汇编笔记（四）长文警告

2019-08-23 12:39:08 浏览数 (1)

转移指令的原理

可以修改IP，或同时修改CS和IP的指令通称为转移指令。

8086CPU的转义行为有一下几类。

  • 只修改IP时，称为段内转移，比如：jmp ax。
  • 同时修改CS和IP时，称为段间转移，比如：jmp 1000:0

由于转移指令对IP的修改范围不同，段内转移又分为：短转移和近转移。

  • 短转移IP的修改范围为-128~127。
  • 近转移的IP的修改范围为-32768~32767。

8086CPU的转移指令分为以下几类。

  • 无条件转移指令（如：jmp）
  • 条件转移指令
  • 循环指令（如：loop)
  • 过程
  • 中断

这些转移指令的区别在于前提条件不同，但转移的原理是相同的。

我们在这里通过深入学习无条件转移指令jmp来理解CPU执行转移指令的基本原理

操作符offset

offset的功能是取的标号的偏移地址，该指令由编译器执行。

jmp指令

jmp为无条件转移指令，可以只修改IP，也可以同时修改CS和IP。

jmp指令需要给出两种信息：

  • 转移的目的地址
  • 转移的距离（段间转移、段内段转移、段内近转移）

根据位移进行转移的jmp指令

jmp short 标号（转到标号处执行指令）

我们从一段汇编程序开始。

观察这段汇编指令对应的机器码，汇编指令中的[idata]立即数，不论是否是数据还是内存单元的偏移地址，都会在对应的机器指令中出现，CPU执行的机器指令，它必须要处理这些数据和地址。

注意jmp指令一行，机器指令中不包含转移的目的地址。

多次测试可以发现，CPU执行jmp指令的时候不需要转移的目的地址。

回忆CPU执行指令的过程。

  • 从CS:IP指向内存单元读取指令，读取的指令进入指令缓冲器；
  • (IP)=(IP) 所读取指令的长度，指向下一条指令
  • 执行指令，跳到第一步，重复这个过程

jmp指令对应的机器码EB03中的’03‘其实是转移的位移。

jmp short 标号的功能为：(IP)=(IP) 8位移。

  • 8位位移=标号处的地址-jmp指令后第一个字节的地址；
  • short 指明此处的位移长度
  • 8位移范围为-128~127，用补码表示（计算机中没有加法，正数二进制取反加一得到负数的二进制）
  • 8位位移在编译算出

类似的指令jmp near ptr 标号，实现的是段内近转移，不过它的位移范围是-32768~32767。

这里简单介绍下这个位移范围如何得到，这和补码的含义有关，正数的补码就是其本省，负数的补码是在原码的基础上，符号位（第一位）不变，其余各位取反，最后 1，8位位移的范围只能11111111~01111111（-128~127）,16位位移也类似。

转移的目的地址在指令中的jmp指令

前面说的jmp far ptr 标号指令，对应的机器码为”EA 0801 6C07”,这里我特意空格分隔开，方便观察。

“EA 0801 6C07”是在指令中的内存中的排列顺序，高地址“6C07”是转移的段地址:076C,低地址的“0801”是偏移地址”0108”

