Asm01-基本概念

1、I. 一些基本概念一些基本概念一一數(shù)據(jù)編碼數(shù)據(jù)編碼二二PCPC機(jī)系統(tǒng)機(jī)系統(tǒng)三三IA-32IA-32處理器基本架構(gòu)處理器基本架構(gòu)四四IA-32IA-32處理器工作模式處理器工作模式五五IntelIntel處理器系列處理器系列六六匯編語言簡介匯編語言簡介七七匯編語言基本規(guī)則匯編語言基本規(guī)則數(shù)據(jù)編碼數(shù)據(jù)編碼p數(shù)值數(shù)據(jù)機(jī)內(nèi)編碼數(shù)值數(shù)據(jù)機(jī)內(nèi)編碼補(bǔ)碼：最高位是符號(hào)位，補(bǔ)碼：最高位是符號(hào)位，0：正數(shù)正數(shù)，1：負(fù)數(shù)負(fù)數(shù)； 正數(shù)的補(bǔ)碼是其二進(jìn)制碼（原碼）；正數(shù)的補(bǔ)碼是其二進(jìn)制碼（原碼）；負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼：對應(yīng)正數(shù)的原碼負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼：對應(yīng)正數(shù)的原碼“取反取反”，末位，末位“加加1” 8位二進(jìn)制碼位二進(jìn)制碼: 0 0， .

2、， +127+1271 1 000 0000 ,.,000 0000 ,., 1 1 111 1111111 11110 0 000 0000 ,000 0000 ,., 0., 0 111 1111111 1111+128+128，.，+255+255 0 0，.，+127+127-128-128，.，-1-1無符號(hào)整數(shù)無符號(hào)整數(shù)有符號(hào)整數(shù)有符號(hào)整數(shù)1111 11111111 1111p補(bǔ)碼符號(hào)擴(kuò)展補(bǔ)碼符號(hào)擴(kuò)展0 0101 101 101010100000 00000000 00001 1101 1010101 1010 0 0101 1010101 10101 1101 1010101 1

3、010 = 8= 8位位= 16= 16位位64+16+8+2 = 9064+16+8+2 = 900010 01010010 0101 0010 01100010 0110 : : 3838 1010進(jìn)制？進(jìn)制？p2 2進(jìn)制、進(jìn)制、8 8進(jìn)制、進(jìn)制、1616進(jìn)制進(jìn)制將二進(jìn)制數(shù)將二進(jìn)制數(shù)10110001101011.111100110110001101011.1111001分別轉(zhuǎn)換成八分別轉(zhuǎn)換成八進(jìn)制和十六進(jìn)制數(shù)。進(jìn)制和十六進(jìn)制數(shù)。 將八進(jìn)制數(shù)將八進(jìn)制數(shù)673.124673.124轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)。轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)。 p字符數(shù)據(jù)編碼：字符數(shù)據(jù)編碼：ASCIIASCII碼、碼、UnicodeUnic

4、ode編碼編碼.0 x30-0 x390 x30-0 x390 x41-0 x560 x41-0 x560 x61-0 x760 x61-0 x76PC機(jī)系統(tǒng)機(jī)系統(tǒng)CPUCPU 寄存器寄存器. .ALUALU時(shí)時(shí) 鐘鐘主主 存存. .I/OI/O設(shè)備設(shè)備I/OI/O設(shè)備設(shè)備控制、地址總線控制、地址總線數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線程序指令程序指令數(shù)數(shù) 據(jù)據(jù)可看做若干可看做若干存儲(chǔ)單元存儲(chǔ)單元p匯編程序設(shè)計(jì)機(jī)器模型匯編程序設(shè)計(jì)機(jī)器模型 內(nèi)存組織？內(nèi)存組織？內(nèi)存應(yīng)該如何使用內(nèi)存應(yīng)該如何使用 寄存器組（寄存器組（Register Files）？）？寄存器應(yīng)該如何使用寄存器應(yīng)該如何使用p內(nèi)存內(nèi)存 內(nèi)存劃分為一系列由

