x86汇编语言笔记

8086通用寄存器

16位寄存器：AX、BX、CX、DX、SI、DI、BP、SP。

前4个可分为高8位和低8位来使用：AH、AL、BH、BL、CH、CL、DH、DL。

内存分段

采用分段技术解决地址重定位问题，在硬件级别用两个段寄存器来支持，代码段寄存器CS和数据段寄存器DS。

实模式下CPU访问物理地址的方式：段基址:偏移地址。

8086段寄存器

• 代码段寄存器：CS
• 数据段寄存器：DS
• 附加段寄存器：ES
• 栈段寄存器：SS

如何访问指令？

当程序开始时，CS指向代码段的起始地址，IP指令指针指向段内偏移。即CS:IP。

注意：一般没有指定段寄存器时，默认使用DS。

如何访问数据？

在访问内存单元时，则采用DS:偏移地址。

注意1：由于8086提供20位的物理地址，所以在计算物理地址时，要将段寄存器左移4位再加上偏移地址。由此可以得出8086最大只能访问1MB的内存空间。

注意2：内存是以字节为单位，内存中的每一个字节都对应一个物理地址。

计算机的启动流程

注意：主引导扇区的最有两个字节是0x55和0xaa。

显存

显存存在于显卡之中，一般CPU是通过把显存映射到0xB8000~0xBFFFF这部分内存空间，来直接访问显存，显卡在加电自检后会初始化为80 * 25模式，即屏幕上显示25行，每行80个字符，每屏总共2000个字符。

显卡通过ASCII编码来识别CPU传入显存的数据。

屏幕上每个字符对应着显存中的连续两个字节，前一个字节为字符的ASCII代码，后一个字节为字符的显示属性。

注意：Intel的处理器不允许把一个立即数传送到段寄存器，必须通过其他寄存器来中转。

mov指令

mov 目的操作数, 源操作数

注意：mov指令不允许目的操作数和源操作数都为内存单元，并且目的操作数不能为立即数。

注意：内存的增长是从低地址到高地址的。

除法

无符号除法指令：div

• 16位除法：

  被除数放在ax寄存器中。

  格式：

  div x ;这里的x可以代表寄存器或者[内存单元]或者立即数
  

  \[ax / x = s \cdots m \]

  参数：

  • x：除数。
  • s：表示商，放在al寄存器。
  • m：表示余数，放在ah寄存器。

• 32位除法：

  被除数的高16位放在dx寄存器中，低16位放在ax中。

  格式：

  div x ;这里的x可以代表寄存器或者[内存单元]或者立即数
  

  \[(dx << 4 + ax) / x = s \cdots m \]

  参数：

  • x：除数。
  • s：表示商，放在ax寄存器。
  • m：表示余数，放在dx寄存器。

在段之间批量传送数据

使用movsb和movsw指令可以在两个段之间批量传送数据。movsb每次传送一个字节，movsw每次传送一个字。

格式：

; 重复执行
rep movsb ; rep指令前缀表示cx寄存器的值不为0，则重复执行该指令。
rep movsw
; 只执行一次
movsb
movsw

参数：

• 源地址：DS:SI，即段地址由DS寄存器提供，SI寄存器提供偏移地址。
• 目的地址：ES:DI，即段地址由ES寄存器提供，DI寄存器提供偏移地址。
• 数量：由CX寄存器指定。

传送方向：

• 正向：从低地址到高地址，每次使SI和DI加1或2。
• 反向：从高地址到低地址，每次使SI和DI减1或2。

一个特殊的寄存器flag

通过cld指令来将flag寄存器的DF位设置为0，std指令将flag寄存器的DF位设置位1。

ZF位表示运算结果是否为0。

• 1：运算结果为0
• 0：运算结果不为0

DF位表示movsb/movsw指令是正向还是反向。

• 0：正向
• 1：反向

关于使用寄存器提供偏移地址的问题

在8086处理器上只能使用BX、SI、DI、BP寄存器来提供偏移地址。

加一和减一、加法和减法

加一和减一对应的指令为inc和dec。

加法和减法对应的指令为add和sub。

负数相关指令

• neg 寄存器：将对应寄存器的值变为负数。
• cbw：无操作数，将AL寄存器的数值扩展到AX寄存器。
• cwd：无操作数，将AX寄存器的数值扩展到DX和AX寄存器中，DX存高16位，AX存低16位。

jns指令

标志寄存器的SF位：当计算结果的最高位是0时，该位为0，否则为1。

jns指令，当标志寄存器的SF位为0时，则进行跳转。

标记寄存器的其他标志位

• 奇偶标志位PF：当运算结果的低8位中，有偶数个1则PF为1，否则为0。
• 进位标志位CF：当进行算术运算时，如果有向最高位进位或借位，则CF为1，否则为0。
• 溢出标志位OF：如果发生溢出则为1，否则为0。

