《x86匯編語言：從實模式到保護模式》筆記

本文轉載自查看原文 2022-01-27 21:12 721 匯編

x86匯編語言筆記

8086通用寄存器

16位寄存器：AX、BX、CX、DX、SI、DI、BP、SP。

前4個可分為高8位和低8位來使用：AH、AL、BH、BL、CH、CL、DH、DL。

內存分段

采用分段技術解決地址重定位問題，在硬件級別用兩個段寄存器來支持，代碼段寄存器CS和數據段寄存器DS。

實模式下CPU訪問物理地址的方式：段基址:偏移地址。

8086段寄存器

代碼段寄存器：CS

數據段寄存器：DS

附加段寄存器：ES

棧段寄存器：SS

如何訪問指令？

當程序開始時，CS指向代碼段的起始地址，IP指令指針指向段內偏移。即CS:IP。

注意：一般沒有指定段寄存器時，默認使用DS。

如何訪問數據？

在訪問內存單元時，則采用DS:偏移地址。

注意1：由於8086提供20位的物理地址，所以在計算物理地址時，要將段寄存器左移4位再加上偏移地址。由此可以得出8086最大只能訪問1MB的內存空間。

注意2：內存是以字節為單位，內存中的每一個字節都對應一個物理地址。

計算機的啟動流程

注意：主引導扇區的最有兩個字節是0x55和0xaa。

顯存

顯存存在於顯卡之中，一般CPU是通過把顯存映射到0xB8000~0xBFFFF這部分內存空間，來直接訪問顯存，顯卡在加電自檢后會初始化為80 * 25模式，即屏幕上顯示25行，每行80個字符，每屏總共2000個字符。

顯卡通過ASCII編碼來識別CPU傳入顯存的數據。

屏幕上每個字符對應着顯存中的連續兩個字節，前一個字節為字符的ASCII代碼，后一個字節為字符的顯示屬性。

注意：Intel的處理器不允許把一個立即數傳送到段寄存器，必須通過其他寄存器來中轉。

mov指令

mov 目的操作數, 源操作數

注意：mov指令不允許目的操作數和源操作數都為內存單元，並且目的操作數不能為立即數。

注意：內存的增長是從低地址到高地址的。

除法

無符號除法指令：div

16位除法：
被除數放在ax寄存器中。

格式：
```
div x ;這里的x可以代表寄存器或者[內存單元]或者立即數
```
\[ax / x = s \cdots m \]

參數：
- x：除數。
- s：表示商，放在al寄存器。
- m：表示余數，放在ah寄存器。
32位除法：
被除數的高16位放在dx寄存器中，低16位放在ax中。

格式：
```
div x ;這里的x可以代表寄存器或者[內存單元]或者立即數
```
\[(dx << 4 + ax) / x = s \cdots m \]

參數：
- x：除數。
- s：表示商，放在ax寄存器。
- m：表示余數，放在dx寄存器。

在段之間批量傳送數據

使用movsb和movsw指令可以在兩個段之間批量傳送數據。movsb每次傳送一個字節，movsw每次傳送一個字。

格式：

; 重復執行
rep movsb ; rep指令前綴表示cx寄存器的值不為0，則重復執行該指令。
rep movsw
; 只執行一次
movsb
movsw

參數：

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。
數量：由CX寄存器指定。

傳送方向：

正向：從低地址到高地址，每次使SI和DI加1或2。
反向：從高地址到低地址，每次使SI和DI減1或2。

一個特殊的寄存器flag

通過cld指令來將flag寄存器的DF位設置為0，std指令將flag寄存器的DF位設置位1。

ZF位表示運算結果是否為0。

1：運算結果為0

0：運算結果不為0

DF位表示movsb/movsw指令是正向還是反向。

0：正向

1：反向

關於使用寄存器提供偏移地址的問題

在8086處理器上只能使用BX、SI、DI、BP寄存器來提供偏移地址。

加一和減一、加法和減法

加一和減一對應的指令為inc和dec。

加法和減法對應的指令為add和sub。

負數相關指令

neg 寄存器：將對應寄存器的值變為負數。
cbw：無操作數，將AL寄存器的數值擴展到AX寄存器。
cwd：無操作數，將AX寄存器的數值擴展到DX和AX寄存器中，DX存高16位，AX存低16位。

jns指令

標志寄存器的SF位：當計算結果的最高位是0時，該位為0，否則為1。

jns指令，當標志寄存器的SF位為0時，則進行跳轉。

標記寄存器的其他標志位

奇偶標志位PF：當運算結果的低8位中，有偶數個1則PF為1，否則為0。
進位標志位CF：當進行算術運算時，如果有向最高位進位或借位，則CF為1，否則為0。
溢出標志位OF：如果發生溢出則為1，否則為0。

