安裝記憶器

(1)

林銘波編著 --- 全華科技圖書公司 ^2.1

本章目標

• 了解電腦的基本功能與原理

• 了解組譯程式與組合語言程式

• 了解組合語言程式的建立與執行

• 了解基本的組譯程式假指令

• 了解組譯程式如何組譯組合語言程式

(2)

基本程式設計觀念

自然語言（中文、英文、...）

高階語言（C、C++、Java）

組合語言（80x86）

機器語言（80x86）機器

人

(3)

程式設計層次關係圖

#include "stdio.h"

void main() {

int s,i;

s = 0;

for (i=1;i <= 10; i++) s = s + i;

printf("%d\n",s);

}

(a) c 語言程式

MAIN: PUSH BP MOV BP,SP SUB SP,4

MOV WORD PTR [BP-2],0 MOV WORD PTR [BP-4],1 $F11: MOV AX,[BP-4]

ADD [BP-2],AX

INC WORD PTR [BP-4]

CMP WORD PTR [BP-4],10 JLE $F11

PUSH WORD PTR [BP-2]

CALL _PRINTF MOV SP,BP POP BP RET

(c) 組合語言程式 0000 55

0001 8B EC 0003 83 EC 04

0006 C7 46 FE 0000 000B C7 46 FC 0001 0010 8B 46 FC

0013 01 46 FE 0016 FF 46 FC 0019 83 7E FC 0A 001D 7E F1

001F FF 76 FE

0022 9A ---- 0000 E 0027 8B E5

0029 5D 002A C3

(b) 機器語言程式

(4)

電腦的階層式結構

硬體組合語言高階語言

應用程式 ( 或語言 )

(5)

電腦與記憶器的邏輯結構

記憶器

資料指令 CPU

中央處理器

位址匯流排

資料匯流排讀取/寫入控制

(a) 電腦的邏輯結構 (b) 記憶器的邏輯結構

位址

資料輸出資料輸入

1 0

2 n-2 n-1 n 67

27 15

09 56 27 位址

寫入

讀取

(6)

CPU的動作

CPU 模組

IP ：= 0 ；

重複執行下列動作

自記憶器位址為 IP 的位置中摘取指令；

執行該指令；

IP ：= IP + 1

END CPU 模組

(7)

簡化的80x86微處理器規劃模式與指令格式

DS CS IP

AX BX CX DX

SF ZF OF CF

(a) 規劃模式 (b) 指令格式

運算碼

運算碼 disp

運算碼

addr/data

例如：MOV reg,addr ADD reg,data Jcc與JMP指令

只有暫存器運算元的指令

資料節區暫存器指令節區暫存器指令指示器狀態旗號

通用暫存器器

reg reg

Re

g ---

(8)

80x86最常用的資料轉移指令

指令 RTL 描述說明

MOV reg,data reg ← data 轉移立即資料(data)到暫存器 reg 內 MOV dreg,sreg dreg ← sreg 轉移暫存器 sreg 的內容到暫存器 dreg MOV segreg,reg segreg ← reg 轉移暫存器 reg 的內容到暫存器 segreg MOV reg,addr reg ← Mem[DS×16+addr] 轉移記憶器(addr)的內容到暫存器 reg MOV addr,reg Mem[DS×16+addr]←reg 儲存暫存器 reg 的內容到記憶器(addr)中

(9)

80x86最常用的算術運算指令

ADD reg,data reg ← reg + data 立即資料(data)與 reg 相加後存回 reg 內 ADD dreg,sreg dreg ← dreg + sreg 暫存器 dreg 與 sreg 相加後存回 dreg 內

ADC reg,data reg ← reg + data+ C 立即資料(data)與 reg 及進位相加後存回 reg 內 ADC dreg,sreg dreg ← dreg + sreg + C 暫存器 dreg 與 sreg 及進位相加後存回 dreg 內 SUB reg,data reg ← reg - data 暫存器 reg 減去立即資料(data)後存回 reg 內 SUB dreg,sreg dreg ← dreg - sreg 暫存器 dreg 減去 sreg 後存回 dreg 內