转移地址在寄存器中的jmp指令

指令格式：jmp 16位 reg,功能（IP）=（16位reg)，这里不在详述。

转移地址在内存中的jmp指令

  • jmp word ptr 内存单元地址（段内转移）

功能：从内存单元地址处开始存放着一个字，是转移的目的偏移地址。

内存单元地址可用寻址方式的任一格式给出。

  • jmp dword ptr 内存单元地址（段间转移）

功能：从内存中单元地址处存放着两个字，高地址处的字是转移的目的段地址，低地址处是转移的目的偏移地址。

jcxz指令

jcxz指令为有条件转移指令，所有的有条件转移指令都是短转移，对IP的修改范围：-128~127(用补码表示）。

8位位移由编译程序在编译时算出。

功能：如果$（）（CX）=0$,转移的标号处执行；如果$(CX) neq0$,什么也不做（程序向下执行)。

jcxz= jmp CX zero

loop指令

loop指令为循环指令，所有的循环指令都是短转移。

  • 对应的机器码中只包含转移的位移
  • 8位位移有编译时算出
  • 8位位移范围为-128到127，用补码表示。

可能有读者说，这不和jcxa指令、jmp short 标号的性质差不多。是的，确实类似，所有有部分我忽略没写。

它的功能和jcxz类似又有不同：先将$(CX)=(CX)-1$,如果$(CX) neq0$，转移到标号处执行；如果$（）（CX）=0$，什么也不做（程序向下执行）

使用位移转移的意义

到现在为止，已经用过的指令有：

代码语言：javascript复制
jmp short 标号
jmp near ptr 标号
jcxz 标号
loop 标号

它们对应的机器码中只有到目的地址的位移，这种设计方便了程序段在内存中的浮动装配，

如果在程序段写入内存地址，则对程序的执行有了前提限制。

编译器对转移位移超界的检测

根据位移进行转移的指令，它的转移范围受到转移位移的限制，如果源程序中出现了转移位移超界的问题，编译时，编译器将报错。

前面在Debug模式中使用过jmp 2000:0100的转移指令，汇编编译器并不认识。源程序中使用编译会出错。

实验八

程序如上，我们一步步来理解。

  • 程序从start开始执行，使用offset分别获取了标号“s”、”s2“处的偏移地址，并保存在DI、DI寄存器中。
  • 使用mov指令将标号”s2“处的字型数据复制的AX中，也就是指令jmp short s1
  • 标号”s2”处的指令“jmp short s1”,我们回忆下位移如何计算，前面说过

8位位移=标号出的地址-jmp指令后的第一个字节的地址，联系CPU执行指令的过程，这个位移实际上就是标号与jmp指令的长度，也就是说从nop指令到标号“s1”处的指令长度为位移，这里为10个字节。往前面移动，也就是负的，得到补码”F6“，机器码为”EBF6”。

  • 将AX中的数据复制到标号“s”处的，标号”s”的前两条nop指令被覆盖
  • 指令jmp short s，这里的位移计算不在详述，跳转到标号”s”处，
    • CS:IP指向内存单元读取指令
  • 这时候第一条指令为”EBF6“了，读取”EBF6“进入指令缓冲器；
    • (IP)=(IP) 2（所读取指令的长度）
    • 执行指令，”EBF6“的效果是IP向前位移10个字节，向前移动10个字节之后的IP所指向的指令即为mov ax,4c00h，