5、內(nèi)存劃分為一系列由8個(gè)二個(gè)二進(jìn)制位構(gòu)成的基本存儲(chǔ)單元，進(jìn)制位構(gòu)成的基本存儲(chǔ)單元，即即字節(jié)。字節(jié)。 存儲(chǔ)單元從存儲(chǔ)單元從0開始順序編號(hào)。開始順序編號(hào)。 每個(gè)存儲(chǔ)單元的編號(hào)稱為該每個(gè)存儲(chǔ)單元的編號(hào)稱為該存儲(chǔ)單元的存儲(chǔ)單元的地址。地址。0000400003000020000100000010030100201001010000 xE80 xE8地址為地址為0 x010010 x01001的字節(jié)的字節(jié) 存儲(chǔ)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)0 xE80 xE8p內(nèi)存訪問內(nèi)存訪問 CPU通過通過總線總線與內(nèi)存芯片與內(nèi)存芯片進(jìn)行三類信息的交互：進(jìn)行三類信息的交互： 存儲(chǔ)單元的地址存儲(chǔ)單元的地址 讀讀/寫控制寫控制 讀出或?qū)懭氲?/p>

6、數(shù)據(jù)讀出或?qū)懭氲臄?shù)據(jù)0000400003000020000100000010030100201001010000 xE80 xE8CPUCPU地址總線地址總線控制總線控制總線數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線 例如：例如：CPU讀存儲(chǔ)單元讀存儲(chǔ)單元1001h1001讀讀CPU尋址能力尋址能力：地址總線寬度地址總線寬度(位數(shù)位數(shù))數(shù)據(jù)傳輸效率數(shù)據(jù)傳輸效率：數(shù)據(jù)總線寬度數(shù)據(jù)總線寬度(位數(shù)位數(shù))0000400003000020000100000010030100201001010000 xE80 xE80 xE80 xE8p地址對齊地址對齊000040000300002000010000001003010020100

7、101000 地址為地址為 0 x00002 0 x00002 的的3232位單元位單元存儲(chǔ)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)數(shù)據(jù) 0 xEC05FF04 0 xEC05FF04 ？ECEC0505FFFF0404以以32位機(jī)為例：位機(jī)為例： 內(nèi)存訪問最內(nèi)存訪問最好好3232位對齊位對齊某些某些CPU不允許非對齊的訪問不允許非對齊的訪問某些某些CPU可以通過多次內(nèi)存訪可以通過多次內(nèi)存訪 問完成數(shù)據(jù)存取問完成數(shù)據(jù)存取p幾個(gè)問題幾個(gè)問題 CPU的尋址能力為的尋址能力為8KByte，則，則. .? 1KB的存儲(chǔ)器有的存儲(chǔ)器有.個(gè)存儲(chǔ)單元，存儲(chǔ)單元的個(gè)存儲(chǔ)單元，存儲(chǔ)單元的編號(hào)編號(hào).? 4KB的存儲(chǔ)器可以存儲(chǔ)的存儲(chǔ)器可以存儲(chǔ).個(gè)

8、個(gè)bit？ 16 20 32位的地址總線尋址能力分別位的地址總線尋址能力分別為為. .MB? 8 16 32位的數(shù)據(jù)總線一次可傳輸?shù)臄?shù)據(jù)位的數(shù)據(jù)總線一次可傳輸?shù)臄?shù)據(jù)為為.Byte?IA-32處理器基本架構(gòu)處理器基本架構(gòu)指令緩存指令緩存指令譯碼指令譯碼控制單元控制單元指令指針指令指針數(shù)據(jù)緩存數(shù)據(jù)緩存寄存器寄存器ALUALU浮點(diǎn)單元浮點(diǎn)單元 內(nèi)內(nèi) 存存p處理器工作流程處理器工作流程 取指令；取指令； 指令譯碼；指令譯碼； 取操作數(shù)；取操作數(shù)； 執(zhí)行；執(zhí)行； 存儲(chǔ)處理結(jié)果；存儲(chǔ)處理結(jié)果；IA-32處理器工作模式處理器工作模式p寄存器組寄存器組AHAHALALBHBHBLBLCHCHCLCLDHDHD