SBB reg,data reg ← reg - data - C 暫存器 reg 減去立即資料(data)及進位後存回 reg SBB dreg,sreg dreg ← dreg - sreg - C 暫存器 dreg 減去 sreg 及進位後存回 dreg

(10)

80x86最常用的邏輯運算指令

AND reg,data reg ← reg ∧ data 暫存器 reg 與立即資料(data) AND 後存回 reg 內 AND dreg,sreg dreg ← dreg ∧ sreg 暫存器 dreg 與 sreg AND 後存回 dreg 內

OR reg,data reg ← dreg ∨ data 暫存器 reg 與立即資料(data) OR 後存回 reg 內 OR dreg,sreg dreg ← dreg ∨ sreg 暫存器 dreg 與 sreg OR 後存回 dreg 內

XOR reg,data reg ← reg ⊕ data 暫存器 reg 與立即資料(data) XOR 後存回 reg 內 XOR dreg,sreg dreg ← dreg ⊕ sreg 暫存器 dreg 與 sreg XOR 後存回 dreg 內

NOT reg reg ← reg 暫存器 reg 內容取 1 補數後存回 reg 內

(11)

80x86最常用的分歧與跳躍指令

JC disp C ： IP ← IP + disp(2 補數) 當進位旗號為 1 時分歧到標的位址 JNC disp _C ： IP ← IP + disp(2 補數) 當進位旗號為 0 時分歧到標的位址 JZ disp Z ： IP ← IP + disp(2 補數) 當零旗號為 1 時分歧到標的位址 JNZ disp _Z ： IP ← IP + disp(2 補數) 當零旗號為 0 時分歧到標的位址 JMP disp IP ← IP + disp(2 補數) 無條件性分歧到標的位址

(12)

CPU的動作

CPU 模組

IP ：= 0 ；

重複執行下列動作

自記憶器位址為 IP 的位置中摘取指令；

執行指令解碼；

若該指令執行時需要資料，則自記憶器中讀取運算元；

執行指令的動作；

若該指令需要儲存結果，則儲存結果於記憶器中；

IP ：= IP + 1

END CPU 模組

(13)

一個簡化的80x86 CPU RTL模型

DS CS

IP

AX BX CX DX

算術邏輯單元 (ALU)

SF ZF OF CF 操作碼

IR 控制單元

(CU) +1

16

位址

資料記憶器

MAR

MBR 操作碼/disp

符號擴展 20

16

16 20

0000 4 20

16 16

16 8

16 16

16

CPU

(14)

指令讀取的第一個步驟

DS CS

IP

AX BX CX DX

IR 控制單元

(CU) +1

16

位址

資料記憶器

MAR

MBR 操作碼/disp

符號擴展 20

16

16 20

0000 4 20

16 16

16 8

16 16

T1

(15)

指令讀取的第二個步驟

DS CS

IP

AX BX CX DX

IR 控制單元

(CU) +1

16

位址

資料記憶器

MAR

MBR 操作碼/disp

符號擴展 20

16

16 20

0000 4 20

16 16

16 8

16 16

16

CPU

T2

(16)

指令讀取的第三個步驟

DS CS

IP

AX BX CX DX

IR 控制單元

(CU) +1

16

位址

資料記憶器

MAR

MBR 操作碼/disp

符號擴展 20

16

16 20

0000 4 20

16 16

16 8

16 16

T3

(17)

指令讀取的第四個步驟

DS CS

IP

AX BX CX DX

IR 控制單元

(CU) +1

16

位址

資料記憶器

MAR

MBR 操作碼/disp

符號擴展 20

16

16 20

0000 4 20

16 16

16 8

16 16

16

CPU

T4

(18)

指令的讀取與執行動作時序圖

MAR _CS×_{16 + IP}

MBR Mem[MAR]

T1

T2

IP IP + 1 T3

IR MBR T4

MAR _CS×_{16 + IP}

MBR Mem[MAR]

