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续上:

 

8086/8088共含有14个16位寄存器,掌握这些寄存器的名称符号、长度、含义和用法是学习指令系统的基础,对考生掌握指令编写汇编语言程序是非常重要的。8086/8088中的寄存器从功能上可划分成4类。如图2-2 所示:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.数据位表达

 

1.1 idata 如 mov ax,1

1.2 寄存器 如 mov ax,bx

1.3 段地址SA和偏移地址EA 如 mov ax,[0]

 

段寄存器,默认在ds中:

mov ax,[bx+si+8]

 

段地址默认在ss中:

mov ax,[bp+si]

 

 

2.寻址方式:

 

直接寻址

[idata] EA=idata ; SA=ds

 

间接寻址

(ds)中

[bx][si][di]

 

(ss)中

[bp]

 

 

相对寻址

用于结构体如,数组二维数组

[bx+idata] 如 [bx].idata , idata [si],[bx][idata]

 

基址变址寻址:

用于二维数组如:[bx+si][bx+di][bp+si][bp+di]

 

相对基址变址寻址

用于表格结构中数组和而未数组:

[bx].idata[si]

idata[bx][si]

 

 

3.定义数据段 与 div指令

 

//定义数据段 data segment dd 100001 //dd define double word双字 dw 100 //dw define word db 1 //db define byte data ends //定义栈段 stack segment dw 200 dup 0 //dup相当于 dw 0,0,0,0……定义200个字节的数据 stack ends //div 除法指令 /** 规则: 1.除数有8位和16位两种 2.被除数默认放在ax 或dx 和 ax中, 3.除数为8位,al存商,ah存余数如果16位,ax存商,dx存余数 例子: 100001/100 100001大于65535,需要ax和dx联合存放,100001=186A1H **/ mov dx,1 mov ax,86A1H mov bx,100 div bx /** 结果: ax=03E8H=1000 dx=1 **/

 


 

 

4.标记寄存器

用于标记正负等的寄存器

 

 

5.CPU中断

 

CPU用8位中断类型码通过中断向量表查找到终端处理程序的入口地址。

中断向量表在内存中存放,地址为0000:0000到0000:03FF的1024个单元

 

 

6.练习:

 

linux 下汇编编程

 

as -o hello.o hello.s //AT & T 语法编译 nasm -f elf hello.asm // inter 语法的编译 ld -o hello hello.o //连接

 


 

 

调试hello:

 

as --gstabs -o hello.o hello.s ld -o hello hello.o gdb hello (gdb) break 12 //在line 12 break (gdb) i reg eax //输入寄存器ax的数据 #hello.s .data # 数据段声明 msg : .string "Hello, world!\\n" # 要输出的字符串 len = . - msg # 字串长度 .text # 代码段声明 .global _start # 指定入口函数 _start: # 在屏幕上显示一个字符串 movl $len, %edx # 参数三:字符串长度 movl $msg, %ecx # 参数二:要显示的字符串 movl $1, %ebx # 参数一:文件描述符(stdout) movl $4, %eax # 系统调用号(sys_write) int $0x80 # 调用内核功能 # 退出程序 movl $0,%ebx # 参数一:退出代码 movl $1,%eax # 系统调用号(sys_exit) int $0x80 # 调用内核功能 linux 下 c hello world vi hello.c 内容: #include<stdio.h> int main() {    printf("Hello World\n"); //prints "Hello World"    return 0; } gcc hello.c -o hello.c.o ./hello.c.o 输出Hello World

 


 

 

 

 

 

 

 

