汇编语言个人学习笔记——第四章 第一个程序

引言：

     现在，我们将开始编写完整的汇编语言程序，用编译器将它们可执行文件（如*.exe文件），在操作系统中运行。

     这一章，我们将编写第一个这样的程序。

 

4.1一个源程序从写出到执行的过程

一个汇编语言程序从写出到最终执行的简要过程：

1、编写：使用文本编译器（如记事本、Nodpad、UltraEdit），用汇编语言编写汇编源程序。

2、编译连接：

使用汇编语言编译程序（MASM.EXE）对源程序文件中的源程序进行编译，产生目标文件；

再用连接程序（LINK.EXE）对目标文件进行连接，生成可在操作系统中直接运行的可执行文件。

可执行文件包含两部分内容：

（1）程序（从源程序中的汇编指令翻译过来的机器码）和数据（源程序中定义的数据）

（2）相关的描述信息（比如，程序有多大、要占用多少内存空间等）

3、执行可执行文件中的程序

在操作系统中，执行可执行文件中的程序。

操作系统依照可执行文件中的描述信息，将可执行文件中的机器码和数据加载入内存，并进行相关的初始化（比如设置CS:IP指向第一条要执行的指令），然后由CPU执行程序。

 

4.2源程序

下面就是一段简单的汇编语言源程序：

      中间的一段便是汇编指令，有对应的机器码，可以被编译为机器指令，最终被CPU执行。

      上面和下面两段是伪指令，没有对应的机器码，最终不被CPU。

谁来执行伪指令？

      伪指令是由编译器来执行的指令，编译器根据伪指令来进行相关的编译工作。

XXX segment

XXX ends

end

assume

定义一个段：

      segment和ends是一对成对使用的伪指令，这是在写可被编译器编译的汇编程序时，必须用到的一对伪指令。

      segment和ends的功能是定义一个段，segment说明一个段开始，ends说明一个段结束。

      一个段必须有一个名称来标识，使用格式为：

      段名 segment

      段名 ends

      一个汇编程序是由多个段组成的，这些段被用来存放代码、数据或当作栈空间来使用。

      一个有意义的汇编程序中至少要有一个段，这个段用来存放代码。

End是一个汇编程序的结束标记，编译器在编译汇编程序的过程中，如果碰到了伪指令end，就结束对源程序的编译。

      如果程序写完了，要在结尾处加上伪指令end。否则，编译器在编译程序时，无法知道程序在何处结束。

切记：不要把end和ends搞混了。

寄存器和段的关联假设：

      assume：含义为“假设”。

      它假设某一段寄存器和程序中的某一个用segment……ends定义的段相关联。

      通过assume说明这种关联，在需要的情况下，编译程序可以将段寄存器和某一个具体的段相联系。

例如：

assume cs:codeseg

相当于告诉编译器段寄存器cs假设代码段的名称为codeseg

源程序中的程序：

汇编源程序：

                       伪指令  （编译器处理）

                       汇编指令（编译为机器码）

（注：我们通过伪指令告诉编译器哪里应该开始、哪里应该结束、哪里指向CS……）

程序：源程序中最终由计算机执行、处理的指令或数据。

注意：

以后可以将源程序文件中的所有内容称为源程序，将源程序中最终由计算机执行、处理的指令或数据，称为程序。

程序最先以汇编指令的形式存放在源程序中，经编译、连接后转变为机器码，存储在可执行文件（pe）中。

程序经编译连接后变为机器码，如图：

标号

一个标号指代了一个地址

codesg：放在segment的前面，作为一个段的名称，这个段的名称最终将被编译、连接程序处理为一个段的段地址。

程序的结构

任务：编程运算2^3。

（1）定义一个段

（2）实现处理任务

（3）程序结束

（4）段与段寄存器关联

汇编程序：

assume cs:abc

abc segment

mov ax,2

add ax,ax

add ax,ax

abc ends

end

程序返回

       我们的程序最先以汇编指令的形式存在源程序中，经编译、连接后转变为机器码，存储在可执行文件中，那么它怎样得到运行呢？

DOS中的程序运行

       DOS是一个单任务操作系统。

一个程序P2在可执行文件中，则必须有一个正在运行的程序P1，将P2从可执行文件中加载入内存后，将CPU的控制权交给P2，P2才能得以运行。P2开始运行后，P1暂停运行。