指令对标志寄存器的影响：

条件跳转指令

根据标志跳转：

• jz：ZF为1则转移，jnz：ZF为0则转移。
• jo：OF为1则转移，jno：OF为0则转移。
• jc：CF为1则转移，jnc：CF为0则转移。
• jp：PF为1则转移，jnp：PF为0则转移。

根据比较结果跳转：

可以通过cmp指令进行比较。

根据CX寄存器进行跳转：

jcxz：如果CX寄存器为0，则进行跳转。

栈段

由SS寄存器来确定段地址，SP寄存器确定偏移地址。

压栈：push指令，会将SP的内容减去操作数的字长，再把操作数压入栈中。

弹栈：pop指令，会将SP的内容加上操作数的字长，再把栈顶的数据弹出。

注意：实模式下，栈的大小为64KB。

寻址方式

• 寄存器寻址

• 立即寻址

• 内存寻址

  • 直接寻址

  • 基址寻址：使用BX和BP寄存器进行寻址

    注意：BP寄存器默认使用SS段寄存器，使得栈内数据可以像数据段一样访问。

  • 变址寻址：使用SI和DI寄存器进行寻址

  • 基址变址寄存器：同时使用BX/BP和SI/DI寄存器进行寻址

I/O端口读写方式

I/O端口的范围：0 ~ 65535(0x0 ~ 0xffff)。

• 读取I/O端口

  in 存放位置, 端口号
  

  存放位置：必须是AL或AX寄存器。

  端口号：立即数或DX寄存器。

• 写入I/O端口

  out 端口号, 写入数据
  

  端口号：立即数或DX寄存器。

  写入数据：必须是AL或AX寄存器。

一些磁盘相关的知识：

• LBA28逻辑扇区编制法：即通过28个bit来表示逻辑扇区号，而不关心扇区的具体位置。（从0开始算起）

• 端口号：

  端口号	含义
  1f2	表示要读取的扇区数
  1f3	表示逻辑扇区号的0~7位
  1f4	表示逻辑扇区号的8~15位
  1f5	表示逻辑扇区号的16~23位
  1f6	低4位存放逻辑扇区号的24~27位，第4位表示硬盘号（0主盘，1从盘），第6位表示扇区编制方式（0：CHS、1：LBA）
  1f7	命令端口：写入0x20表示读硬盘请求，状态端口：第7位表示硬盘忙碌状态（0不忙，1忙碌），第3位表示硬盘数据是否准备好（1：ok，0：no），第0位表示读取数据是否出错（1出错，0没出错）
  1f0	硬盘接口的数据端口（16位端口），当硬盘准备好后，可以从这个端口读取数据

  

过程调用

call指令：

近调用的原理是先把IP寄存器的值压入栈中，再修改IP寄存器，而远调用则是分别把CS和IP寄存器的值压入栈，再修改CS和IP寄存器的值。

• 直接近调用

  call 立即数
  

• 间接近调用

  call 寄存器/[内存地址]
  

• 直接远调用

  call 段地址:偏移地址
  

• 间接远调用

  call far [内存地址]
  

  这种方式会从对应的内存地址中获取两个字的数据，前一个字作为段地址，后一个字作为偏移地址。

返回指令：

ret的原理是弹出栈中的值到IP寄存器，retf的原理是先弹出到IP寄存器，再弹到CS寄存器。

• ret：相对近返回
• retf：相对远返回

abc、shr、ror指令

• abc：同add指令差不多，但是会加上CF位的值（CF是表示是否进位）。
• shr：逻辑右移，类似C语言中的>>。
• shl：逻辑左移，类似C语言中的<<。
• ror：循环右移，将移出的bit放到左边空缺的位置，同时送入CF标志位。
• rol：循环左移，将移出的bit放到右边空缺的位置，同时送入CF标志位。

无条件跳转指令

• 相对短转移：立即数表示偏移量

  jmp short 立即数
  

• 相对近转移：立即数表示偏移量

  jmp near 立即数
  ; 或
  jmp 立即数
  

• 间接绝对近转移：寄存器或内存地址表示偏移地址

  jmp near 寄存器/[内存地址]
  ; 或
  jmp 寄存器/[内存地址]
  

• 直接绝对远转移

  jmp 段地址:偏移地址
  

• 间接绝对远转移

  jmp far 寄存器/[内存地址]
  

