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ASM 汇编语言 16

ASM - Note: Intel 系列微处理器的 3 种工作模式。汇编编译器（masm.exe）对jmp的相关处理，编译器中的地址计数器（AC），对伪操作指令的处理。用栈传递参数。无溢出除法的公式证明。

  • Created on 2014-11
  • 教材：《汇编语言》（第二版）王爽 著 清华大学出版社

附注1 Intel系列微处理器的3种工作模式

重要版本8086/8088、80386。

80386具备了80286对多任务系统的支持，又对8086/8088兼容。

它可以在以下3个模式下工作：

  • 实模式：工作方式相当于一个8086
  • 保护模式：提供支持多任务环境的工作方式，建立爆出机制（这与VAX等小型机类似）。
  • 模拟8086模式：可从保护模式切换至其中的一种8086工作方式。
    • 这种方式的提供使用户可以方便地在保护模式下运行一个或多个原8086程序。

模式切换

  • PC一开机，处于实模式。DOS处于实模式。
  • Windows系统在加载后，会将CPU切换到保护模式。
  • 在Windows下运行一个DOS下的程序，CPU切换至
  • 模拟8086模式下运行该程序。

附注2 补码

特别注意点：1000 0000b = -128

附注3 汇编编译器（masm.exe）对jmp的相关处理

1. 向前转移

先读到标号，后读到jmp指令

s:  ...
    ...
    jmp s（jmp short s / jmp near ptr s / jmp far ptr s）
  • 编译器中有一个地址计数器（AC），编译过程中，每读到一字节，AC+=1。
  • 当编译器遇到一些伪操作时，如db / dw等，会根据实际情况使AC增加。
  • 向前转移时，complier读到 标号s 后，
    • 记下此时AC的值为 as（annotation start？），
    • 在读到 jmp ... s 后，记下此时AC的值为 aj（annotation jmp？）。
  • 那么可以通过 as - aj 算出位移值 disp。
  • 若disp属于[-128, 127]，这不管汇编指令格式是：
    • jmp s / jmp short s / jmp near ptr s / jmp far ptr s
    • 它们都会转变为 jmp short s 所对应的机器码：EB disp（占 2 Bytes）；
  • 若disp属于[-32768, 32767]，则：
    • 对于 jmp short 将产生编译错误；
    • 对于 jmp s、jmp near ptr s，将产生jmp near ptr s 所对应的机器码：E9 disp（占 3 Bytes）；
    • 对于 jmp far ptr s，将产生对应的机器码：EA [偏移地址] [段地址]（占 5 Bytes）。

2.向后转移：

先读到jmp指令，后读到标号

    jmp s（jmp short s / jmp near ptr s / jmp far ptr s）
    ...
s:  ...
  • 在此情况下，complier先读到 jmp ... s 指令，
    • 由于还没读到 标号s，所以不能确定 其位置的AC值，即不能确定 disp 值。
  • 此时，complier将 jmp ... s 都当作 jmp short s 来读取，
    • 记下jmp指令的位置和AC的值作为 aj（annotation jmp？），
    • 并作以下处理：
      • a. 对于 jmp short s，complier生成 EB 和 一个 nop 指令，
        • 即用 nop 预留 1 Byte 空间，存放 8 bits 的disp。
      • b. 对于 jmp s 和 jmp near ptr s，生成 E9 和 两个 nop 指令，
        • 即 预留 2 Bytes，放 16 bits 的disp。
      • c. 对于 jmp far ptr s， 生成 EA 和 四个 nop 指令，
        • 即 预留 4 Bytes，放 段地址 和 段地址。
  • 以上处理完后，当向后读到 标号s 时，
    • 记下此时AC的值作为 as（annotation start？），
    • 并计算出转移的位移量：disp = as - aj（公式与向前转移相同）。
  • 若disp属于[-128, 127]，这不管汇编指令格式是：
    • jmp s / jmp short s / jmp near ptr s / jmp far ptr s
    • 它们都在前面记下的 jmp ... s 指令位置处添上 jmp short s对应的机器码：EB disp
      • 此时，对于 jmp s 和 jmp near ptr s 格式，在机器码 EB disp 后还有 1 条 nop 指令（空着）； 对于jmp far ptr s，在机器码EB disp后还有3条nop指令（空着）。
  • 若disp属于[-32768, 32767]，则：
    • 对于 jmp short 将产生编译错误；
    • 对于 jmp s、jmp near ptr s，
      • 在前面记下的 jmp ... s 指令位置处添上 jmp near ptr s对应的机器码：E9 disp（占 3 Bytes）；
    • 对于 jmp far ptr s，在前面记下的 jmp ... s 指令位置处添上 EA [偏移地址] [段地]址（占 5 Bytes）。