指令對標志寄存器的影響：

條件跳轉指令

根據標志跳轉：

jz：ZF為1則轉移，jnz：ZF為0則轉移。
jo：OF為1則轉移，jno：OF為0則轉移。
jc：CF為1則轉移，jnc：CF為0則轉移。
jp：PF為1則轉移，jnp：PF為0則轉移。

根據比較結果跳轉：

可以通過cmp指令進行比較。

根據CX寄存器進行跳轉：

jcxz：如果CX寄存器為0，則進行跳轉。

棧段

由SS寄存器來確定段地址，SP寄存器確定偏移地址。

壓棧：push指令，會將SP的內容減去操作數的字長，再把操作數壓入棧中。

彈棧：pop指令，會將SP的內容加上操作數的字長，再把棧頂的數據彈出。

注意：實模式下，棧的大小為64KB。

尋址方式

寄存器尋址
立即尋址
內存尋址
- 直接尋址
- 基址尋址：使用BX和BP寄存器進行尋址
  
  注意：BP寄存器默認使用SS段寄存器，使得棧內數據可以像數據段一樣訪問。
- 變址尋址：使用SI和DI寄存器進行尋址
- 基址變址寄存器：同時使用BX/BP和SI/DI寄存器進行尋址

I/O端口讀寫方式

I/O端口的范圍：0 ~ 65535(0x0 ~ 0xffff)。

讀取I/O端口
```
in 存放位置, 端口號
```
存放位置：必須是AL或AX寄存器。

端口號：立即數或DX寄存器。
寫入I/O端口
```
out 端口號, 寫入數據
```
端口號：立即數或DX寄存器。

寫入數據：必須是AL或AX寄存器。

一些磁盤相關的知識：

LBA28邏輯扇區編制法：即通過28個bit來表示邏輯扇區號，而不關心扇區的具體位置。（從0開始算起）

端口號：

端口號	含義
1f2	表示要讀取的扇區數
1f3	表示邏輯扇區號的0~7位
1f4	表示邏輯扇區號的8~15位
1f5	表示邏輯扇區號的16~23位
1f6	低4位存放邏輯扇區號的24~27位，第4位表示硬盤號（0主盤，1從盤），第6位表示扇區編制方式（0：CHS、1：LBA）
1f7	命令端口：寫入0x20表示讀硬盤請求，狀態端口：第7位表示硬盤忙碌狀態（0不忙，1忙碌），第3位表示硬盤數據是否准備好（1：ok，0：no），第0位表示讀取數據是否出錯（1出錯，0沒出錯）
1f0	硬盤接口的數據端口（16位端口），當硬盤准備好后，可以從這個端口讀取數據

過程調用

call指令：

近調用的原理是先把IP寄存器的值壓入棧中，再修改IP寄存器，而遠調用則是分別把CS和IP寄存器的值壓入棧，再修改CS和IP寄存器的值。

直接近調用
```
call 立即數
```
間接近調用
```
call 寄存器/[內存地址]
```
直接遠調用
```
call 段地址:偏移地址
```
間接遠調用
```
call far [內存地址]
```
這種方式會從對應的內存地址中獲取兩個字的數據，前一個字作為段地址，后一個字作為偏移地址。

返回指令：

ret的原理是彈出棧中的值到IP寄存器，retf的原理是先彈出到IP寄存器，再彈到CS寄存器。

ret：相對近返回
retf：相對遠返回

abc、shr、ror指令

abc：同add指令差不多，但是會加上CF位的值（CF是表示是否進位）。
shr：邏輯右移，類似C語言中的>>。
shl：邏輯左移，類似C語言中的<<。
ror：循環右移，將移出的bit放到左邊空缺的位置，同時送入CF標志位。
rol：循環左移，將移出的bit放到右邊空缺的位置，同時送入CF標志位。

無條件跳轉指令

相對短轉移：立即數表示偏移量
```
jmp short 立即數
```
相對近轉移：立即數表示偏移量
```
jmp near 立即數
; 或
jmp 立即數
```

