汇编语言（一）—— 汇编语言基础

汇编语言基础（针对IA-32处理器）

汇编语言基础-硬件组成

计算机硬件组成：处理器子系统（CPU=运算器+控制器+寄存器）+存储器子系统（主存储器）+IO设备子系统（辅助存储器+输入设备+输出设备）
汇编角度：寄存器+存储器地址+输入输出地址

寄存器

寄存器：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；
寄存器分类：

1. 透明寄存器：对应用人员不可见、不能编程直接控制。
2. 可编程寄存器：具有引用名称、可编程使用，分为通用寄存器(General-Purpose Register)与专用寄存器。

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，可以整体使用，也可以独立使用。

1. 32位通用寄存器：EAX、EBX、ECX、EDX、ESI、EDI、EBP、ESP
   （32位IA-32处理器，E：Extended）
2. 16位通用寄存器：AX、BX、CX、DX、SI、DI、BP、SP
   （16位8086处理器，X：miX(H+L)，AX：Accumulator，BX：Base Address，CX：Counter，DX：Data，SI：Source Index，DI：Destination Index，BP：Base Pointer，SP：Stack Pointer）
3. 8位通用寄存器：AH、AL、BH、BL、CH、CL、DH、DL
   （16位8086处理器前四个寄存器的高低字节，H：High，L：Low）

专用寄存器

1. 标志寄存器：EFLAGS（各种标志组合在一个专用寄存器形成标志寄存器，8086支持16位、IA-32支持32位。标志体现处理器的一种工作形态，反映执行结果，如加减进借位、是否为零、是正是负；控制指令执行形式}，如是否单步操作、是否相应外部中断。）
2. 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。顺序执行时自动增加指向下一条指令；分支、调用执行控制转移指令修改；中断、异常时处理器赋值改变。）
3. 段寄存器（16位）：CS、DS、SS、ES、FS、GS（指明某一个段在主存中的位置，即段的开始。存储空间分段管理，段是保存相关代码或数据的一个主存区域，三类基本段：
   ① 代码段(Code Segment)，保存可执行代码/处理器指令；
   ② 数据段(Data Segment+Extra Segment+FS+GS)，保存数据，如全局变量；
   ③ 堆栈段(Stack Segment)，保存返回地址、临时变量等）
4. 存储器地址在编程时采用逻辑地址：段基地址（段寄存器）：偏移地址（EIP/ESP/EBP/EA），如代码段的当前指令地址由CS与EIP联合指明；堆栈段当前栈顶地址由SS与ESP联合指明；数据段操作数地址由DS/ES/FS/GS与EA（有效地址：存储器寻址方式计算）联合指明。

存储器地址

主存储器被划分为许多个存储单元，每个存储单元以为基本存储单位（字节编址），被编排一个号码作为存储单元地址，称为存储器地址(Memory Address)。

1. 数据基本单位：位(1Bit)、字节(8Bit)、字(16Bit)、双字(32Bit)。
2. 存储器的物理地址（绝对地址）：处理连接的物理存储器使用物理地址，从0开始顺序编排指导其支持的最大存储单元。如IA-32有4GB($2^{32}$B)的存储空间（从0开始顺序编排，直到FFFFFFFFH，四个二进制位对一个十六进制位）。
3. IA-32处理器提供三种存储模型：
   ① 平展存储模型，连续的4GB线性地址空间；
   ② 段式存储模型，有一组独立的地址空间（段）组成，每个段都可以达到4GB；
   ③ 实地址存储模型，8086使用，每段最大64KB，存储器最大1MB；
   （高性能处理器集成存储管理单元MMU(Memory Management Unit)：操作系统利用MMU进行主存储器空间管理（程序不直接寻址物理存储器）；处理器通过操作系统利用MMU将逻辑地址映射为线性地址（虚拟地址），再转换成物理地址进而访问主存储器芯片）。
4. 存储空间分段管理：段是保存相关代码或数据的一个主存区域，三类基本段：
   ① 代码段(Code Segment)，保存可执行代码/处理器指令；
   ② 数据段(Data Segment+Extra Segment+FS+GS)，保存数据，如全局变量；
   ③ 堆栈段(Stack Segment)，保存返回地址、临时变量等。
5. 存储器的逻辑地址（相对地址）：逻辑地址 = 段基地址（在主存中的起始位置） ：偏移地址（距离段基地址的位移量）
   （存储器空间分段管理，采用逻辑地址指示（处理器内部以及程序员编程）
6. Win32的虚拟地址分配：应用程序开始地址为：00400000H