3. 第二个汇编程序 请点评

例 18.2. 求一组数的最大值的汇编程序

#PURPOSE: This program finds the maximum number of a # set of data items. # #VARIABLES: The registers have the following uses: # # %edi - Holds the index of the data item being examined # %ebx - Largest data item found # %eax - Current data item # # The following memory locations are used: # # data_items - contains the item data. A 0 is used # to terminate the data # .section .data data_items: #These are the data items .long 3,67,34,222,45,75,54,34,44,33,22,11,66,0 .section .text .globl _start _start: movl $0, %edi # move 0 into the index register movl data_items(,%edi,4), %eax # load the first byte of data movl %eax, %ebx # since this is the first item, %eax is # the biggest start_loop: # start loop cmpl $0, %eax # check to see if we've hit the end je loop_exit incl %edi # load next value movl data_items(,%edi,4), %eax cmpl %ebx, %eax # compare values jle start_loop # jump to loop beginning if the new # one isn't bigger movl %eax, %ebx # move the value as the largest jmp start_loop # jump to loop beginning loop_exit: # %ebx is the status code for the _exit system call # and it already has the maximum number movl $1, %eax #1 is the _exit() syscall int $0x80


汇编、链接、运行:

$ as max.s -o max.o $ ld max.o -o max $ ./max $ echo $?

这个程序在一组数中找到一个最大的数,并把它作为程序的退出状态。这组数在.data段给出:

data_items: .long 3,67,34,222,45,75,54,34,44,33,22,11,66,0

.long指示声明一组数,每个数占32位,相当于C语言中的数组。这个数组开头定义了一个符号data_items,汇编器会把数组的首地址作为data_items符号所代表的地址,data_items类似于C语言中的数组名。data_items这个标号没有用.globl声明,因为它只在这个汇编程序内部使用,链接器不需要用到这个名字。除了.long之外,常用的数据声明还有:

  • .byte,也是声明一组数,每个数占8位

  • .ascii,例如.ascii "Hello world",声明11个数,取值为相应字符的ASCII码。注意,和C语言不同,这样声明的字符串末尾是没有'\0'字符的,如果需要以'\0'结尾可以声明为.ascii "Hello world\0"

data_items数组的最后一个数是0,我们在一个循环中依次比较每个数,碰到0的时候让循环终止。在这个循环中:

  • edi寄存器保存数组中的当前位置,每次比较完一个数就把edi的值加1,指向数组中的下一个数。

  • ebx寄存器保存到目前为止找到的最大值,如果发现有更大的数就更新ebx的值。

  • eax寄存器保存当前要比较的数,每次更新edi之后,就把下一个数读到eax中。

_start: movl $0, %edi

初始化edi,指向数组的第0个元素。

movl data_items(,%edi,4), %eax

这条指令把数组的第0个元素传送到eax寄存器中。data_items是数组的首地址,edi的值是数组的下标,4表示数组的每个元素占4字节,那么数组中第edi个元素的地址应该是data_items + edi * 4,写在指令中就是data_items(,%edi,4),这种地址表示方式在下一节还会详细解释。

movl %eax, %ebx

ebx的初始值也是数组的第0个元素。下面我们进入一个循环,循环的开头定义一个符号start_loop,循环的末尾之后定义一个符号loop_exit

start_loop: cmpl $0, %eax je loop_exit

比较eax的值是不是0,如果是0就说明到达数组末尾了,就要跳出循环。cmpl指令将两个操作数相减,但计算结果并不保存,只是根据计算结果改变eflags寄存器中的标志位。如果两个操作数相等,则计算结果为0,eflags中的ZF位置1。je是一个条件跳转指令,它检查eflags中的ZF位,ZF位为1则发生跳转,ZF位为0则不跳转,继续执行下一条指令。可见比较指令和条件跳转指令是配合使用的,前者改变标志位,后者根据标志位决定是否跳转。je可以理解成“jump if equal”,如果参与比较的两数相等则跳转。

incl %edi movl data_items(,%edi,4), %eax

edi的值加1,把数组中的下一个数传送到eax寄存器中。

cmpl %ebx, %eax jle start_loop

把当前数组元素eax和目前为止找到的最大值ebx做比较,如果前者小于等于后者,则最大值没有变,跳转到循环开头比较下一个数,否则继续执行下一条指令。jle表示“jump if less than or equal”。

movl %eax, %ebx jmp start_loop

更新了最大值ebx然后跳转到循环开头比较下一个数。jmp是一个无条件跳转指令,什么条件也不判断,直接跳转。loop_exit符号后面的指令调_exit系统调用退出程序。