IP IP + 1 MOV AX,addr

MAR _{DS 16+MBR}×

MBR Mem[MAR]

MAR _CS×_{16 + IP}

MBR Mem[MAR]

IP IP + 1

MAR _{DS 16+MBR}×

MBR AX

T5

T6

T7

T8

T9 MOV addr,AX

MOV AX,data ADD BX,AX

MBR AX

BX BX + MBR 其它指令

IP IP + 1

AX MBR

MAR _CS×_{16 + IP}

MBR Mem[MAR]

(19)

指令MOV AX,addr執行的第四個步驟

DS CS

IP

AX BX CX DX

IR 控制單元

(CU) +1

16

位址

資料記憶器

MAR

MBR 操作碼/disp

符號擴展 20

16

16 20

0000 4 20

16 16

16 8

16 16

16

CPU

T8

(20)

指令MOV AX,addr執行的最後一個步驟

DS CS

IP

AX BX CX DX

IR 控制單元

(CU) +1

16

位址

資料記憶器

MAR

MBR 操作碼/disp

符號擴展 20

16

16 20

0000 4 20

16 16

16 8

16

16 T10

(21)

典型的組合語言程式列表

;program 2.2-1 (file_name test.asm) page 45,70

0000 DATA SEGMENT PUBLIC 'DATA' 0000 0047 OPR1 DW 0047H

0002 0023 OPR2 DW 0023H 0004 DATA ENDS

;Exchange two words in memory

;using absolute addressing mode

0000 CODE SEGMENT PUBLIC 'CODE' ASSUME CS:CODE,DS:DATA

0000 SWAP PROC NEAR

0000 B8 ---- R MOV AX,DATA ;load DS 0003 8E D8 MOV DS,AX

0005 A1 0000 R MOV AX,OPR1 ;get opr1 0008 8B 1E 0002 R MOV BX,OPR2 ;get opr2 000C A3 0002 R MOV OPR2,AX ;save opr1 000F 89 1E 0000 R MOV OPR1,BX ;save opr2 0013 C3 RET

0014 SWAP ENDP 0014 CODE ENDS END SWAP

(22)

最常用的部分假指令

假指令意義例子

DB <exp>[,<exp>,…] DB 07,0EFH

DB <string>[,<string>,…]

}

^{定義位元組資料} DB ‘AB’,’BOOK’

DW <exp>[,<exp>,…] 定義語句(2 位元組)資料 DW 07,0E23FH DD <exp>[,<exp>,…] 定義雙語句(4 位元組)資料 DD 0E23F0011H DB number DUP(?) 保留位元組儲存空間 DB 5 DUP(0) DW number DUP(?) 保留語句儲存空間 DW 50 DUP(0) DD number DUP(?) 保留雙語句儲存空間 DD 25 DUP(0) DQ number DUP(?) 保留四語句儲存空間 DQ 25 DUP(0) ORG <exp> 定義機器碼起始位址 ORG 0100H

<name> EQU <exp> 指定 name 的值為 exp THREE EQU 3 END [<label>] 表程式到此結束，並且設定程

式的啟始位址為 label (若有)

END

END START

(23)

保護模式的兩種記憶器映成模式

01000 92000 00092000

00030

--- 基底位址節區長度存取權 00040000

00050

--- --- 00020

00001000

40000

LDT

(b) 多節區模式 (a) 平坦模式

00000000 20000000 FFFFFFFF

(4 GB)

安裝記憶器

00000000 20000 --- 基底位址節區長度存取權

GDT

(24)

產生與執行一個組合語言程式的過程

作業系統 (核心程式)

組譯程式連結程式載入程式執行程式

編輯程式

命令

原始程式目的程式目的程式

(可執行)

I/O推動程式

程式列表程式列表

(25)

DOS模式組合語言程式的建立與測試

步驟1

C:>masm test test test

Microsoft (R) MASM Compatibility Driver

Copyright (C) Microsoft Corp 1993. All rights reserved.