汇编语言基础-程序格式

处理器指令格式

程序有程序设计语言编写，编译后由处理器指令构成。

1. 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，如数据传送、加法运算、跳转等操作，汇编语言使用指令助记符表示。操作数(Operand)是参与操作的数据对象，以寄存器名或地址形式指明数据来源，汇编语言使用寄存器、常量、变量等形式表示。
2. 使用最多、最基本的数据传送指令：MOV（将数据从一个位置传送到另一个位置）。
   mov dest, src ; src为源操作数/源位置，表明被传送的数据或数据所在的位置；dest为目的操作数/目的位置，表明数据将要传送到的位置。
3. 处理器指令的二进制编码：① 操作码：可选的指令前缀（用于扩展指令功能）+ 主要操作码；② 操作数：可选的寻址方式域（Mod R/M和SIB字段）+ 可选的位移量 + 可选的立即数。
   

汇编语言语句格式

1. 一句一行，支持续行符"$\backslash$"，一句不超过132个字符、4个部分。
2. 执行性语句：表达处理器指令，实现功能。
   标号: 硬指令助记符 操作数, 操作数 ; 注释
3. 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
4. 用户定义的标识符：
   ① 标号：执行性语句；冒号分隔；表示处理器指令在主存中的逻辑地址；指示分支、循环等程序的目的地址。
   ② 名字：空格或制表符分隔；变量名、段名；子程序名等；反应变量、段和子程序等的逻辑地址。
5. 标识符原则：① 不能以数字开头；② 一个源程序中，每个标识符必须唯一；③ 不能是保留字；④ 默认不区分大小写。
6. 助记符：① 硬指令助记符表示处理器指令，如MOV传送指令；② 伪指令助记符表示一个汇编指令，如BYTE字节变量定义，在主存中占用若干存储空间保存变量值。
7. 操作数和参数：
   ① 处理器指令的操作数，表示参与操作的对象，具体常量、寄存器中的数据、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。
   ② 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。
8. 汇编语言对齐：
   ① 标号和名字从首列开始；
   ② 助记符、注释通过制表符对齐；
   ③ 助记符与操作数、参数之间用空格或制表符对齐。

源程序框架

;微软MASM汇编程序源程序框架.asm：
;       include io32.inc    ; 包含伪指令INCLUDE(钱晓捷老师教材提供)
        .data               ; 定义数据段
        ...                 ; 数据定义，数据待填
        .code               ; 定义代码段，注.stack可以定义堆栈段
start:                      ; 代码段开始，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，终止程序执行，将控制权返回给操作系统。
        ...                 ; 子程序，指令待填
        end start           ; 汇编结束

环境搭建

1. masm(masm.exe, link.exe, debug.exe, exe2bin.exe) + DOSBox0.74-win32-installer.exe
   汇编环境的安装和使用

2. 配置：
   ① 工作目录：DOS -> asm + masm(masm.exe, link.exe, debug.exe, exe2bin.exe)
   ② 在dosbox的安装文件夹中找到Dosbox 0.74 Options.bat文件，在末尾增加：

        mount d d:\dos ; 挂载驱动器
        path=%path%; \masm ; 添加路径
        d: ; 转到DOSBox的d盘
        cd \asm ; 进入asm文件夹
   

3. 用法：
   ① DOSBox
   ② masm -> 源程序名
   ③ link -> 源程序名
   ④ 运行：文件名.exe

4. 钱晓捷开发软件包-WIN32.bat

参考

中国大学MOOC汇编语言程序设计