4. 寻址方式 请点评

通过上一节的例子我们了解到,访问内存时在指令中可以用多种方式表示内存地址,比如可以用数组基地址、元素长度和下标三个量来表示,增加了寻址的灵活性。本节介绍x86常用的几种寻址方式(Addressing Mode)。内存寻址在指令中可以表示成如下的通用格式:

ADDRESS_OR_OFFSET(%BASE_OR_OFFSET,%INDEX,MULTIPLIER)

它所表示的地址可以这样计算出来:

FINAL ADDRESS = ADDRESS_OR_OFFSET + BASE_OR_OFFSET + MULTIPLIER * INDEX

其中ADDRESS_OR_OFFSET和MULTIPLIER必须是常数,BASE_OR_OFFSET和INDEX必须是寄存器。在有些寻址方式中会省略这4项中的某些项,相当于这些项是0。

  • 直接寻址(Direct Addressing Mode)。只使用ADDRESS_OR_OFFSET寻址,例如movl ADDRESS, %eax把ADDRESS地址处的32位数传送到eax寄存器。

  • 变址寻址(Indexed Addressing Mode) 。上一节的movl data_items(,%edi,4), %eax就属于这种寻址方式,用于访问数组元素比较方便。

  • 间接寻址(Indirect Addressing Mode)。只使用BASE_OR_OFFSET寻址,例如movl (%eax), %ebx,把eax寄存器的值看作地址,把内存中这个地址处的32位数传送到ebx寄存器。注意和movl %eax, %ebx区分开。

  • 基址寻址(Base Pointer Addressing Mode)。只使用ADDRESS_OR_OFFSET和BASE_OR_OFFSET寻址,例如movl 4(%eax), %ebx,用于访问结构体成员比较方便,例如一个结构体的基地址保存在eax寄存器中,其中一个成员在结构体内的偏移量是4字节,要把这个成员读上来就可以用这条指令。

  • 立即数寻址(Immediate Mode)。就是指令中有一个操作数是立即数,例如movl $12, %eax中的$12,这其实跟寻址没什么关系,但也算作一种寻址方式。

  • 寄存器寻址(Register Addressing Mode)。就是指令中有一个操作数是寄存器,例如movl $12, %eax中的%eax,这跟内存寻址没什么关系,但也算作一种寻址方式。在汇编程序中寄存器用助记符来表示,在机器指令中则要用几个Bit表示寄存器的编号,这几个Bit也可以看作寄存器的地址,但是和内存地址不在一个地址空间。

1. 最简单的汇编程序 请点评

例 18.1. 最简单的汇编程序

#PURPOSE: Simple program that exits and returns a # status code back to the Linux kernel # #INPUT: none # #OUTPUT: returns a status code. This can be viewed # by typing # # echo $? # # after running the program # #VARIABLES: # %eax holds the system call number # %ebx holds the return status # .section .data .section .text .globl _start _start: movl $1, %eax # this is the linux kernel command # number (system call) for exiting # a program movl $4, %ebx # this is the status number we will # return to the operating system. # Change this around and it will # return different things to # echo $? int $0x80 # this wakes up the kernel to run # the exit command


把这个程序保存成文件hello.s(汇编程序通常以.s作为文件名后缀),用汇编器(Assembler)as把汇编程序中的助记符翻译成机器指令,生成目标文件hello.o

$ as hello.s -o hello.o

然后用链接器(Linker,或Link Editor)ld把目标文件hello.o链接成可执行文件hello

$ ld hello.o -o hello

为什么用汇编器翻译成机器指令了还不行,还要有一个链接的步骤呢?链接主要有两个作用,一是修改目标文件中的信息,对地址做重定位,在第 5.2 节 “可执行文件”详细解释,二是把多个目标文件合并成一个可执行文件,在第 2 节 “main函数和启动例程”详细解释。我们这个例子虽然只有一个目标文件,但也需要经过链接才能成为可执行文件。