Invoking: ML.EXE /I. /Zm /c /Fl test.asm

Assembling: test.asm

(26)

DOS模式組合語言程式的建立與測試

步驟2

C:>link test test 或 C:>link

Object Modules [.obj]:test (輸入欲連結的目的程式檔名) Run File [test.exe]:test (輸入欲產生的目的程式檔名) List File [nul.map]: (輸入enter)

Libraries [.lib]: (輸入enter)

Definitions File [nul.def]: (輸入enter)

LINK : warning L4021: no stack segment

(27)

DOS模式組合語言程式的建立與測試

步驟3

C:>debug test.exe

-u

11B0:0000 B8AF11 MOV AX,11AF 11B0:0003 8ED8 MOV DS,AX 11B0:0005 A10000 MOV AX,[0000]

11B0:0008 8B1E0200 MOV BX,[0002]

11B0:000C A30200 MOV [0002],AX 11B0:000F 891E0000 MOV [0000],BX 11B0:0013 C3 RET

11B0:0014 33DB XOR BX,BX 11B0:0016 8CC8 MOV AX,CS 11B0:0018 83E007 AND AX,+07 11B0:001B 8E060A00 MOV ES,[000A]

11B0:001F 0F DB 0F

(28)

DOS模式組合語言程式的建立與測試

-d 11AF:0

11AF:0000 47 00 23 00 00 00 00 00-00 00 00 00 00 00 00 00 G.#...

11AF:0010 B8 AF 11 8E D8 A1 00 00-8B 1E 02 00 A3 02 00 89 ...

11AF:0020 1E 00 00 C3 33 DB 8C C8-83 E0 07 8E 06 0A 00 0F ....3...

11AF:0030 03 0E 0A 00 41 D1 E9 80-3E 84 25 00 74 37 26 39 ....A...>.%.t7&9 11AF:0040 17 75 28 53 52 50 E8 75-FC 72 18 F7 C3 F0 FF 75 .u(SRP.u.r...u 11AF:0050 0D 0B D3 74 09 5A 52 B8-01 01 CD 31 73 05 58 50 ...t.ZR....1s.XP 11AF:0060 E8 55 FF 58 5A 5B 26 C7-07 00 00 83 C0 08 83 C3 .U.XZ[&...

11AF:0070 02 E2 CB EB 12 26 39 17-75 05 50 E8 3A FF 58 83 ...&9.u.P.:.X.

(29)

DOS模式組合語言程式的建立與測試

-e 11af:0

11AF:0000 47.12

-d 11af:0

11AF:0000 12 00 23 00 00 00 00 00-00 00 00 00 00 00 00 00 ..#...

11AF:0010 B8 AF 11 8E D8 A1 00 00-8B 1E 02 00 A3 02 00 89 ...

11AF:0020 1E 00 00 C3 33 DB 8C C8-83 E0 07 8E 06 0A 00 0F ....3...

11AF:0070 02 E2 CB EB 12 26 39 17-75 05 50 E8 3A FF 58 83 ...&9.u.P.:.X.

(30)

DOS模式組合語言程式的建立與測試

-g=0,13

AX=0012 BX=0023 CX=0024 DX=0000 SP=0000 BP=0000 SI=0000 DI=0000 DS=11AF ES=119F SS=11AF CS=11B0 IP=0013 NV UP EI PL NZ NA PO NC 11B0:0013 C3 RET

-d 11af:0

11AF:0000 23 00 12 00 00 00 00 00-00 00 00 00 00 00 00 00 #...

11AF:0010 B8 AF 11 8E D8 A1 00 00-8B 1E 02 00 A3 02 00 89 ...

11AF:0020 1E 00 00 C3 33 DB 8C C8-83 E0 07 8E 06 0A 00 0F ....3...

