汇编 - 寄存器

Posted 2020-10-07 David

 

第一章： 1. 什么是汇编语言

第二章：IA-32平台

 

一、基本概念

CPU 由 运算器、控制器、寄存器等组成，由内部总线相连。

在CPU中，运算器进行信息处理，寄存器进行信息存储，控制器控制各种器件进行工作。

寄存器是CPU中程序员可以用指令读写的部件。程序员通过改变各种寄存器中的内容来实现对CPU的控制。

 

寄存器	描述
通用	8个32位寄存器，用于存储正在处理的数据
段	6个16位寄存器，用于处理内存访问
指令指针	单一的32位寄存器，指向要执行的下一条指令码
浮点数据	8个80位寄存器，用于浮点数学数据
控制	5个32位寄存器，用于确定处理器的操作模式
调试	8个32位寄存器，用于在调式处理时包含信息。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. 通用寄存器

8086 CPU 所有寄存都是16位的，可以存放两个字节。

AX, BX, CX, DX 四个寄存器通常用来存放一般性的数据，称为通用寄存器。

所有的寄存器可以分成高位与低位 AH && AL

 

 

问： 一个16位寄存器所能存储的数据最大值为多少？

答： 2^16-1 

 

80386 32位寄存器 概览

寄存器	描述
EAX	用于操作数和结果数据的累加器
EBX	指向数据内存段中的数据的指针
ECX	字符串和循环操作的计数器
EDX	I/O指针
EDI	用于字符串操作的目标的数据指针
ESI	用于字符串操作的源的数据指针
ESP	堆栈指针
EBP	堆栈数据指针

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. 字的概念

为了考虑兼容性，8086CPU可以一次性处理两种类型的数据：

字节： 1byte = 8bit , 可以存储在8位寄存器中。

字： 1world = 2byte = 16bit, 由高位字节与低位字节组成。

 

问题：使用汇编指令计算2的4次方。

2*2*2*2

mov ax, 2

add ax, ax  (ax = ax + ax)  2 + 2 = 4

add ax, ax (ax = ax + ax)  4 + 4 = 8

add ax, ax (8 + 8 )

 

 

3. 物理地址的计算方法

CPU 访问内存单元时，必须向内存提供内存单元的物理地址，8086CPU在内部用段地址和偏移地址移位相加的方法形成最终的物理地址。

CPU 可以用不同的段地址和偏移地址形成同一个物理地址

 

32位、64位机表示：

1. 运算器一次最多可以处理32、64位的数据

2. 寄存器的最大宽度为32、64位

3. 寄存器和运算器之间的通路为32、64位

 

8086 CPU 相关部件逻辑结构

8086 CPU 使用两个 16位的地址 合成一个20位的物理地址

 

 

地址加法器采用 物理地址 = 段地址 * 16 + 偏移地址 的方法来合成物理地址

该公式的含义： CPU在访问内存时，用一个基础地址（段地址 * 16） 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。

 

 

 

4. 段的概念与段寄存器

在编程时可以根据需要将若干个连续的内存单元看作一个段，用段地址 * 16 定位段的起始地址(基础地址)， 用偏移地址定位段中的内存单元。

8086 CPU 有四个段寄存器： CS, DS, SS, ES

 

CS 与 IP 指示了CPU当前要读取指令的地址。 CS 为代码段寄存器，IP为指令指针寄存器。

在8086 CPU 中， 任意时刻，设CS中内容为M, IP中内容为N, 则 CPU 将从内存 M * 16 + N 单元开始，读取并执行一条指令。

 

8086CPU的工作过程：

1. 从CS:IP指向的内存单元读取指令，读取的指令进入指令缓冲器。

2. IP = IP+所读取指令的长度，从而指向下一条指令。

3. 执行指令，转到步骤1，重复过程。

 

mov 指令是传送指令，不能修改段寄存器中的值。

修改CS:IP 寄存器中的值： jmp 命令 【转移指令】

jmp 2AE3:3 执行后， CS=2AE3H, IP=0003H

jmp ax        类似于 jmp IP, ax 

 

jmp 段地址：偏移地址   // 用指令中给出的段地址修改CS，偏移地址修改IP

jmp  某一合法寄存器  // 用寄存器中的值修改IP

 

段寄存器	描述
CS	代码段
DS	数据段
SS	堆栈段
ES	附加段指针
FS	附加段指针
GS	附加段指针

 