9、LDLBPBPSPSPSISIDIDIEAXEAXEBXEBXECXECXEDXEDXEBPEBPESPESPESIESIEDIEDIAXAXBXBXCXCXDXDXCSCSSSSSDSDSESESEFLAGSEFLAGSEIPEIPFLAGSFLAGSIPIPp通用寄存器通用寄存器EAXAXEAXAX 32位位EAX的低的低16位作為位作為AX使用，使用， AX可分為可分為AH、AL（8位）位）p實(shí)模式實(shí)模式 機(jī)器字長機(jī)器字長16位，即處理器中寄存器寬度為位，即處理器中寄存器寬度為16位位 20位地址總線位地址總線 可尋址可尋址1MB地址空間地址空間 16位數(shù)據(jù)總線位數(shù)據(jù)總線 一次可傳輸、處

10、理一次可傳輸、處理16位數(shù)據(jù)位數(shù)據(jù) 1616位字長的機(jī)器，如位字長的機(jī)器，如何提供何提供2020位尋址能力？位尋址能力？實(shí)模式下的內(nèi)存模型實(shí)模式下的內(nèi)存模型 CPU內(nèi)部使用內(nèi)部使用16位地址位地址 只能尋址只能尋址64KB地址空間中的存地址空間中的存儲(chǔ)單元，即儲(chǔ)單元，即000000FFFF。 如果改變尋址的如果改變尋址的起點(diǎn)起點(diǎn)，即不從即不從00000開始，而從更高地方開開始，而從更高地方開始，則可尋址到始，則可尋址到0FFFF外。外。 如如0FFF0開始，可尋址到開始，可尋址到1FFEF 尋址的起始地址可變尋址的起始地址可變0000100000100000FFFFFFFFFFFFFE1FFF

11、01FFEF0FFF10FFF0 尋址的尋址的起始地址起始地址信息信息存放在存放在段段寄存器寄存器中，從該起始地址開始，中，從該起始地址開始，16位地址可以尋址一個(gè)大小為位地址可以尋址一個(gè)大小為64KB空間，稱為空間，稱為一個(gè)段一個(gè)段 段寄存器段寄存器指示段起始，通過另指示段起始，通過另一一16位的地址進(jìn)行段內(nèi)尋址，位的地址進(jìn)行段內(nèi)尋址，稱為稱為段內(nèi)偏移段內(nèi)偏移:0000100000100000FFFFFFFFFFFFFE1FFF01FFEF0FFF10FFF0 0 F F F 0 + F F F F = 1 F F E F2020位位起始地址，起始地址，低低4 4位必須為位必須為0 0161

12、6位位偏移地址偏移地址: : 0000 0000 FFFF FFFFCSCS、SSSS、DSDS、ESES 線性地址線性地址 物理地址物理地址例如，例如，CS=9482H, IP=2352H, 實(shí)際地址為實(shí)際地址為: 1001 0100 1000 0010 + 0010 0011 0101 0010 1001 0110 1011 0111 0010 9 6 B 7 2 9 6 B 7 2 （H H）+0000100000100000FFFFFFFFFFFFFE100280FFF10FFF0 0 0 3 81 0 0 2 80DSDSSISI 2020位段起始地位段起始地址的址的高高1616位位

13、 程序使用程序使用邏輯地址邏輯地址DS:SI，即即0FFF:0038，訪問數(shù)據(jù)訪問數(shù)據(jù)AA+0 x380 0 3 8 0 F F F 0 F F F 基于基于其他起始地址其他起始地址同樣可以訪同樣可以訪問問10028h單元單元實(shí)模式存儲(chǔ)器尋址示意圖實(shí)模式存儲(chǔ)器尋址示意圖1616位位 DSDS1616位位 SISI 2020位段地址的低位段地址的低4 4位全位全0 0 = = 1616位位DSDS左移左移4 4位位線性地址線性地址DS:SIDS:SI，邏輯地址，邏輯地址 段起始物理地址一段起始物理地址一定能被定能被16整除整除實(shí)模式段寄存器實(shí)模式段寄存器堆棧段堆棧段(2 字節(jié))16數(shù)據(jù)段數(shù)據(jù)段(

