第1章汇编语言基础.ppt

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1、第1章 汇编语言基础,1.1 英特尔80x86处理器 1.2 个人计算机系统 1.3 汇编语言程序格式,第1章 汇编语言基础,了解软硬件开发环境 熟悉通用寄存器和存储器组织 掌握汇编语言的 语句格式、程序框架和开发方法,3,Intel 8086,1.1 英特尔80x86处理器,80386,80486,奔腾,奔腾II,奔腾4,80286,8086,奔腾III,酷睿多核系列,4004,IA-32处理器,16位80x86处理器,奔腾多核系列,Intel 64处理器,4,1.1.1 16位80x86处理器,16位结构处理器 8086/8088指令系统提供16位基本指令集 80186/80188增加若干

2、条实用指令 8086的工作方式是实方式（Real Mode） 80286增加保护方式（Protected Mode） 80286引入了系统指令 为操作系统等核心程序提供处理器控制功能,指令系统、指令集（Instruction Set）,5,1.1.2 IA-32处理器,80386引入英特尔32位指令集结构ISA 兼容原16位80286指令系统 全面升级为32位 提供虚拟8086工作方式（Virtual 8086 Mode） 80486集成浮点处理单元支持浮点指令 Pentium系列 陆续增加若干整数指令、完善浮点指令 增加一系列多媒体指令（SIMD指令）,IA-32（Intel Archite

3、cture-32）,6,1.1.3 Intel 64处理器,引入64位英特尔指令集结构 兼容32位指令系统 新增64位工作方式 继续丰富多媒体指令 处理器集成多核（Multi-core）技术,处理器进入多核时代,Many core,7,1.2 个人计算机系统,硬件（Hardware）：物理设备 软件（Software）：程序和文档,8,1.2.1 硬件组成,汇编语言程序员将硬件抽象为： 寄存器、存储器地址和输入输出地址,9,1.2.2 寄存器（Register）,处理器内部的高速存储单元 用于暂时存放程序执行过程中的代码和数据 透明寄存器 对应用人员不可见、不能编程直接控制 可编程（Progr

4、ammable）寄存器 具有引用名称、供编程使用 通用寄存器（General-Purpose Register） 具有多种用途 数量较多、使用频度较高 专用寄存器 各自只用于特定目的,10,IA-32常用寄存器,8个32位通用寄存器 6个16位段寄存器 1个32位标志寄存器 1个32位指令指针,11,1. 通用寄存器,处理器最常使用的整数通用寄存器 可用于保存整数数据、地址等 8个32位通用寄存器 EAX，EBX，ECX，EDX ESI，EDI，EBP，ESP 8个16位通用寄存器 AX，BX，CX，DX SI，DI，BP，SP 8个8位通用寄存器 AH，BH，CH，DH AL，BL，CL，D

5、L,既是一个整体 又可独立使用,12,通用寄存器的名称,13,2. 标志寄存器,标志（Flag） 反映指令执行结果或控制指令执行形式 用一个或多个二进制位表示一种标志 用0和1的不同组合表达标志的不同状态 8086支持16位标志寄存器FLAGS IA-32处理器形成32位EFLAGS标志寄存器 状态标志：记录指令执行结果的辅助信息 控制标志：方向标志DF，仅用于串操作指令 系统标志：控制操作系统或核心管理程序的操作方式,示意图,14,标志寄存器EFLAGS,返回,15,处理器最基本的标志：状态标志,用来记录指令执行结果的辅助信息 加减运算和逻辑运算指令主要设置它们 其他有些指令的执行也会相应地

6、设置它们 处理器主要使用其中5个构成各种条件，分支指令判断这些条件实现程序分支,16,3. 指令指针寄存器EIP,保存将要执行的指令在主存的存储器地址 EIP是专用寄存器 顺序执行时自动增量（加上该指令的字节数），指向下一条指令 分支、调用等操作时执行控制转移指令修改，引起程序转移到指定的指令执行 出现中断或异常时被处理器赋值而相应改变,17,4. 段寄存器,段（Segment）是用于安排相关代码或数据的一个主存区域 段寄存器表明某个段在主存中的位置 6个16位段寄存器：CS DS SS ES FS GS 应用程序主要涉及3类段 代码段（Code Segment） 存放程序中指令代码 数据段（