 

CPU 根据什么将内存中的信息看作指令？

CPU将CS:IP指向的内存单元中的内容看作指令。

 

 

二、实验 查看CPU 和 内存，用机器指令和汇编指令编程

1. 环境搭建

参考

https://segmentfault.com/q/1010000000366869

https://jingyan.baidu.com/album/da1091fbd26bfe027849d68c.html?picindex=6

 

使用Debug程序来查看CPU 与 和内存

下载 DOSBox 与 debug.exe 程序

 

mount c: ~/users/Documents/

debug

使用环境 DOSBox && debug.exe

DOSBox 是一个8086的一个模拟器

debug是 DOS、Windows 提供的实模式程序调式工具。可以查看CPU各种寄存器中内容、内存的情况和机器码级跟踪程序的运行。

 

 

第三步： 使用Debug

Debug 的 R 命令查看、改变CPU寄存的内容

Debug 的 D 命令查看内存中的内容

Debug 的 E 命令改写内存中的内容

Debug 的 U 命令将内存中的机器指令翻译成汇编指令

Debug 的 T 命令执行一条机器指令

Debug 的 A 命令以汇编指令的格式在内存中写入一条机器指令。

 

第四步： 用 R 命令查看、改变CPU寄存器的内容

 

 

修改寄存中内容

使用R命令修改寄存器中的值 ，在 R 命令之后加寄存器的名来进行。

 

 

第五步：用Debug 的 D 命令查看内存中的内容

 

安全调试软件：

OllyDbg 反汇编工具

SoftICE 调式器

WinDbg

IDA Pro

 

 

 

 

内存中字的存储

字单元： 即存放一个字型数据（16位）的内存单元，由两个地址连续的内存单元组成，高地址内存单元中存放字形数据的高位字节，低地址内存单元中存放字形数据的低位字节。

8086 CPU 中有一个DS奇存器，通常用来存放要访问数据的段地址。

 

如何把一个数据送入寄存器？

mov bx, 1000H  # 将1000存放在bx寄存器
mov ds, bx        # 将 bx 存放在在 ds 段寄存器中
mov al, [0]        # 将 1000:0 中的数据读到al中

 

解释如下：

[...] 表示偏移地址。

DS段寄存器只能通过通用寄存器的值存入。

数据 -> 通用寄存器 -> 段寄存器

 

问题： 写几条指令，将 al 中的数据送入内存单元 10000H？

 

分析： 怎样将数据从寄存器送入内存单元？

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

 

CPU提供栈的机制

PUSH && POP 入栈与出栈操作都是以字为单位进行。

 

CPU 是如何知道栈顶的位置？

8086 CPU 使用 段寄存器 SS 和 寄存器 SP，栈顶的段地址存放在SS中，偏移地址存放在SP中。

任意时刻， SS:SP 指向栈顶元素。 push 指令和pop指令执行时，cpu从SS 和 SP 中得到栈顶的地址。

 

push ax

第一步： SP = SP - 2, SS:SP 指向当前栈顶前面的单元，以当前栈顶前面的单元为新的栈顶

第二步： 将ax中的内容送入 SS:SP指向的内存单元处，SS:SP 此时指向新栈顶。

 

 

[0] 表示内存单元，它的偏移地址是0.

mov ax, [0]

上面指令将一个内存单元内容送入ax, 这个内存单元的长度为2字节(字单元)，存放一个字，偏移地址为0，段地址在ds中。

mov al, [0]

上面指令将一个内存单元内容送入al, 这个内存单元的长度为1字节(字节单元)，存放一个字节，偏移地址为0，段地址在ds中。

mov ax, [bx]

将一个内存单元内容送入ax, 这个内存单元的长度为2字节（字单元），存放一个字，偏移地址在bx中，段地址在ds中。(ax) = ((ds) * 16 + (bx))

mov al, [bx]

将一个内存单元的内容送入al, 这个内存单元的长度为1字节（字节单元），存放一个字节，偏移地址在bx中，段地址在ds中。

 

使用()来表示一个寄存器或一个内存单元中的内容。

(ax) 表示ax中的内容， （al）表示al中的内容。

（20000H）表示内存20000H单元的内容()中的内存单元的地址为物理地址。

（(ds) * 16 + (bx)） 表示 ds中内容为ADR1, bx中内容为 ADR2， 内存 ADR1*16+ADR2 单元的内容。