现在执行这个程序,它只做了一件事就是退出,退出状态是4,第 2 节 “自定义函数”讲过在Shell中可以用特殊变量$?得到上一条命令的退出状态:

$ ./hello $ echo $? 4

所以这段汇编代码相当于在C程序的main函数中return 4;。为什么会相当呢?我们在第 2 节 “main函数和启动例程”详细解释。

下面逐行分析这个汇编程序。首先,#号表示单行注释,类似于C语言的//注释。

.section .data

汇编程序中以.开头的名称并不是指令的助记符,不会被翻译成机器指令,而是给汇编器一些特殊指示,称为汇编指示(Assembler Directive)或伪操作(Pseudo-operation),由于它不是真正的指令所以加个“”字。.section指示把代码划分成若干个段(Section),程序被操作系统加载执行时,每个段被加载到不同的地址,操作系统对不同的页面设置不同的读、写、执行权限。.data段保存程序的数据,是可读可写的,相当于C程序的全局变量。本程序中没有定义数据,所以.data段是空的。

.section .text

.text段保存代码,是只读和可执行的,后面那些指令都属于.text段。

.globl _start

_start是一个符号(Symbol),符号在汇编程序中代表一个地址,可以用在指令中,汇编程序经过汇编器的处理之后,所有的符号都被替换成它所代表的地址值。在C语言中我们通过变量名访问一个变量,其实就是读写某个地址的内存单元,我们通过函数名调用一个函数,其实就是跳转到该函数第一条指令所在的地址,所以变量名和函数名都是符号,本质上是代表内存地址的。

.globl指示告诉汇编器,_start这个符号要被链接器用到,所以要在目标文件的符号表中标记它是一个全局符号(在第 5.1 节 “目标文件”详细解释)。_start就像C程序的main函数一样特殊,是整个程序的入口,链接器在链接时会查找目标文件中的_start符号代表的地址,把它设置为整个程序的入口地址,所以每个汇编程序都要提供一个_start符号并且用.globl声明。如果一个符号没有用.globl声明,就表示这个符号不会被链接器用到。

_start:

这里定义了_start符号,汇编器在翻译汇编程序时会计算每个数据对象和每条指令的地址,当看到这样一个符号定义时,就把它后面一条指令的地址作为这个符号所代表的地址。而_start这个符号又比较特殊,它所代表的地址是整个程序的入口地址,所以下一条指令movl $1, %eax就成了程序中第一条被执行的指令。

movl $1, %eax

这是一条数据传送指令,这条指令要求CPU内部产生一个数字1并保存到eax寄存器中。mov的后缀l表示long,说明是32位的传送指令。这条指令不要求CPU读内存,1这个数是在CPU内部产生的,称为立即数(Immediate)。在汇编程序中,立即数前面要加$,寄存器名前面要加%,以便跟符号名区分开。以后我们会看到mov指令还有另外几种形式,但数据传送方向都是一样的,第一个操作数总是源操作数,第二个操作数总是目标操作数。

movl $4, %ebx

和上一条指令类似,生成一个立即数4并保存到ebx寄存器中。

int $0x80

前两条指令都是为这条指令做准备的,执行这条指令时发生以下动作:

  1. int指令称为软中断指令,可以用这条指令故意产生一个异常,上一章讲过,异常的处理和中断类似,CPU从用户模式切换到特权模式,然后跳转到内核代码中执行异常处理程序。

  2. int指令中的立即数0x80是一个参数,在异常处理程序中要根据这个参数决定如何处理,在Linux内核中int $0x80这种异常称为系统调用(System Call)。内核提供了很多系统服务供用户程序使用,但这些系统服务不能像库函数(比如printf)那样调用,因为在执行用户程序时CPU处于用户模式,不能直接调用内核函数,所以需要通过系统调用切换CPU模式,经由异常处理程序进入内核,用户程序只能通过寄存器传几个参数,之后就要按内核设计好的代码路线走,而不能由用户程序随心所欲,想调哪个内核函数就调哪个内核函数,这样可以保证系统服务被安全地调用。在调用结束之后,CPU再切换回用户模式,继续执行int $0x80的下一条指令,在用户程序看来就像函数调用和返回一样。