7、Data Segment） 存放当前运行程序所用数据 堆栈段（Stack Segment） 指明程序使用的堆栈区域,18,1.2.3 存储器组织,主存储器容量很大，被划分成许多存储单元 每个存储单元被编排一个号码 即存储单元地址 称为存储器地址（Memory Address） 每个存储单元以字节为基本存储单位 即字节编址（Byte Addressable） 一个字节（Byte）等于8个二进制位（Bit） 二进制位是计算机存储信息的最小单位 16位（2个字节）构成一个字（Word） 32位（4个字节）构成一个双字（Double Word）,示意图,19,数据的位格式,返回,20,1. 存储模型,

8、物理存储器以字节为基本存储单位 每个存储单元被分配一个唯一的地址 这个地址就是物理地址 物理地址空间从0开始顺序编排，直到处理器支持的最大存储单元 8086处理器支持1MB存储器：00000HFFFFFH IA-32处理器支持4GB存储器：00000000HFFFFFFFFH 操作系统利用存储管理单元进行存储管理，程序并不直接寻址物理存储器 IA-32处理器提供3种存储模型，用于程序访问存储器,示意图,21,存储器地址空间,返回,22,IA-32处理器的存储模型,（1）平展存储模型（Flat Memory Model） 存储器是一个连续的地址空间：线性地址空间 IA-32处理器支持4GB容量线

9、性地址空间 （2）段式存储模型（Segmented Memory Model） 存储器由一组独立的地址空间：段（Segment） 每个段都可以达到4GB容量 在处理器内部，所有的段都被映射到线性地址空间 （3）实地址存储模型（Real-address Memory Model） 8086处理器的存储模型 段式存储模型的特例 线性地址空间最大为1MB容量，段最大为64KB,23,2. 工作方式,（1）保护方式（Protected Mode） IA-32处理器固有的工作状态 具有强大的段页式存储管理和特权与保护能力 使用全部32条地址总线，可寻址4GB物理存储器 使用平展或段式存储模型 利用虚拟8

10、086方式支持实地址8086软件 （2）实地址方式（Real-address Mode） 可以进行32位处理的快速8086 只能寻址1MB物理存储器空间，每个段不超过64KB 可以使用32位寄存器、32位操作数和32位寻址方式 只能支持实地址存储模型 （3）系统管理方式（System Management Mode） 实现供节能和系统安全管理,24,3. 逻辑地址（Logical Address）,在处理器内部、程序员编程时采用的地址 逻辑地址段基地址偏移地址 段基地址在主存中的起始地址 偏移地址距离段基地址的位移量 某个存储单元可以有多个逻辑地址，但只有一个唯一的物理地址,示意图,25,逻辑

11、地址与物理地址,返回,26,基本段的逻辑地址,代码段（Code Segment） 段基地址：代码段寄存器CS指示 偏移地址：指令指针寄存器EIP保存 数据段（Data Segment） 段基地址：数据段寄存器DS指示 有时也用附加段寄存器ES，段寄存器FS和GS指示 偏移地址：各种存储器寻址方式计算出来 堆栈段（Stack Segment） 段基地址：堆栈段寄存器SS指示 偏移地址：堆栈指针寄存器ESP保存,27,4. 段选择器,16位段寄存器保存16位段选择器 段选择器指向64位段描述符（Descriptor） 段描述符包括段基地址 平展存储模型：指向地址0位置 段式存储模型：指向线性地址空

12、间不同的段 实地址存储模型：保存段基地址的高16位,28,5. Win32的虚拟地址分配,应用程序起始地址,29,1.2.4 程序设计语言,机器语言（Machine Language） 底层的计算机语言，对应机器指令 形成目标（代码）程序 汇编语言（Assembly Language） 将机器指令用助记符号代替而形成的一种语言 本质上是机器语言 需要汇编程序“汇编”(翻译) 高级语言（High Level Language） 面向问题的程序设计语言 需要“编译”或“解释”后执行,指令是处理器的母语,mov eax,100 add eax,256,30,Instructions: Languag

13、e of the Machine,To command a computers hardware, you must speak its language. The words of a machines language are called instructions, and its vocabulary is called an instruction set. 为了控制计算机硬件，必须使用它的语言。机器语言的单词称为指令，它的词汇表称为指令集。 “Computer Organization & Design - The Hardware/Software Interface ( 2nd