間接絕對近轉移：寄存器或內存地址表示偏移地址

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

直接絕對遠轉移
```
jmp 段地址:偏移地址
```
間接絕對遠轉移
```
jmp far 寄存器/[內存地址]
```

偽指令resb

resb

從當前位置開始，保留指定數量的字節，但不初始化它們的值。（區分db、dw、dd、dq）
resw：與resb相同，但是單位為字。
resd：與resb相同，但是單位為雙字。

光標操作

屏幕上光標的位置保存在顯卡內部的兩個光標寄存器（8位）中，合起來是一個16位數值，表示在第幾個位置（\(0 \sim {(80 * 25) - 1}\)）。

注意：文字模式下，屏幕顯示80*25個字符。

讀取光標：

步驟：

向端口號0x3d4的索引寄存器指定索引，0xe是光標位置的高8位，0xf是光標位置的低8位。

通過端口號0x3d5的數據寄存器讀取數據。

設置光標：

步驟：

向端口號0x3d4的索引寄存器寫入光標位置的索引。

向端口號0x3d5的數據寄存器寫入光標位置。

乘法

mul指令

mul 寄存器/[內存地址]

8位乘法：將mul指令里指定的值乘以AL寄存器中的值，並把結果保存到AX寄存器中。
16位乘法：將mul指令里指定的值乘以AX寄存器中的值，並把結果的高16位保存到DX，低16位保存到AX中。

cpuid指令

用於返回處理器的標識和特性信息。

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

eflags寄存器

comvcc指令

可以看成mov指令加上條件判斷功能，與cmp或test指令配合使用。

偽代碼：

if (condition) {
    mov dest, source
}

sgdt指令

格式：sgdt 寄存器/[內存單元]

把gdtr寄存器的內容保存到指定位置。

movzx/movsx指令

movzx：帶零擴展傳送指令

格式：movzx r16/r32, r8/r16/m8/m16

把指定8位/16位寄存器/內存單元的數據放到16/32位寄存器中，並且將高位設置為0。
movsx：帶符號擴展傳送指令

格式：movsx r16/r32, r8/r16/m8/m16

把指定8位/16位寄存器/內存單元的數據放到16/32位寄存器中，並且將高位設置為跟符號位一致。

cmps指令

cmp指令的升級版，通過cx（16位）或ecx（32位）寄存器來指定比較次數，ds:si/esi寄存器指定源地址，es:di/edi寄存器指定目的地址，並根據eflags寄存器中的df位來決定地址變化的方向，\(df=0\)則正向比較，地址遞增，\(df=1\)則反向比較，地址遞減，如果沒有加上rep指令前綴，則只比較一次。

cmpsb ;字節比較
cmpsw ;字比較
cmpsd ;雙字比較

有關的rep指令前綴：

rep：一直重復到cx寄存器的值為0。
repz/repe：一直重復到cx寄存器的值為0或比較的內容不相等。
repnz/repne：一直重復到cx寄存器的值為0或比較的內容相等。

調用門

調用門（Call Gate）用於不同特權級的程序之間進行控制轉移。本質上只是一個描述符（不同於代碼段和數據段）。

調用門的特權級檢查規則：

pushf/popf指令

把16位的flags寄存器/32位的eflags寄存器壓或彈棧到flag寄存器中。

GDT、LDT和TSS的關系

任務切換與特權級切換的區別

任務門

注意：任務是不可重入的。

任務切換：

中斷引起：

在保護模式下，產生中斷后CPU會根據中斷號查詢中斷描述符表，如果對應的中斷描述符是一個任務門，那么就會進行任務切換。
使用遠過程調用指令引起：

在使用遠過程調用指令時，CPU會去GDT中查找對應的段描述符，如果該描述符為任務門描述符，則會發起任務切換。

頁目錄項和頁表項的結構

參數解釋：

參數	含義
P	該頁表/頁是否存在於內存中，1存在，0不存在
RW	讀寫位，0該頁只讀，1可讀可寫
US	用戶/管理位，1允許所有特權級訪問，0只允許特權級為0、1、2的程序訪問
PWT	頁級通寫位，與高速緩存相關
PCD	頁級高速緩存禁止位
A	訪問位，表示該頁是否被訪問過
D	臟位，表示該頁是否被寫過
PAT	頁屬性表支持位，與高速緩存相關
G	全局位，表示該頁是否為全局性的，如果是，則一直保留在高速緩存中
AVL	被處理器忽略，軟件可使用