  3. eaxebx的值是传递给系统调用的两个参数。eax的值是系统调用号,Linux的各种系统调用都是由int $0x80指令引发的,内核需要通过eax判断用户要调哪个系统调用,_exit的系统调用号是1。ebx的值是传给_exit的参数,表示退出状态。大多数系统调用完成之后会返回用户空间继续执行后面的指令,而_exit系统调用比较特殊,它会终止掉当前进程,而不是返回用户空间继续执行。

x86汇编的两种语法:intel语法和AT&T语法 请点评

x86汇编一直存在两种不同的语法,在intel的官方文档中使用intel语法,Windows也使用intel语法,而UNIX平台的汇编器一直使用AT&T语法,所以本书使用AT&T语法。movl %edx,%eax这条指令如果用intel语法来写,就是mov eax,edx,寄存器名不加%号,源操作数和目标操作数的位置互换,字长也不是用指令的后缀l表示而是用另外的方式表示。本书不详细讨论这两种语法之间的区别,读者可以参考[AssemblyHOWTO]

介绍x86汇编的书很多,UNIX平台的书都采用AT&T语法,例如[GroudUp],其它书一般采用intel语法,例如[x86Assembly]

习题 请点评

1、把本节例子中的int $0x80指令去掉,汇编、链接也能通过,但是执行的时候出现段错误,你能解释其原因吗?

4. 寻址方式 请点评

通过上一节的例子我们了解到,访问内存时在指令中可以用多种方式表示内存地址,比如可以用数组基地址、元素长度和下标三个量来表示,增加了寻址的灵活性。本节介绍x86常用的几种寻址方式(Addressing Mode)。内存寻址在指令中可以表示成如下的通用格式:

ADDRESS_OR_OFFSET(%BASE_OR_OFFSET,%INDEX,MULTIPLIER)

它所表示的地址可以这样计算出来:

FINAL ADDRESS = ADDRESS_OR_OFFSET + BASE_OR_OFFSET + MULTIPLIER * INDEX

其中ADDRESS_OR_OFFSET和MULTIPLIER必须是常数,BASE_OR_OFFSET和INDEX必须是寄存器。在有些寻址方式中会省略这4项中的某些项,相当于这些项是0。

  • 直接寻址(Direct Addressing Mode)。只使用ADDRESS_OR_OFFSET寻址,例如movl ADDRESS, %eax把ADDRESS地址处的32位数传送到eax寄存器。

  • 变址寻址(Indexed Addressing Mode) 。上一节的movl data_items(,%edi,4), %eax就属于这种寻址方式,用于访问数组元素比较方便。

  • 间接寻址(Indirect Addressing Mode)。只使用BASE_OR_OFFSET寻址,例如movl (%eax), %ebx,把eax寄存器的值看作地址,把内存中这个地址处的32位数传送到ebx寄存器。注意和movl %eax, %ebx区分开。

  • 基址寻址(Base Pointer Addressing Mode)。只使用ADDRESS_OR_OFFSET和BASE_OR_OFFSET寻址,例如movl 4(%eax), %ebx,用于访问结构体成员比较方便,例如一个结构体的基地址保存在eax寄存器中,其中一个成员在结构体内的偏移量是4字节,要把这个成员读上来就可以用这条指令。

  • 立即数寻址(Immediate Mode)。就是指令中有一个操作数是立即数,例如movl $12, %eax中的$12,这其实跟寻址没什么关系,但也算作一种寻址方式。

  • 寄存器寻址(Register Addressing Mode)。就是指令中有一个操作数是寄存器,例如movl $12, %eax中的%eax,这跟内存寻址没什么关系,但也算作一种寻址方式。在汇编程序中寄存器用助记符来表示,在机器指令中则要用几个Bit表示寄存器的编号,这几个Bit也可以看作寄存器的地址,但是和内存地址不在一个地址空间。

 

 

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