附注4 用栈传递参数

此技术和高级语言编译器的工作原理密切相关，结合C语言的函数调用来描述。

栈传递参数原理：

  • 由调用者将需要传递给子程序的参数压入栈中，子程序从栈中去取得参数。

示例

;说明：计算(a-b)^3，a、b为字型数据
;参数：进入子程序时，栈顶存放IP，后面依次存放a、b
;结果：(dx:ax)=(a-b)^3

dif_cube:
     push bp
     mov bp, sp
     mov ax, [bp + 4]     ;后入栈的是a
     sub ax, [bp + 6]     ;先入栈的是b
     mov bp, ax
     mul bp
     mul bp
     pop bp
     ret 4

一个子程序结尾有：ret n

  • n为整数，意思是，将栈顶指针修改为调用前的值。
  • ret n 功能等于
pop ip
add sp, n

调用 dif_cube 程序的代码如下：

mov ax, 1     ;b
push ax
mov ax, 3     ;a
push ax
call diff_cube     ;注意参数压栈的顺序

语句call diff_cube后，栈的情况：

IP a b

1000:0000 00 00 00 00 00 00 00 00 | 00 00 XX XX 03 00 01 00

ss:sp 指向上一行加粗的 0 的位置

dif_cube执行第1句push bp后： bp

IP a b

1000:0000 00 00 00 00 00 00 00 00 | ZZ ZZ XX XX 03 00 01 00

ss:sp 指向上一行加粗的 0 的位置

所以，dif_cube 子程序以下语句中的 [bp + 4]指 a，[bp + 6]指 b。

mov ax, [bp + 4]     ;后入栈的是a
sub ax, [bp + 6]     ;先入栈的是b

利用C程序，了解栈在参数传递中的应用：

  • 注意：在C语言中，局部变量也在栈中存储。
void add(int, int, int);

main(){
     int a = 1;
     int b = 2;
     int c = 0;
     add(a, b, c);
     c++;
}

void add(int a, int b, int c){
     c = a + b;
}

编译后的汇编程序：

mov bp, sp     ;bp = 原栈顶位置 sp
sub sp, 6     ;栈顶sp - 6，留出空间存放数据段？

mov word ptr [bp - 6], 0001     ;int a
mov word ptr [bp - 4], 0002     ;int b
mov word ptr [bp - 2], 0000     ;int c

push [bp - 2]     ;push c
push [bp - 4]     ;push b
push [bp - 6]     ;push a
call ADDR

add sp, 6     ;sp恢复回原栈顶top的位置？
inc word ptr [bp - 2]

ADDR:
     push bp

     mov bp, sp     ;这里的bp = 新栈顶位置 sp
     mov ax, [bp + 4]     ;b
     add ax, [bp + 6]     ;a?    （有点蒙？这里我画图理解，放的应该是c？淡忘之后再分析一次）
     mov [bp + 8], ax
     mov sp, bp

     ;栈的情况：a b c | a b c
     ;                ↑top=bp

     ;左边abc是压入的参数，右边abc是其源

     pop bp
     ret

附注5 公式证明：无溢出除法

无溢出除法公式：

  • H：x的高16位

  • L：x的低16位

  • int()：取商

  • rem()：取余

  • H = int( x / 65536) ; 即 H = x / 0FFFFH

  • L = rem( x / 65536) ; 即 L = x % 0FFFFH

X / n = int(H / n) * 65536 + [rem(H / n) * 65536 + L] / n
; 乘以65536，等于左移16位
; 1. 被除数x的高16位，除以除数n得到，x/n的商的高16位；
; 2. 被除数x的高16位，除以除数n得到的余， 加上被除数x的低16位，
;    除以除数n得到，x/n的商的低16位。

综合研究

因为寻找适用的tc.exe无果，此部分暂且放弃

  • 研究实验1 搭建一个精简的C语言开发环境
  • 研究实验2 使用寄存器
  • 研究实验3 使用内存空间
  • 研究实验4 不用main函数编程
  • 研究实验5 函数如何接收