【汇编语言】访问寄存器和内存

前言

汇编指令是机器指令的助记符，相当于把本是01串的机器指令，用便于人类理解的字符表示出来。汇编指令表达的语义与机器指令是一样的。汇编程序的主体是汇编指令。

对于不同的硬件平台，汇编指令集都是不同的。这里学习的是8086 CPU的汇编语言。

环境配置

DOSBox：https://www.dosbox.com/

MASM（民间版本）：https://github.com/froginwell/assembly/tree/master/software

MASM（B站教学版本）：8086汇编环境

dosbox.conf文件拉到最下，[autoexec]部分添加：

Plain Text

[autoexec]
# Lines in this section will be run at startup.
mount C: <path/to/masm>
C:

下次启动DOSBox时会自动挂载C盘到masm目录。

寄存器

8086 CPU有14个寄存器，包括：

通用寄存器：AX、BX、CX、DX

变址寄存器：SI、DI

指针寄存器：SP、BP

指令指针寄存器：IP

段寄存器：CS、DS、SS、ES

标志寄存器：PSW

对应的名称及释义如下：

寄存器名	英文	解释
`AX`	`Accumulator`	`累加器`
`BX`	`Base`	`基址寄存器`
`CX`	`Counter`	`计数寄存器`
`DX`	`Data`	`数据寄存器`
`SI`	`Source Index`	`源变址寄存器`
`DI`	`Destination Index`	`目的变址寄存器`
`SP`	`Stack Pointer`	`栈指针寄存器`
`BP`	`Base Pointer`	`基址指针寄存器`
`IP`	`Instruction Pointer`	`指令指针寄存器`
`CS`	`Code Segment`	`代码段寄存器`
`DS`	`Data Segment`	`数据段寄存器`
`SS`	`Stack Segment`	`栈段寄存器`
`ES`	`Extra Segment`	`附加段寄存器`
`PSW`	`Program Status Word`	`程序状态字寄存器`

8086 CPU所有寄存器都是16位的，可以存放2个字节。有时还会见到AH、AL的表示方法，它们分别表示AX的高、低8位。

8086 CPU物理地址表示

8086 CPU有20位地址总线，最大寻址空间是1MB，但由于字长是16位，所以需要两个16位地址（段地址、偏移地址）相加合成一个20位地址。

段地址 $\times$ 16 $+$ 偏移地址 $=$ 物理地址

一个段的起始地址一定是16的倍数

由于偏移地址是16位，所以一个段的最大长度为64KB

例如数据在21f60h内存单元中，段地址是2000h，表示方法可以是：

数据在内存2000:1f60单元中；

数据在内存的2000h段的1f60h单元中；

有四个专门存放段地址的寄存器：

CS：代码段寄存器

DS：数据段寄存器

SS：栈段寄存器

ES：附加段寄存器

mov指令

ASM8086

mov ax,1
mov bx,ax

mov指令的功能是将后一个操作数（数据的来源位置）送入前一个（数据的目标位置），上述指令的作用是将1送入AX，然后将AX的内容送入BX。

add指令

ASM8086

add ax,1
add bx,ax

add指令的功能是将后一个操作数的值加到前一个操作数上，上述指令的作用是将1加到AX上，然后将AX的值加到BX上。

CS、IP寄存器与jmp指令

8086 CPU执行程序时，CS寄存器存放的是代码段的段地址，IP寄存器存放的是代码段中的偏移地址。CPU将内存中CS:IP指向的内容当作指令执行。

既然执行何处的指令取决于CS:IP，那么就需要有一种方法可以改变CS和IP的值，这就是jmp指令。8086 CPU不支持用立即数修改CS和IP的值（例如mov cs,2000），但是可以通过转移指令jmp来实现。

