（其中 12ABh 表示 16 进制下的 12AB。汇编语言中用末尾的一个 h 来表示 16 进制数。汇编语言中数字的表示不区分大小写。如果一个 16 进制数是字母开头的，则需要在它前面增写一个 0，如 ABCDh 应写为 0ABCDh，因为字母开头的字符串表示的是变量的名称），它由两个 16 位的地址组成，分别称为 段地址 (Segment) 和 偏移地址 (Offset)。这样表示的地址称为 逻辑地址 。
      • 地址加法器采用 物理地址 = 段地址 * 16 + 偏移地址 的方法合成物理地址。
      • 需要说明的是，同一个物理地址可以表示成多个逻辑地址。如 123BC = 123B:000C = 122A:011C。
      • 因此，我们如果要用 段地址:偏移地址 的方式寻址，偏移地址的范围为 0h~FFFFh，即 10000h 个字节，即 64KB。

    • 伪指令

      • 在汇编语言源程序中，包含 2 种指令，一种是汇编指令，一种是伪指令。汇编指令是与机器码一一对应的，而伪指令由编译器来执行，编译器会进行相关的编译工作。
      • 例如，segment 和 ends 就是一对成对使用的伪指令。

  • 定义数组

    • 第 2 行 abc db "hello, world!", 0Dh, 0Ah, "$" 定义了一个字节类型的变量（db: define byte，byte 类型实际上等价于 C 语言中的 char 类型），名为 abc，内容为 "hello, world!", 0Dh, 0Ah, "$" ，相当于 C 语言中的 char abc[] = "hello, world!\x0D\x0A$"; ，即逗号隔开的内容会被连接成一个变量。其中 0Dh, 0Ah 分别是回车（光标回到行首）和换行（光标向下移动一行）的 ASCII 码。在汇编语言中，$ 是字符串结束的标志。

    • 我们可以通过 ans db 100 dup(0) 定义一个定长的数组，相当于 C 语言中的 char ans[100] = {0}; 。dup 是 duplicate 的简写，表示重复。我们可以通过这种方法来取得内存空间存放数据。

    • 汇编语言将所有的变量定义放在一起，即 data segment 区域中。

    • 类似地，我们可以用 dw(define word) 定义字型数据（16位）。

  • 注释 

    • 如第 4 行，汇编语言源代码中，可以用分号 ; 表示本行中后面的内容均为注释。这与 C 中的 // 类似。

  • 寄存器

    • CPU 本身只负责运算，不负责存储数据。数据一般存放在存储器中，CPU 需要使用数据时就会去存储器中调用数据。然而，CPU 的运算速度远高于内存的读写速度，因此为了提高效率，CPU 自带缓存和 寄存器 (register)。缓存可以看做读写速度较快的内存，而寄存器是 "fastest, smallest and most expensive" 的，用来存储最常用的数据。

    • 寄存器不依靠地址区分数据，而依靠名称。每一个寄存器都有自己的名称。
      8086CPU 有 14 个寄存器，分别为 AX, BX, CX, DX, SI, DI, SP, BP, IP, CS, SS, DS, ES, PSW，它们都是 16 位的。

    • 本文中，我们用加括号的寄存器名称来表示寄存器中存储的数据。例如， (ax) 表示 ax 寄存器中存储的数据。

    • AX, BX, CX, DX 这 4 个寄存器通常用来存放一般性数据，称为 通用寄存器 。为了与上一代 CPU 兼容，每个通用寄存器都可以拆成两个 8 位寄存器独立使用，如 AX 可拆分为 AH 和 AL，BX 拆分为 BH 和 BL 等。H 和 L 分别表示高 8 位和低 8 位。
      计算机存储信息的基本单位是一个 二进制位（bit），一位可存储一个二进制数 0 或 1。每 8 位组成一个 字节（Byte）。每两个字节组成一个 字（word），这两个字节分别称为高位字节和低位字节。

    • 代码段寄存器 CS(code segment) 和指令指针寄存器 IP(Instruction Pointer) 是 8086CPU 中最关键的两个寄存器。它们分别用来提供当前指令的段地址和偏移地址。即任意时刻，8086CPU 将 CS:IP 指向的内容当做命令执行。每条指令进入指令缓冲器后、执行前，IP += 所读取指令的长度，从而指向下一条指令。

    • 其余寄存器将在用到时再做记录。

  • 伪指令 assume

    • 第 6 行 assume cs:code, ds:data 将段寄存器和段名建立了关系。即 assume 使得段寄存器储存了对应段的段地址。

  • 标号 

    • 第 7 行 main: 是一个标号。标号在程序中的主要用途是方便跳转语句的执行。跳转语句将在后面再做学习。

  • 传送指令 mov 

    • 传送指令 mov 的一般格式为 mov A, B ，用于将 B 的内容赋给 A（如果合法）。
    • 传送指令在本文文末专门记录。

  • offset 

    • 操作符 offset 的功能是取得标号的偏移地址。第 11 行 mov dx, offset abc  的作用就是将 abc 的偏移地址赋给 dx。 

  • 中断 

    • 第 12 和 14 行的 int 21h 调用了中断。中断在本文文末专门记录。
    • 在这里，mov ah, 9;mov dx, offset abc;int 21h 调用了中断 21h 的 09h 号功能，实现了对字符串 abc 的输出。中断 21h 的 09h 号功能实现的是：将自 ds:dx 开始、到 '$' 为止的字符串输出到标准输出设备上。
    • 程序返回：每个可执行文件的类型都来自于某一个正在运行的程序的调用。可执行文件运行完毕后，它要将 CPU 的控制权交还给调用它的程序，这个过程称为程序返回。 mov ah, 4Ch   int 21h 完成的就是这个过程。