14、2 字節(jié))16附加段附加段(2 字節(jié))16代碼段代碼段(2 字節(jié))16SS (16位位)堆棧段：堆棧段： DI（16位）位）DS (16位位)數(shù)據(jù)段：數(shù)據(jù)段：ES (16位位)附加段：附加段：CS (16位位)代碼段：代碼段：p保護(hù)模式保護(hù)模式 32位地址總線位地址總線使用使用32位地址，可尋址位地址，可尋址4GB內(nèi)存空間內(nèi)存空間 32位數(shù)據(jù)總線位數(shù)據(jù)總線一次內(nèi)存訪問可以存取一次內(nèi)存訪問可以存取4個(gè)字節(jié)個(gè)字節(jié) 處理器有處理器有4個(gè)權(quán)限不同的狀態(tài)個(gè)權(quán)限不同的狀態(tài)(Ring0-3); Windows、Linux都只使用了其中都只使用了其中2個(gè)個(gè);保護(hù)模式的內(nèi)存模型保護(hù)模式的內(nèi)存模型0000 000

15、10000 0000FFFF FFFFFFFF FFFE邏輯地址邏輯地址 = = 段地址段地址 : : 段內(nèi)偏移段內(nèi)偏移1616位段寄存器位段寄存器3232位位p平坦內(nèi)存模式（平坦內(nèi)存模式（flatflat模式）模式） 邏輯地址中段起始物理地址全邏輯地址中段起始物理地址全部從部從0000 0000H開始開始 32位偏移位偏移直接決定直接決定線性地址線性地址 CS、SS、DS、ES中的內(nèi)容比中的內(nèi)容比較復(fù)雜，但可以簡單地認(rèn)為這較復(fù)雜，但可以簡單地認(rèn)為這些內(nèi)容都些內(nèi)容都間接間接指定段物理起始指定段物理起始地址為地址為0000 0000H內(nèi)存模型內(nèi)存模型p3232位位flatflat模式：模式： 段

16、地址總是段地址總是0000 0000H 32位偏移位偏移32位位線性地線性地址址 CS、SS、DS、ES對程對程序員透明序員透明p1616位實(shí)模式：位實(shí)模式： 16位段寄存器位段寄存器存儲(chǔ)段地存儲(chǔ)段地址址 16位段內(nèi)偏移位段內(nèi)偏移，一般在，一般在通用寄存器通用寄存器中存儲(chǔ)中存儲(chǔ) 形成形成20位線性地址位線性地址邏輯地址邏輯地址 = = 段地址段地址 : : 段內(nèi)偏移段內(nèi)偏移1616位段寄存器位段寄存器Intel處理器系列處理器系列pIntel 8086Intel 8086（19781978）標(biāo)志）標(biāo)志IntelIntel體系結(jié)構(gòu)的體系結(jié)構(gòu)的開端開端 16位寄存器、位寄存器、16位數(shù)據(jù)總線。位數(shù)

17、據(jù)總線。 分段內(nèi)存模型，可尋址分段內(nèi)存模型，可尋址1MB內(nèi)存內(nèi)存pIntel 80286Intel 80286 保護(hù)模式保護(hù)模式 24位地址總線，可尋址位地址總線，可尋址16MB內(nèi)存內(nèi)存pIntel 80386Intel 80386，第一個(gè)，第一個(gè)IA-32IA-32架構(gòu)處理器架構(gòu)處理器 32位寄存器、位寄存器、32位數(shù)據(jù)總線、位數(shù)據(jù)總線、32位地址總線。位地址總線。pIntel 80486Intel 80486 指令執(zhí)行機(jī)構(gòu)優(yōu)化，運(yùn)行同時(shí)處理多條指令指令執(zhí)行機(jī)構(gòu)優(yōu)化，運(yùn)行同時(shí)處理多條指令p奔騰（奔騰（PentiumPentium） 處理器內(nèi)部采用處理器內(nèi)部采用64位數(shù)據(jù)通道位數(shù)據(jù)通道 兩條并