同时修改CS、IP的内容：jmp 段地址:偏移地址，用指令给出的段地址修改CS，偏移地址修改IP，例如：

ASM8086

jmp 2000:3
jmp 4:0b16

仅修改IP的内容：jmp 某合法寄存器，将寄存器值赋给IP，例如：

ASM8086

jmp ax

内存中字的存储

低位字节存放在低地址，高位字节存放在高地址，也就是小端序。

例：在起始地址为0的单元中，存放4e20h；在起始地址为2的单元中，存放0012h；内存情况为：

Plain Text

0: 20h
1: 4eh
2: 12h
3: 00h

0地址单元存放的字节型数据是：20h

0地址字单元存放的字型数据是：4e20h

2地址单元存放的字节型数据是：12h

2地址字单元存放的字型数据是：0012h

8086 CPU从内存单元读取数据

用DS寄存器存放要访问的数据的段地址，偏移地址用[...]的形式给出，例如：

ASM8086

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

以上代码的作用是将1000:0也就是10000h中的数据读到AL中。

DS也不支持立即数赋值，需要将数据先存入通用寄存器，再送入段寄存器。

8086 CPU也可以一次性传输一个字，假如DS寄存器的值为1000h，则mov ax,[0]就表示将1000:0中的字送入AX中；mov [0],cx就表示将CX中的字送入1000:0中。

栈操作（push指令、pop指令）

基于8086 CPU编程，可以将一段内存当作栈来使用。8086 CPU有两个与栈相关的寄存器，SS存放栈顶的段地址，SP存放栈顶的偏移地址。在任意时刻，SS:SP指向栈顶元素。

push和pop指令用于栈操作：

push 寄存器：SP自动减2，将寄存器的内容送入SS:SP，此时SS:SP指向新栈顶。

pop 寄存器：将SS:SP指向的内容送入寄存器，SP自动加2。

8086 CPU只知道栈顶的位置，不知道栈的大小有多大，并不能保证栈操作不会越界。编程时需要程序员主动避免栈溢出风险。

DEBUG.EXE的使用

在终端输入debug即可，在-后输入参数。

r：查看所有寄存器内容

r [reg]：修改寄存器reg内容

d [start addr]：列出start addr开始的128字节内容

d [start addr] [end offset addr]：列出地址范围内的内存内容，第二个参数表示结尾偏移地址

e [addr]：修改内存addr处的数据

u：将内存中的数据视作机器码，反汇编为汇编指令，用法与d命令类似，可以接地址范围

a [addr]：在内存addr处写入汇编指令的机器码

t：单步执行CS:IP处的指令

t [cnt]：执行cnt步CS:IP处的指令（cnt是16进制数）

t [=addr] [cnt]：执行cnt步addr处的指令

练习

A+B

使用debug编写、运行一个程序，计算0789h + 0abch的值。

运行后AX的值为1245h。

jmp指令

编程实现下图所示的程序，并分析从2000:0开始的执行流程。

mov ax,6622

jmp 1000:3（注意此时会把CS的值设为1000h）

mov ax,0000

mov bx,ax

jmp bx（也就是jmp 0000，相当于跳转到1000:0）

mov ax,0123

mov ax,0000（回到第三步，循环了）

从内存单元读取数据

使用debug将内存单元赋值为：

Plain Text

10000h: 23h
10001h: 11h
10002h: 22h
10003h: 66h

然后运行以下指令，观察寄存器值的结果。

ASM8086

mov ax,1000
mov ds,ax
mov ax,[0]
mov bx,[2]
mov cx,[1]
add bx,[1]
add cx,[2]

写入内存数据和代码：

执行-t 7后，使用-r查看寄存器值，AX为1123h，BX为8833h，CX为8833h。

注意操作对象是字型数据，一次操作16位数据，例如mov cx,[1]是将2211h送入寄存器CX。

栈操作

使用debug编写、运行如下程序，分析最终寄存器AX、BX的值。

ASM8086

mov ax,1000
mov ss,ax
mov sp,0010

mov ax,001a
mov bx,001b

push ax
push bx

pop ax
pop bx

执行完两次push后，内存数据应为：

Plain Text

1000bh: ...
1000ch: 1bh
1000dh: 00h
1000eh: 1ah
1000fh: 00h
10010h: ...

此时SP值为000ch，执行两次pop时，先将001bh送入AX，再将001ah送入BX。