(31)

程式的另外一種結構

;program 2.3-2 (file_name test1.asm) page 45,70

.model small (宣告DATA與CODE為分開的節區)

.data (取代DATA SEGMENT與DATA ENDS兩個假指令)

OPR1 DW 0047H OPR2 DW 0023H

;using absolute addressing mode

.code (取代CODE SEGMENT與CODE ENDS兩個假指令)

.startup (設定DS、SS、與SP的初值)

SWAP PROC NEAR

MOV AX,OPR1 ;get opr1 MOV BX,OPR2 ;get opr2 MOV OPR2,AX ;save opr1 MOV OPR1,BX ;save opr2 RET

SWAP ENDP END

(32)

debug常用的命令

命令功能

？顯示 debug 的所有命令與格式

A[<啟始位址>] 自指定的啟始位址開始接受指令輸入並作組譯 C<記憶器區範圍><位址> 比較記憶器內容

D[<記憶器區範圍>] 顯示記憶器內容

E<啟始位址>[<資料序列>] 顯示記憶器內容並允許更改 F<記憶器區範圍><資料序列> 填入資料到記憶器內

G[＝<啟始位址>[<終止位址>…]] 執行

H<數值 1><數值 2> 計算數值 1 與數值 2 的和及差

I<輸入埠位址> 讀取輸入埠的資料值

L[啟始位址][磁碟機][起始扇形區][數目] 載入檔案於記憶器內 M<記憶器區範圍><目的位址> 記憶器區資料的移動

N[檔名][參數] 設定欲載入記憶器(或寫入磁碟)的檔名或程式執行

時的參數

O<輸出埠位址><位元組值> 設定輸出埠的值

P[＝啟始位址][執行的指令個數] 單步執行(見內文說明)

Q 結束 debug 程式

R[暫存器名稱] 顯示暫存器內容並允許更改

S<記憶器區範圍><資料序列> 在記憶器區範圍內尋找資料

(33)

在平坦模式下的組合語言程式例

;program 2.3-3 (file_name ex233.asm) .386

.model flat, stdcall

ExitProcess PROTO NEAR32 stdcall, dwExitCode:DWORD .stack 4096

00000000 .data

00000000 0047 OPR1 DW 0047H 00000002 0023 OPR2 DW 0023H 00000000 .code

;using absolute addressing mode 00000000 main PROC

00000000 66| A1 00000000 R MOV AX,OPR1 ;get opr1 00000006 66| 8B 1D 00000002 R MOV BX,OPR2 ;get opr2 0000000D 66| A3 00000002 R MOV OPR2,AX ;save opr1 00000013 66| 89 1D 00000000 R MOV OPR1,BX ;save opr2

INVOKE ExitProcess, 0 00000021 main ENDP

END main

(34)

使用Windbg程式執行程式2.3-3時的相關視窗

(35)

組譯程式與其相關的資料結構

第一回合第二回合

原始程式目的程式

組譯程式 LC

ST MOT

POT

組譯列表

(36)

組譯程式第一個回合概觀：建立ST表

開始

讀入資料

有新標記否？是

否

與LC值一起存入ST

找尋POT表

找尋MOT表

找到

未找到

型式

DB, DW, DD, DQ 計算需要的長度

END 第二回合

找到未找到

列印錯誤訊息

(37)

組譯程式第二個回合概觀：計值與產生目的程式

開始

讀入資料

給予指令長度, 格式,及二進碼

找到未找到

型式

定義資料假指令

清除與跳出

計算需要的長度

轉換與輸出常數

更新LC值

END

計算運算元表式

產生組合語言指令各部分

保留空間假指令找尋POT表

找尋MOT表找到未找到

列印錯誤訊息

(38)

組譯程序例

;ex5.1-4.asm

DATA SEGMENT PUBLIC 'DATA' LC BYTE CODE BCOUNT EQU 08H ;bit bumber = 0008

TDATA DB 47H ;test data 0000 1 47 COUNT DB 00H ;result 0001 1 00

EMASK DB 01H,02H,04H,08H ;mask 0002 4 01 02 04 08 DB 10H,20H,40H,80H 0006 4 10 20 40 80

DATA ENDS 000A

;count the number of 1-bit in a given byte

;using MASK and AND instruction.