18、行指令流水兩條并行指令流水 MMX技術(shù)技術(shù) Pentium II、 Pentium III、 Pentium IVp酷睿（酷睿（CoreCore） 雙核架構(gòu)雙核架構(gòu)p6464位處理器位處理器Intel Core i7 Intel Core i7 4核架構(gòu)核架構(gòu)匯編語言簡介匯編語言簡介p機(jī)器語言機(jī)器語言 采用二進(jìn)制編碼的機(jī)器指令的集合；采用二進(jìn)制編碼的機(jī)器指令的集合； CPU可以正確執(zhí)行的全部命令；可以正確執(zhí)行的全部命令；例如：例如：X86機(jī)器指令機(jī)器指令 8位的指令：位的指令： 0101000001010000 16 16位的指令：位的指令：10001001110110001000100111

19、011000 0 00 01111100110010000011001101 10 0非法指令，異常非法指令，異常pX86X86機(jī)器語言代碼機(jī)器語言代碼 計(jì)算：計(jì)算：768 + 12288 1280 在屏幕上顯示在屏幕上顯示“welcome to masm”101100000000000000000011101100000000000000000011000001010000000000110000000001010000000000110000001011010000000000000101001011010000000000000101機(jī)器代碼機(jī)器代碼1011000000000000000

20、00011101100000000000000000011000001011000000000110000000001011000000000110000001011010000000000000101001011010000000000000101p匯編語言匯編語言 主體是匯編指令；主體是匯編指令； 匯編指令則是機(jī)器指令的匯編指令則是機(jī)器指令的助記符助記符，是機(jī)器指令，是機(jī)器指令便于記憶的書寫格式；便于記憶的書寫格式； 例：將寄存器例：將寄存器BX的內(nèi)容送到的內(nèi)容送到AX： 16位機(jī)器指令：位機(jī)器指令：1000100111011000 匯編指令：匯編指令： MOV AX, BX 高級(jí)語法表示

21、：高級(jí)語法表示： AX = BX從右向左從右向左賦賦 值值例：將地址為例：將地址為3 3的的1616位單元內(nèi)容送位單元內(nèi)容送AXAX：16位機(jī)器指令：位機(jī)器指令： 101000000000001100000000匯編指令：匯編指令： MOV AX, 3 高級(jí)語法表示：高級(jí)語法表示： AX = 0 x05FF000040000300002000010000001003010020100101000ECEC0505FFFF0404ollydbgp匯編語言程序與二進(jìn)制代碼匯編語言程序與二進(jìn)制代碼.MOV AX, BXMOV AX, BX.ASM.ASM文件文件.MOV AX, BXMOV AX, B

22、X.MOV AX, BXMOV AX, BX.MOV AX, BXMOV AX, BX.MOV AX, BXMOV AX, BX.110010 .110010 .OBJ.OBJ文件文件.1000111000110 .0 .EXE.EXE文件文件匯編器匯編器連接器連接器調(diào)試器調(diào)試器MASM6.15p匯編語言包括匯編語言包括多種語言要素多種語言要素：1、匯編指令匯編指令機(jī)器碼的助記符機(jī)器碼的助記符;2、偽指令偽指令 不在機(jī)器上執(zhí)行，不在機(jī)器上執(zhí)行，由由匯編器匯編器解釋解釋;3、其它：、其它： 標(biāo)示符標(biāo)示符 數(shù)據(jù)對象、尋址數(shù)據(jù)對象、尋址 操作符操作符與與表達(dá)式表達(dá)式 宏宏 并非簡單的并非簡單的一一對