伪指令resb

• resb

  从当前位置开始，保留指定数量的字节，但不初始化它们的值。（区分db、dw、dd、dq）

• resw：与resb相同，但是单位为字。

• resd：与resb相同，但是单位为双字。

光标操作

屏幕上光标的位置保存在显卡内部的两个光标寄存器（8位）中，合起来是一个16位数值，表示在第几个位置（\(0 \sim {(80 * 25) - 1}\)）。

注意：文字模式下，屏幕显示80*25个字符。

读取光标：

步骤：

1. 向端口号0x3d4的索引寄存器指定索引，0xe是光标位置的高8位，0xf是光标位置的低8位。
2. 通过端口号0x3d5的数据寄存器读取数据。

设置光标：

步骤：

1. 向端口号0x3d4的索引寄存器写入光标位置的索引。
2. 向端口号0x3d5的数据寄存器写入光标位置。

乘法

mul指令

mul 寄存器/[内存地址]

• 8位乘法：将mul指令里指定的值乘以AL寄存器中的值，并把结果保存到AX寄存器中。
• 16位乘法：将mul指令里指定的值乘以AX寄存器中的值，并把结果的高16位保存到DX，低16位保存到AX中。

cpuid指令

用于返回处理器的标识和特性信息。

在eax寄存器中指定要返回CPU信息。返回结果放在eax、ebx、ecx或edx中。

eflags寄存器

comvcc指令

可以看成mov指令加上条件判断功能，与cmp或test指令配合使用。

伪代码：

if (condition) {
    mov dest, source
}

sgdt指令

格式：sgdt 寄存器/[内存单元]

把gdtr寄存器的内容保存到指定位置。

movzx/movsx指令

• movzx：带零扩展传送指令

  格式：movzx r16/r32, r8/r16/m8/m16

  把指定8位/16位寄存器/内存单元的数据放到16/32位寄存器中，并且将高位设置为0。

• movsx：带符号扩展传送指令

  格式：movsx r16/r32, r8/r16/m8/m16

  把指定8位/16位寄存器/内存单元的数据放到16/32位寄存器中，并且将高位设置为跟符号位一致。

cmps指令

cmp指令的升级版，通过cx（16位）或ecx（32位）寄存器来指定比较次数，ds:si/esi寄存器指定源地址，es:di/edi寄存器指定目的地址，并根据eflags寄存器中的df位来决定地址变化的方向，\(df=0\)则正向比较，地址递增，\(df=1\)则反向比较，地址递减，如果没有加上rep指令前缀，则只比较一次。

cmpsb ;字节比较
cmpsw ;字比较
cmpsd ;双字比较

有关的rep指令前缀：

• rep：一直重复到cx寄存器的值为0。
• repz/repe：一直重复到cx寄存器的值为0或比较的内容不相等。
• repnz/repne：一直重复到cx寄存器的值为0或比较的内容相等。

调用门

调用门（Call Gate）用于不同特权级的程序之间进行控制转移。本质上只是一个描述符（不同于代码段和数据段）。

调用门的特权级检查规则：

pushf/popf指令

把16位的flags寄存器/32位的eflags寄存器压或弹栈到flag寄存器中。

GDT、LDT和TSS的关系

任务切换与特权级切换的区别

任务门

注意：任务是不可重入的。

任务切换：

• 中断引起：

  在保护模式下，产生中断后CPU会根据中断号查询中断描述符表，如果对应的中断描述符是一个任务门，那么就会进行任务切换。

• 使用远过程调用指令引起：

  在使用远过程调用指令时，CPU会去GDT中查找对应的段描述符，如果该描述符为任务门描述符，则会发起任务切换。

页目录项和页表项的结构

参数解释：

CR3寄存器的内容

bts指令

将指定位置的bit设置为1，并将其旧值设置到eflags寄存器的CF位中。

格式：

bts r/m16, r16
bts r/m32, r32

保护模式下的中断和异常向量分配

在实模式下，是由中断向量表定义了中断的入口地址（位于内存最低端的1KB），而保护模式下，是由中断描述符表（IDT）定义了中断的入口。（由idtr寄存器指定了中断描述符表所在位置）

中断描述符表里面保存了中断门、陷阱门和任务门。

中断门、陷阱门：

中断描述符寄存器：

保护模式下的中断处理过程：

保护模式下通过中断实现任务切换：

bound指令

用于检查数组是否超出索引（这个数组是指源操作数所指向的内存单元里面存放了上限和下限，大小为双字）

格式：

bound r16, m16
bound r32, m32

ud2指令

该指令无操作数，执行该指令会引发一个无效操作码异常。

格式：

ud2