14、 Edition )” by John L. Hennessy and David A. Patterson Morgan Kaufmann Publishers, Inc. 1998,返回,31,汇编语言和高级语言的比较,汇编语言与处理器密切相关，可移植性较差 高级语言与具体计算机无关，便于移植 汇编语言功能有限、涉及硬件细节，编写繁琐困难 高级语言功能强大，语法自然，容易掌握和应用 汇编语言的优势：直接、有效地控制硬件，容易产生运行速度快、指令序列短小的高效率目标程序 高级语言不易直接控制计算机的各种操作，编译程序产生的目标程序往往比较庞大,混合编程、取长补短,32,汇编语言的主要应用场合

15、,程序要具有较快的执行时间，或者只能占用较小的存储容量 程序与计算机硬件密切相关，程序要直接、有效地控制硬件 大型软件需要提高性能、优化处理的部分 没有合适的高级语言、或只能采用汇编语言的时候 分析具体系统尤其是该系统的低层软件、加密解密软件、分析和防治计算机病毒等等,33,1.2.5 软件系统,Windows操作系统平台 MASM 6.15汇编程序,34,1. 操作系统（Operating System）,操作系统管理着系统的软硬件资源 为用户提供使用机器的交互界面 为程序员使用资源提供可供调用的驱动程序 为其他程序构建稳定的运行平台 32位控制台环境 %SystemRoot%system3

16、2cmd.exe 16位模拟DOS环境 %SystemRoot%,32位控制台环境和16位模拟DOS环境 两种基本功能和界面一致，但本质不同,35,2. 汇编程序（Assembler）,将汇编语言源程序转换为机器代码 微软宏汇编程序MASM MASM 6.11是最后一个独立发行的MASM软件包 MASM 6.15来自Visual C+6.0，支持到Pentium 4的SSE2指令系统 Visual C+.NET 2005提供 支持SSE3指令的MASM 8.0 支持64位指令的ML64.EXE程序,汇编语言程序与汇编程序 是两个不同的概念,36,3. 文件路径,目录（Directory）：管理

17、磁盘上文件的文件夹 路径（Path）：分区:根目录子目录文件名 绝对路径：文件的完整路径 d:masmprogseg0101.asm 相对路径：相对当前目录的路径 progseg0101.asm binml.exe 转换分区 d: 进入当前目录（Current Directory） cd masm,37,4. 内部命令和外部命令,内部命令：32位控制台或DOS环境本身具有的、直接支持的命令，即驻留主存的命令 使用方法：命令关键字 参数选项 外部命令：与其他可执行文件一样,以文件形式保存在磁盘上的命令 执行方法：路径文件名 参数 路径搜索顺序 先当前目录 后搜索路径 内部命令PATH查看和设置当

18、前的搜索路径,38,5. 进入MASM目录的批处理文件,为便于进入MASM目录，可创建批处理文件 32位Windows控制台：WIN32.BAT 16位DOS环境：DOS16.BAT 为便于访问其中文件，增加搜索路径： set PATH=D:MASM;D:MASMBIN;%PATH%,在Windows资源管理器打开文件夹“D:MASM”， 双击该批处理文件，就可以进入MASM环境,39,具有搜索路径的批处理文件,返回,echo off set PATH=D:MASM;D:MASMBIN;%PATH% %SystemRoot%system32cmd.exe echo on,WIN32.BAT,e

19、cho off set PATH=D:MASM;D:MASMBIN;%PATH% %SystemRoot% echo on,DOS16.BAT,40,1.3 汇编语言程序格式,程序用程序设计语言编写，由指令构成 指令由操作码和操作数（地址码）组成 操作码（Opcode）表明处理器执行的操作 例如数据传送、加法运算、跳转等操作。 操作数（Operand）是参与操作的数据对象 主要以寄存器名或地址形式指明数据的来源 通常的指令都有一个或两个操作数 有些指令无操作数，个别指令有3或4个操作数 多数操作数需要显式指明，有些操作数隐含使用,41,1.3.1 指令的代码格式（Instruction For

20、mat）,IA-32处理器采用可变长度指令格式 操作码 可选的指令前缀（用于扩展指令功能） 13字节的主要操作码 操作数 可选的寻址方式域（包括ModR/M和SIB字段） 可选的位移量 可选的立即数,42,使用最多、最基本的数据传送指令,传送指令的助记符：MOV（取自Move） 将数据从一个位置传送到另一个位置 类似高级语言的赋值语句 mov dest,src ;源操作数src：被传送的数据或数据所在的位置 ;目的操作数dest：数据将要传送到的位置,mov eax,ebx ; 机器代码：8B C3 mov eax,ebx ; 机器代码：8B 03 mov eax,ebx+esi*4+80h