CALL和RET指令

CALL和RET指令都是转移指令，它们都修改IP，或同时修改CS和IP。

这一章，我们讲解call和ret指令的原理

ret和retf

ret指令用栈中的数据，修改IP的内容，从而实现近转移。

retf指令用栈中的数据，修改CS和IP的内容，从而实现远转移。

CPU执行ret指令时，进行了下面两步操作：

  • (IP)=((SS))*16 (SP))
  • (SP)=(SP) 2

CPU执行retf指令时，进行了下面4不操作：

  • (IP)=((SS)*16 (SP))
  • (SP)=(SP) 2
  • (CS)=((SS)*16 (SP))
  • (SP)=(SP) 2

估计你有点懵，用汇编指令来解释ret和retf指令，则：

CPU执行ret指令时，相当于pop IP

CPU执行retf指令时，相当于进行：

代码语言：javascript复制
pop IP
pop CS

call指令

CPU执行call指令时，进行两步操作：

  • 将当前的IP或CS和IP压如栈中；
  • 转移

依据位移进行转移的call指令

call 标号（将当前的IP压入栈后，转到标号出执行指令）

CPU执行此种格式的call指令时，进行了如下的操作：

  • (SP)=(SP)-2 ((SS)*16) (SP))=(IP)
  • (ip)=(IP) 16位位移

16位位移=标号出的地址-call指令后的第一个字节的地址；

16位位移范围为-32768~32767，用补码表示；

16位位移由编译程序在编译时算出

用汇编指令解释，相当于。

代码语言：javascript复制

转移的目的地址在指令中的call指令

前面讲的call指令，对应的机器码中并没有转移的目的地址，而是位移。

call far ptr 标号实现的段间转移

CPU执行此格式的call指令是，进行了如下操作。

  • (SP)=(SP)-2 ((ss)*16 (sp))=(CS) (SP)=(SP)-2 ((SS)*16 (SP))=(IP)
  • (CS)=标号所在段的段地址 (IP)=标号所在段的偏移地址

用汇编指令解释，相当与进行。

代码语言：javascript复制
push CS
push IP ；IP为call指令的下一条指令的IP
jmp far ptr 标号

转移地址在寄存器中的call指令

指令格式：call 16位 reg

功能：

  • (SP)=(SP)-2 ((SS)*16 (SP))=(IP) (IP)=(16位reg)

汇编指令解释，相当于进行:

代码语言：javascript复制
push IP；同上
jmp 16位reg

注意：这里的地址应理解为偏移地址(IP寄存器中存放)，请回忆jmp指令的原理。

转移地址在内存中的call指令

转移指令在内存中的call指令有两种格式。

  • call word ptr 内存单元地址

用汇编指令解释:

代码语言：javascript复制
push IP;同上
jmp word ptr 内存单元地址
  • call dword ptr 内存单元地址

用汇编指令解释:

代码语言：javascript复制
push CS
push IP

这里检测点第一题居然书貌似错了，看视频果然不一样。 因为call指令执行过程中对栈进行了操作，为了分析，可以手动记录栈空间的变化，这样易于分析。

call和ret的配合使用

先分析一段程序。

  • 前三条指令执行后，栈空间为16个字节，且用零填充
  • call指令读取后，IP指向下一条指令mov ax,4c00h，指令执行，将IP中的值入栈，IP寄存器指向标号”s”处。
  • CPU从标号“s”处开始执行，执行add ax,ax。
  • ret指令执行后，相当于进行了pop IP,IP更改，IP重新指向mov ax,4c00h

回忆一下call指令和ret指令的功能。

  • call 标号指令相当于。
代码语言：javascript复制
push IP
jmp near ptr 标号
  • ret指令相当于。
代码语言：javascript复制
pop IP

在回顾这个程序，我们将标号“s”处的具有一定功能的程序段称为子程序，call指令在转去执行子程序之前，call指令将后面指令的地址存储到栈中，在子程序末，使用ret指令，用栈中的数据设置IP中的值，回到call指令后的代码处继续执行。

我都说到这里，有没有人有大胆的想法:-P。

代码语言：javascript复制
标号:
	指令
	ret

我们在指令中可以使用call 标号，再通过ret返回不断的执行后续的call。

这样写有什么好处？

我们说要保持源程序的阅读性，随着功能的不断增加，代码阅读性下降是必然的，而上述的这种结构，为我们提供了一种组织代码的方式，是的大量代码的情况下仍然有一定的阅读性。

mul指令

因下面会用到，这里介绍下mul指令，mul是乘法指令，使用mul做乘法时，需要主要以下几点。

  • 两个相乘的数位数需要相同，即8位和8位，16位和16位。
  • 如果是8位，一个默认在AL中，另一个在8位reg中或者内存字节单元中；如果是16位一个默认在AX中，另一个在16位reg中或者内存字单元中。
  • 结果：8位乘法结果在AX中；16位乘法，结构高位默认在AX中，低位在AX中存放

模块化程序设计

从上面我们看到，call与ret指令共同支持了汇编语言程序编程中的模块化设计。利用call和ret指令，可以用简洁的方法，实现多个相互联、功能独立的子程序来解决一个复杂的问题。