而当P2运行完毕后，应该将CPU的控制权交还给使它得以运行的程序P1，此后，P1继续运行。

      现在，我们知道一个程序结束后，将CPU的控制权交还给使它得以运行的程序，我们称这个过程为程序返回。

程序返回

      应该在程序的末尾添加返回的程序段。

      mov ax,4c00H

      int 21H (中断DOS）

      这两条指令所实现的功能就是程序返回。

几个和结束相关的内容：段结束、程序结束、程序返回。

语法错误和逻辑错误

语法错误                                                                     逻辑错误

程序在编译时被编译器发现的错误；                          程序在编译时不能表现出来的、在运行时发生的错误；

容易发现，如：                                                           不容易发现。

aume cs:abc

abc segment

         mov ax,2

         add ax,ax

         add ax,ax

end

 

4.3编辑源程序

assume cs:abc

abc segment
    mov ax,2
    add ax,ax
    add ax,ax
    
    mov ax,4c00H
    int 21H
abc ends
end

一般来说有两类错误使我们得不到所期望的目标文件：

1、我们程序中有Severe Errors；

2、找不到所给出的源程序文件

 

4.4编译和连接

个人建议用Notepad++编写程序，也要下载masm，方法不再详述。

我们用汇编语言编写好程序后，要将后缀名改为asm，然后再把程序和下载的masm中的link.exe、masm.exe和ml.exe放在一起，然后通过cmd命令找到文件路径，再进行编译连接，如：masm 1.asm，link 1.obj。

exe的执行：

我们刚才写的的程序没有向显示器输出任何信息。程序只是做了一些将数据送入寄存器和加法的操作，而这些事情，我们不可能从显示屏上看出来。

程序执行完成后，返回，屏幕上再次出现操作系统的提示符。

（这里我觉得一劳永逸解决比较好，不想用dosbox，老是出问题，就装了个虚拟机）

4.5以简化的方式进行编译和连接

直接再cmd中输入ml 1.asm就可以生成1.exe文件

这里1.asm是已经编辑好的源程序

关于编译和链接

连接的作用是什么？

连接的作用有以下几个：

当源程序很大时，可以将它分为多个源程序文件来编译，每个源程序编译成为目标文件后，再用连接程序将它们连接到一起，生成一个可执行文件；

程序中调用了某个库文件的子程序，需要将这个库文件和该程序生成的目标文件连接到一起，生成一个可执行文件；

一个源程序编译后，得到了存有机器码的目标文件，目标文件中的有些内容还不能直接用来生成可执行文件，连接程序将此内容处理为最终的可执行信息。

所以，在只有一个源程序文件，而又不需要调用某个库中的子程序的情况下，也必须用连接程序对目标文件进行处理，生成可执行文件。

注意：对于连接的过程，可执行文件是我们要得到的最终结果。

我们用汇编语言编程，就要用到：编辑器（Edit）、编译器（masm）、连接器（link）、调试工具（debug）等所有工具，而这些工具都是在操作系统之上运行的程序，所以我们的学习过程必须在操作系统的环境中进行。

 

4.6可执行文件中的程序装入内存并运行的原理

就像前面说的，在DOS中，可执行文件中的程序P1若要运行，必须有一个正在运行的程序P2，将P1从可执行文件中加载入内存，将CPU的控制权交给它，P1才能得以运行；

当P1运行完毕后，应该将CPU的控制权ji交还给使它得以运行的程序P2。

1.exe的执行过程：

（1）我们在提示符E:\X（路径）后面输入可执行文件的名字“1”，按Enter键。

（2）1.exe中的程序运行

（3）运行结束，返回，再次显示提示符：“E:\X”