21、; 机器代码：8B 84 B3 80 00 00 00,功能演示,43,传送指令MOV的功能演示,返回,源操作数 src,目的操作数 dest,30H,30H,被传送的数据,44,1.3.2 语句格式,源程序由语句组成 一个语句常占一行（MASM有续行符“”） 一个语句不超过132个字符，4个部分 执行性语句：表达处理器指令（硬指令） 标号: 硬指令助记符 操作数,操作数 ;注释 说明性语句：表达伪指令，控制汇编方式 名字 伪指令助记符 参数,参数, ;注释,这是MASM语法，但具有一般性,45,1. 标号与名字,标号：执行性语句中 冒号分隔 表示处理器指令在主存中的逻辑地址 指示分支、循环等

22、程序的目的地址 名字：说明性语句中 空格或制表符分隔 变量名、段名、子程序名等 反映变量、段和子程序等的逻辑地址,标号和名字是用户自定义的标识符,46,标识符（Identifier）,最多由31个字母、数字及规定的特殊符号（如 _、$、?、）组成，不能以数字开头 一个源程序中，用户定义的每个标识符必须唯一 不能是汇编程序采用的保留字 保留字（Reserved Word）是编程语言本身需要使用的各种具有特定含义的标识符、也称为关键字 硬指令助记符： MOV 伪指令助记符： BYTE 操作符： OFFSET 寄存器名： EAX,取名原则类似高级语言 但默认不区别大小写字母,47,2. 助记符,助记

23、符是帮助记忆指令功能的符号 硬指令助记符表示处理器指令 伪指令助记符表达一个汇编命令 处理器指令示例：传送指令 MOV 伪指令示例：字节变量定义 助记符：BYTE （或DB） 功能：在主存中占用若干的存储空间，用于保存变量值，该变量以字节为单位存取,msg byte Hello, Assembly !,13,10,0,48,3. 操作数和参数,处理器指令的操作数：表示参与操作的对象 具体的常量 保存在寄存器的数据 保存在存储器中的变量 逗号前常是目的操作数，逗号后常是源操作数 伪指令的参数： 常量、变量名、表达式等 可以有多个，参数之间用逗号分隔,msg byte Hello, Assembl

24、y !,13,10,0,mov eax,offset msg,49,4. 注释和分隔符,语句中分号后的内容是注释 对指令或程序进行说明 汇编程序不对它们做任何处理 注释利于阅读，应养成书写注释的好习惯 语句的4个组成部分要用分隔符分开 标号后的冒号 注释前的分号 操作数间和参数间的逗号 分隔其他部分采用一个或多个空格或制表符 注释使用英文或中文均可,分隔符都是英文标点,良好的语句格式有利于编程,50,1.3.3 源程序框架,;eg0000.asm in Windows Console include io32.inc ;包含32位输入输出文件 .data ;定义数据段 ;数据定义（数据待填）

25、.code ;定义代码段 start: ;程序执行起始位置 ;主程序（指令待填） exit 0 ;程序正常执行结束 ;子程序（指令待填） end start ;汇编结束,51,1. 包含伪指令INCLUDE,将常用的常量定义、过程说明、共享的子程序库等内容进行声明（相当于C和C+语言中，包含头文件的作用） IO32.INC是配合本书的包含文件 前3个语句： .686 ;32位指令 .model flat,stdcall ;选择平展模型，标准调用规范 option casemap:none ;告知MASM区分用户定义标识符的大小写,52,2. 段的简化定义,数据段定义伪指令.DATA创建一个数据

26、段 代码段定义伪指令.CODE创建一个代码段 堆栈段由Windows维护，用户不必设置 程序开始执行的位置 应用一个标号（例如：START） 汇编结束END指令的参数 应用程序执行结束 语句“EXIT 0”将控制权交还操作系统 提供给操作系统一个返回代码 通常用0表示执行正确 源程序汇编结束END语句,执行结束汇编结束,53,例1-1信息显示程序,在数据段给出这个字符串形式的信息： ;数据段 msg byte Hello, Assembly!,13,10,0 ;定义要显示的字符串 在代码段编写显示字符串的程序： ;代码段 mov eax,offset msg ;指定字符串的偏移地址 call