下面，我们来看一下子程序设计过程中的相关问题和解决方法。

参数和结果传递的问题

讨论参数和返回值传递的问题，实际上就是在探讨，应该如何存储子程序需要的参数和产生的返回值。

我们最先想到的是用寄存器了存储，对于存放参数的存储器和存储结果的存储器，调用者和子程序的读写恰恰相反：调用者将参数送入参数寄存器，从结果寄存器中取到返回值；子程序从参数寄存器中取到参数，将返回值送入寄存器中。

这是一段将data段第一组数据的3次方，结果保存在后面一组的dword单元中的程序，请理解此过程中的参数和结果传递。

注意，如果写好的程序你自己还要使用，或者要给别人使用，都请写好注释。

批量数据的传递

前面的程序参数和结果只有一个，可以用两个寄存器来存放，寄存器数量终究有限的，我们不可能简单第用寄存器来存放多个需要传递的数据。返回值也一样。

这里将批量数据放在内存中，所在内存空间的首地址放在寄存器中，传递给需要的子程序。

我们也可以用以前使用loop指令来实现。

call指令给我们的启发

call指令的原理不在详述，call指令告诉了我们一种组织数据和组织代码的方式

上述过程可以描述为。

  • 设置参数
  • 程序处理
  • 得到程序的返回值

从组织的方式解释。

  • 组织数据
  • 组织代码
  • 组织数据

从计算机原理层面抽象。

  • 输入
  • 程序处理
  • 输出

寄存器冲突的问题

有一个一般化的问题：子程序中使用的寄存器，很可能在主程序中也要使用，造成了寄存器使用上的冲突。

解决这个问题的简捷方法是，在子程序开始将子程序所有用到的寄存器的内存都保存起来，在子程序返回前恢复，可以用栈来保存寄存器中的内容。

实验10

实现字符串

要求使用子程序“show_str”,在指定的位置，用指定的颜色，显示一个用0结束的字符串。

提供的参数有：(DH)=行号，(DL)=列号

回忆一下实验九，这里我实现一种颜色。

根据要求不难写出如下代码（笔者其实边调试编写写了半小时）

优化一下。

该程序的内部处理和显存的结构相关，通过调用子程序，进行字符串的显示可以不必了解显存的结构，为编程提供了方便。

解决除法溢出问题

问题：div指令可以做除法。进行8为除法的时候，用AL存储接结果的商，AH存储结果的余数；进行16位除法的时候，用AX存储结果的商，DX存储结果余数。

那么，下面的程序段呢？

代码语言：javascript复制
mov ax,1000h
mov dx,1
mov bx,1
div bx ;商应为11000H，而11000H在AX中存放不下。

当CPU执行div等除法指令的时候，如果出现这样的情况，将引发CPU的内部错误：除法溢出。

我们这里写个子程序来解决除法溢出的问题。

详细的解释过程，注释都有，这道题主要是这个公式：X/N=int(H/N)*65526 [rem(H/N)*65536 L]/N，证明过程不重要，其实和我们用的十进制除法是一样的。

数值显示

功能：将word型数据转变为十进制数的字符串，字符串以0为结尾符。

如果不看提示，这个感觉做不出来。

分析：

  1. 要得到字符串，其实是要得字符串的ASCII码，十进制数码字符对应的ASCII码=十进制数码值 30H（可观察ASCII码表得出）。
  2. 如何得到十进制数码值？利用上上面的除法不断相除，没出的余数就是每位的值。
  3. 对于2这里有一个问题，除多少次？除到商为0，用jcxz指令就可以完成。

无能嘤嘤……

这个地方卡了一周（太难了，不想做，做一半，想不出，不想。重新开始想，圆原地踏步）.使用8位除法得到余数，排列重新求余，B站找了别人的代码。你们感受一下。

和题意有点区别，代码我都注释了，看不懂的看我注释。

看不清的请移步个人博客

总结

个人状态有点问题，最后一部分思考偏了，我本人很同一往一个地方深挖，后来明白是挖不完的，适度就好。想不通了不妨换个方向。

文；伍默

排版；喵喵

正文共：6167 字 21 图

tcp/ip 单片机 汇编语言

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