(39)

組譯程序例

CODE SEGMENT PUBLIC 'CODE' 0000 ASSUME CS:CODE,DS:DATA

B1CNTS PROC NEAR 0000

MOV AX,DATA ;load DS 0000 3 B8 ---- R MOV DS,AX 0003 2 8E D8

MOV CX,BCOUNT ;put count in CX 0005 3 B9 0008 MOV SI,00H ;zero index 0008 3 BE 0000

XOR AH,AH ;zero AH 000B 2 32 E4

BEGIN: MOV AL,TDATA ;get test data 000D 3 A0 0000 R AND AL,EMASK[SI];test bit value 0010 4 22 84 0002 R JZ NEXT ;if not zero 0014 2 74 02

INC AH ;increase count 0016 2 FE C4 NEXT: INC SI ;increase index 0018 1 46

DEC CX ;repeat until 0019 2 49 JNZ BEGIN ;CX = 0 001A 2 75 F1

MOV COUNT,AH ;store result 001C 3 88 26 0001 R RET 0020 1 C3

B1CNTS ENDP 0021 CODE ENDS 0021

END B1CNTS

(40)

組譯程序例

ST表(Symbol Table)

Name Type Value Attr BCOUNT Number 0008h

BEGIN L Near 000D CODE COUNT Byte 0001 DATA EMASK Byte 0002 DATA NEXT L Near 0018 CODE TDATA Byte 0000 DATA

安裝記憶器

本章目標

• 了解電腦的基本功能與原理

• 了解組譯程式與組合語言程式

• 了解組合語言程式的建立與執行

• 了解基本的組譯程式假指令

• 了解組譯程式如何組譯組合語言程式

基本程式設計觀念

自然語言（中文、英文、...）

高階語言（C、C++、Java）

組合語言（80x86）

機器語言（80x86） 機器

人

程式設計層次關係圖

電腦的階層式結構

硬體 組合語言 高階語言

應用程式 ( 或語言 )

電腦與記憶器的邏輯結構

記憶器

資料 指令 CPU

中央處理器

位址匯流排

資料匯流排 讀取/寫入控制

(a) 電腦的邏輯結構 (b) 記憶器的邏輯結構

位址

資料輸出 資料輸入

1 0

2

n-2 n-1 n 67

27 15

09 56 27 位址

寫入

讀取

CPU的動作

CPU 模組

IP ：= 0 ；

重複執行下列動作

自記憶器位址為 IP 的位置中摘取指令；

執行該指令；

IP ：= IP + 1

END CPU 模組

簡化的80x86微處理器規劃模式與指令格式

80x86最常用的資料轉移指令

80x86最常用的算術運算指令

80x86最常用的邏輯運算指令

80x86最常用的分歧與跳躍指令

CPU的動作

CPU 模組

IP ：= 0 ；

重複執行下列動作

自記憶器位址為 IP 的位置中摘取指令；

執行指令解碼；

若該指令執行時需要資料，則自記憶器中讀取運算元；

執行指令的動作；

若該指令需要儲存結果，則儲存結果於記憶器中；

IP ：= IP + 1

END CPU 模組

一個簡化的80x86 CPU RTL模型

CPU

指令讀取的第一個步驟

T1

指令讀取的第二個步驟

CPU

T2

指令讀取的第三個步驟

T3

指令讀取的第四個步驟

CPU

T4

指令的讀取與執行動作時序圖

指令MOV AX,addr執行的第四個步驟

CPU

指令MOV AX,addr執行的最後一個步驟

典型的組合語言程式列表

最常用的部分假指令

}

保護模式的兩種記憶器映成模式

產生與執行一個組合語言程式的過程

作業系統 (核心程式)

組譯程式 連結程式 載入程式 執行程式

機器語言（80x86）機器

硬體組合語言高階語言

資料指令 CPU

資料匯流排讀取/寫入控制

資料輸出資料輸入

組譯程式連結程式載入程式執行程式

原始程式目的程式目的程式

程式列表程式列表