27、dispmsg ;调用I/O子程序显示信息,完整程序,54,汇编语言源程序EG0101.ASM,;eg0101.asm include io32.inc .data ;数据段 msg byte Hello, Assembly!,13,10,0 .code ;代码段 start: ;程序执行起始位置 mov eax,offset msg call dispmsg exit 0 ;程序正常执行结束 end start ;汇编结束,返回,Hello, Assembly !,运行结果,对比,55,信息显示的C语言源程序,#include int main() printf(“Hello, world

28、!n“); exit(0); ,返回,Hello, world !,运行结果,56,3. 输入输出子程序库,汇编程序通常不提供任何函数或程序库 必须利用操作系统的编程资源 本书配套键盘输入和显示器输出的I/O子程序 含IO32.INC和IO32.LIB，需要包含文件声明 源程序文件开始使用包含命令声明 INCLUDE IO32.INC 子程序调用方法 MOV EAX,入口参数 CALL 子程序名,输入子程序,输出子程序,57,常用输出子程序,返回,58,常用输入子程序,返回,59,1.3.4 开发过程,60,1. 开发软件,抽取MASM 6.11和Visual C+ 6.0集成开发环境中有关文

29、件构造基本开发软件包 MASM主目录：I/O库、包含文件及批处理文件 BIN子目录：进行汇编、连接及配套程序文件 WINDBG子目录：调试程序WinDbg.EXE 默认安装到D分区的MASM目录 快速开发方法 进入MASM目录 双击批处理文件WIN32.BAT 生成可执行文件 MAKE32 eg0101,快速开发过程,61,快速开发过程,返回,感性认识因直观而印象深刻,62,2. 源程序的编辑,源程序文件是无格式文件、纯文本类型 以ASM为扩展名，可使用任何文本编辑器 Windows的记事本Notepad 其他程序开发工具中的编辑环境 专注于源程序编写的编辑软件，例如UltraEdit32 本

30、书配套开发软件MASM主目录提供 Notepad2.exe程序,本书源程序文件的命名规则 EG例题，EX习题 前2位数字章号，后2位数字序号,63,3. 源程序的汇编,生成目标模块文件（.OBJ） MASM 6.x的汇编程序是ML.EXE BINML /c /coff eg0101.asm 参数“/c”（小写字母）实现源程序的汇编 参数“/coff”（小写字母）表示生成COFF格式的目标模块文件,温馨提示：将源文件放在MASM目录,温馨提示：ML.EXE的参数区别大小写,64,4. 目标文件的连接,把一个或多个目标文件和库文件合成一个可执行文件（.EXE） 32位连接程序被更名为LINK32.

31、EXE BINLINK32 /subsystem:console eg0101.obj “/subsystem:console”表示生成Windows控制台（Console）环境的可执行文件 “/subsystem:windows”生成Windows图形窗口的可执行文件,温馨提示：使用批处理文件方便操作,温馨提示：汇编程序只指出语法错误,65,5. 可执行文件的运行,进入控制台（或模拟DOS）环境 在命令行提示符下输入文件名（可以省略扩展名）、按下回车键运行 eg0101.exe 运行错误，就需要 静态排错：阅读分析源程序 动态排错：利用调试程序,温馨提示：不要在Windows下双击运行,66

32、,6. 列表文件,列表文件（.LST）含有源程序和目标代码 ML /c /coff /Fl eg0101.asm “/Fl”创建列表文件 （大写F、小写l，不是数字1） 列表文件有两部分内容 第一部分：源程序及其代码 第二部分：各种标识符 错误Error：比较严重的语法错误 警告Warning：不太关键的语法错误,67,7. 调试程序,WinDbg是微软提供的Windows调试程序 WinDbg支持源程序级调试，但需要在汇编、连接过程中加入参数 汇编时用“/Zi” （大写Z、小写i）参数 ML /c /coff /Fl /Zi eg0101.asm 连接时用“/debug”参数 LINK32 /subsystem:console /debug eg0101.obj 双击WinDbg快捷方式打开调试程序,第1章习题：汇编语言基础,1.1 简答题（1、3、6、7、8） 1.2 判断题（1、6、7、8、9） 1.3 填空题（3、4、5、7、10） 1.9、1.13、1.15、1.16,