  • end 

    • end 指令用于通知编译器：程序运行结束了。
    • 在 end 后面加上一个标号，如 end main，则在起到上述效果的同时还会通知编译器程序的入口在什么地方（即偏移地址）。即，程序的入口由 end 指出。在本代码中，程序自标号 main 开始运行。

mov 指令（传送指令）

将数据直接送入寄存器

指令 mov ax, 4E20h 表示将 4E20h 送入寄存器 AX。等价于高级语言中的 AX = 4E20h; （此后文中会大量使用高级语言的语法描述汇编指令）。

将一个寄存器中的内容送入另一个寄存器

类似地， mov ax, bx 表示 AX = BX; 。

将一个内存单元中的内容送入一个寄存器

之前我们提到，8086CPU 中的地址由段地址和偏移地址组成。8086CPU 中有一个 DS 寄存器（段寄存器），用来存放要访问数据的段地址。
例如，我们要读取 10000h 单元的内容，可以用以下的程序段进行：

  mov bx, 1000h
  mov ds, bx
  mov al, [0]

上面的三条指令将 10000h (1000:0) 中的数据读到了 al 中。可见，我们可以通过 mov register, [ address ] 的方式来将内存中 DS:address 的数据读到合法的寄存器 register 中。
值得注意的是，我们通过 1,2 两行将 1000h 放入了 DS，这是因为 8086CPU 不支持将数据直接送入段寄存器（ds, ss, cs, es）的操作。


我们还可以显式地规定我们调用的内存地址的段地址，如我们可以用 ds:[0] 来表示我们调用的内存单元为 ds:0。这允许了我们使用 ds 以外的段地址。这样的 "ds:" "cs:" 等被称为 段前缀。逻辑地址中的偏移地址可以用常数表示，但是段地址必须用段寄存器表示。


另外，我们可以通过 [bx] 表示内存单元 ds:bx，即段地址由 ds 提供，偏移地址由 bx 提供。
需要注意的是，8086CPU 中只有 bx, si, di, bp 这四个寄存器可以用来在 [] 中进行内存单元的寻址，其他寄存器进行这样的操作都是非法的。
同时，在 [] 中，这四个寄存器只能单独出现或以 bx, si / bx, di / bp, si / bp, di 的组合出现，如 [bx+si+1] 是合法的，而 [bx+bp] 就是非法的。两个寄存器只能相加，不能相减
只要在 [] 中用到寄存器 bp，而指令中没有显式给出段地址，那么段地址就默认在 ss 中而不是 ds 中。


由于 8086CPU 是 16 位结构，因此可以一次性传送 16 位数据。比如：

内存情况：
10000H 11
10001H 22

指令：
mov ax, 1000h
mov ds, ax
mov ax, [0]

结果：
ax = 2211H

这是因为，我们将 1000:0 处存放的字数据（由两个字节组成）送入 ax 时，1000:0 处存放的是字数据的低 8 位，即 11；1000:1 处存放的数字数据的高 8 位，即 22。（小端规则：对于 8 位以上的变量，先存放低位，再存放高位，即低位的内存地址低于高位的内存地址。）执行 mov 时，字数据的低 8 位送入 al，高 8 位送入 ah，因此 ax = 2211H。


这也说明，mov 操作的内存单元的长度由其他操作对象（寄存器）指出。但是，两个不同长度的寄存器之间的传递是非法的，如 al 和 bx。


另外，下面的代码反映了一种常见的错误：

data segment
xyz dw 1234h, 0ABCDh
data ends
...... ;略去
    
code segment
...... ;略去
mov ax, xyz[1]
...... ;略去

在 C 语言的理解中，short int xyz[2] = {1234h, 0ABCDh}; 定义出的数组，xyz[1] 的值应该为 0ABCDh。而实际上在汇编语言中，xyz[1]（即 [xyz + 1]）指向的就是 xyz 物理地址 +1 的地址。假设 xyz 地址为 10000H，那么内存情况为（小端规则）：

10000h 10001h 10002h 10003h
  34     12     CD     AB

实际上 xyz + 1 即 10001h，那么实际上程序认为 mov ax, xyz[1] 调用了以 10001h 为低八位的 16 个字节，根据小端规则，ax 被赋值为 0CD12h。
因此，如果希望引用 0ABCDh，实际上要写的是 mov ax, xyz[2] 。这是需要特别注意的。


中断

posted on 2020-04-15 00:14  咸鱼暄  阅读(632)  评论(0)  编辑  收藏  举报