23、應(yīng)一一對應(yīng) 程序運(yùn)行的處理器平臺(tái)、程序運(yùn)行的處理器平臺(tái)、內(nèi)存組織方式、從何處開始內(nèi)存組織方式、從何處開始執(zhí)行執(zhí)行.px86x86匯編的語法格式匯編的語法格式 Intel語法格式語法格式: 微軟微軟MASM、Borland TASM 、開源、開源NASM等匯編等匯編器使用的格式。器使用的格式。 AT&T語法格式：語法格式： 主要是主要是GAS ( GNU AS, 開源組織開源組織GNU的匯編器的匯編器)、GCC ( GNU 的的C/C+編譯器編譯器)使用，這種語法格式使用，這種語法格式是是類類Unix系統(tǒng)上系統(tǒng)上的標(biāo)準(zhǔn)。的標(biāo)準(zhǔn)。pX86X86指令系統(tǒng)指令系統(tǒng) 數(shù)據(jù)傳送指令數(shù)據(jù)傳送指令 運(yùn)

24、算指令運(yùn)算指令算術(shù)運(yùn)算指令算術(shù)運(yùn)算指令邏輯運(yùn)算指令邏輯運(yùn)算指令串操作指令串操作指令 流程控制指令流程控制指令 處理器控制指令處理器控制指令訪問內(nèi)存訪問內(nèi)存循環(huán)、跳轉(zhuǎn)循環(huán)、跳轉(zhuǎn)匯編語言基本規(guī)則匯編語言基本規(guī)則p數(shù)據(jù)對象數(shù)據(jù)對象-整數(shù)常量整數(shù)常量 由正負(fù)號(hào)由正負(fù)號(hào)(可選可選)、若干個(gè)數(shù)字、數(shù)制標(biāo)識(shí)構(gòu)成、若干個(gè)數(shù)字、數(shù)制標(biāo)識(shí)構(gòu)成例：例： -26，26d; 11010010b; 42o; 1Ah, 0A3h 由字母開頭的由字母開頭的1616進(jìn)制進(jìn)制常量，最前面應(yīng)該加一常量，最前面應(yīng)該加一個(gè)個(gè)0 0，以免混淆，以免混淆p數(shù)據(jù)對象數(shù)據(jù)對象-十進(jìn)制實(shí)數(shù)常量十進(jìn)制實(shí)數(shù)常量 由正負(fù)號(hào)由正負(fù)號(hào)(可選可選)、整數(shù)部

25、分、小數(shù)點(diǎn)、小數(shù)部、整數(shù)部分、小數(shù)點(diǎn)、小數(shù)部分構(gòu)成分構(gòu)成例：例： 2. -3.0 -44.2E+05p數(shù)據(jù)對象數(shù)據(jù)對象非數(shù)值常量非數(shù)值常量 字符、字符串常量字符、字符串常量例：例： A，”D” ABC, “X2” 100110, Welcome, “1024” p數(shù)據(jù)對象數(shù)據(jù)對象- - “變量變量” 基本存儲(chǔ)單元基本存儲(chǔ)單元 字節(jié)字節(jié) 無符號(hào)整數(shù)范圍無符號(hào)整數(shù)范圍 ：0 28-1 有符號(hào)整數(shù)范圍有符號(hào)整數(shù)范圍 ：-27 0 27-1 字字 ：2字節(jié)字節(jié) 雙字雙字 ：4字節(jié)字節(jié)0 0000 0000000 0000 0 0111 1111111 11111 1111 1111111 1111，1

26、 1000 0000000 0000-1-1-0-0+0+0pX86X86數(shù)據(jù)存儲(chǔ)映像數(shù)據(jù)存儲(chǔ)映像(Little-Endian) (Little-Endian) 3232位數(shù)據(jù)位數(shù)據(jù)0 x123400DA0 x123400DA存儲(chǔ)地址為存儲(chǔ)地址為0 xFC00E4040 xFC00E404？DADA 0000 3434 1212字符串字符串“WELCOME”WELCOME”存儲(chǔ)地址為存儲(chǔ)地址為0 xFC00E4010 xFC00E401？W WE EL LC CO OM ME E低地址存儲(chǔ)低地址存儲(chǔ)低位字節(jié)低位字節(jié)高地址存儲(chǔ)高地址存儲(chǔ)高位字節(jié)高位字節(jié)1616字節(jié)數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)據(jù)0 x12340 x1234, , 0 xEC5D0 xEC5D, , 0 x00740 x0074依次存儲(chǔ)？依次存儲(chǔ)？fc00e40