问题：

执行第（1）步操作时，有一个正在运行的程序将1.exe中的程序加载入内存，这个正在运行的程序是什么？

他将程序加载入内存后，如何使程序得以运行？

执行第（3）步操作，程序运行结束后，返回到哪里？

先来看看这部分内容：

操作系统的外壳：

       操作系统是由多个功能模块组成的庞大、复杂的软件系统。任何通用的操作系统，都要提供一个称为shell（外壳）的程序，用户（操作人员）使用这个程序来操作计算机系统工作。

        DOS中有一个程序command.com，这个程序在DOS中称为ming命令解释器，也就是DOS系统的shell。

问题分析：

我们在DOS中直接执行1.exe时，是正在运行的command将1.exe中的程序加载入内存。

command设置CPU的CS:IP指向程序的第一条指令（即程序的入口)；从而使程序得以运行。

程序运行结束后，返回到command中，CPU继续运行command。

回顾一下汇编程序从写出到执行的过程：

4.7程序执行过程的跟踪

 为了观察程序的运行过程，我们可以使用Debug。

Debug可以将程序加载入内存，设置CS:IP指向程序的入口，但Debug并不放弃对CPU的控制，这样，我们就可以使用Debug的相关命令来来单步执行程序，查看每条指令的执行结果。

注：debug相当于执行一条程序的指令然后马上中断一次。

让我们重新来进行一次程序的编写、编译、连接、执行，然后再用debug查看程序中每条指令的执行结果。

首先打开Notepad++，用汇编语言编写程序命名为1.asm：

（这里由于我编写的程序总是出问题，所以直接复制小甲鱼老师的代码了，之后再自己试试吧，顺便说一句，mov ax，4c00H  int 21H是关闭程序）

然后将1.asm与masm中的ml.exe，masm.exe，link.exe放到同一目录下（由于16位汇编与64位系统不兼容，所以我放到虚拟机里了）

然后打开cmd命令框，找到1.asm所在的目录，直接ml 1.asm编译并连接，生成1.exe可执行程序，可以直接输入1.exe试一试程序是否能运行。

然后输入命令debug 1.exe，可以用R指令查看各寄存器

可以看到，debugjian将程序从可执行文件加载入内存后，cx中存放的是程序的长度。1.exe中程序的机器码共有15个字节。

现在程序已从1.exe中装入内存，接下来我们查看一下它的内容，可是我们查看哪里的内容呢？（查看DS的内容还是查看CS的内容）

程序被装入内存的什么地方？

我们如何得知？

在DOS系统中.exe文件中的程序的加载过程如下：

DS和CS之间的256个内存单元存放的是psp的内容（psp这里并没有搞明白，以后再说吧）

可以利用 -u来查看psp的内容

0B33:0之后的内容才是真正的程序，前面的PSP有它的作用（貌似牵扯到系统内核）

注意：有一步称为重定位的我们在上面没有说，因为这个问题和操作系统的关系较大，不作讨论。

总结：

程序加载后，DS中存放这程序所在内存区的段地址，这个内存区的偏移地址为0，则程序所在的内存区的地址为：ds:0；

这个内存区的前256个字节中存放的是PSP，dos用来和程序进行通信。

从256字节处向后的空间存放的是程序。

所以，我们从ds中可以得到PSP的段地址SA，PSP的偏移地址为0，则物理地址为SAx16+0

因为PSP占256（100H）字节，所以程序的物理地址是：

SAX16+0+256=SAX16+16X16=(SA+16)X16+0

可用段地址和偏移地址表示为：SA+10:0。

可以用U命令查看一下其他指令；

可以用T命令单步执行程序中的每一条指令并观察每条指令的执行结果

到了int 21，我们要用P命令执行

int 21执行后，显示”Program terminated normally“，返回到debug中。

表示程序正常结束。

这里要再强调一次：要用P命令执行int 21。

需要注意的是，在DOS中运行程序时，是command将程序加载入内存；

所以程序运行结束后，返回到command中，而在这里是debug将程序加载入内存，所以程序运行结束后要返回到Debug中。

使用Q命令退出Debug，将返回到command中，因为Debug是由command加载运行的。

我们在DOS中用debug 1.exe运行debug对1.exe进行跟踪时，程序加载的顺序是：command加载debug，debug加载1.exe。

返回的顺序是：从1.exe中的程序返回到Debug，从Debug返回到command。