8086汇编

环境搭建

这次我使用的环境为vscode+MASM/TASM插件。

如果你想完全自己来的话，需要下载一个dosbox和以下几个8086开发程序以用于编译和链接。

• debug.exe：调试
• MASM.exe：编译
• LINK.exe：链接

然后在dosbox的dosbox.conf中添加以下配置：

[autoexec]
# 挂载MASM开发工具所在目录
mount c "path\to\MASM-v6.11""
# 设置环境变量
set PATH=C:\MASM

• 不嫌难用的话，可以在dosbox中使用edit命令编辑源文件。

寄存器

寄存器一览

ax, bx, cx, dx, si, di, bp, sp, IP, cs, ss, ds, es

通用寄存器

ax：十分通用，特殊：作为除法指令的被除数或被除数的低16位并存放指令执行后的结果（高位存余数，低位存商），作为乘法指令的乘数或执行后结果的低位

bx：除通用外还可以做内存地址的偏移地址，比如mov ax, [bx]

cx：loop指令的隐式判断对象，还可以作为移位指令的参数

dx：特殊：作为除法指令的高16位并存放指令执行后的余数，并作为乘法指令结果的高位

• 这些通用寄存器在很多指令中往往都有隐含的作用，上面的说明只是很小的一部分。

段寄存器

cs：代码段，配合IP使用

ss：栈段，配合sp使用

ds：数据段，配合bx/bp/si/di或立即数使用

es：扩展段(movsb/movsw会用到)

si/di

source/destination

si和di不能分成两个8位寄存器使用，si和di也能提供bx的能力（即做内存地址的偏移地址），并且可以与bx/bp共同使用，如[bx+si]或写成[bx][si]

但这四个寄存器只能以bx和si或bx和di或bp和si或bp和di的组合出现

bp/bx

bp的使用类似于bx，只要在[…]中使用寄存器bp，而指令中没有显式的给出段地址，段地址默认为ss，反之，如果使用bx，则默认段地址为ds。

标志寄存器(flag)

zf：零标志位，它记录相关指令执行后，其结果是否为0，如果为0，则zf=1

pf：奇偶标志位，它记录相关指令执行后，其结果的所有位中1的个数是否为偶数，如果为偶数，则pf=1

sf：符号标志位，它记录相关指令执行后，其结果是否为负，如果为负，sf=1

cf：进位标志位，它记录相关指令执行后，其结果是否进位，如果进位，cf=1（无符号）

of：溢出标志位，进行有符号运算时，如果溢出，结果将不正确（有符号）

df：方向标志位，df=0，每次操作后si、di递增；反之递减

tf：单步中断标志位，它记录相关指令执行后，tf是否为1，如果为1，则单步中断

if：为0不响应可屏蔽中断，可通过sti（设为1）和cli指令设置值

运算指令

add、sub、inc、dec、imul、idiv、aaa（操作BCD码）

and、or、not、xor、test（类似于cmp，区别是对两个操作数AND）

adc 操作对象1 操作对象2：

操作对象1 = 操作对象1 + 操作对象2 + cf

sbb 操作对象1 操作对象2：

操作对象1 = 操作对象1 - 操作对象2 - cf

cmp 操纵对象1, 操作对象2

两个对象相减，不保存结果到第一个对象中，但会修改相应的标志寄存器

逻辑移位指令：shl/shr（将移出的那一位写入CF），将空出的那一位用0填充。如果移动次数大于1，必须将移动次数放在cl中。

shl al, 1
shr al, cl

循环移位

传送指令

mov、push、pop、xchg（xchg ax, bx ;交换两个操作数）

pushf/popf: 将标志寄存器压栈/弹栈

串处理指令

movsb/movsw

; movsb
mov es:[di], byte ptr ds:[si]
if df = 0: inc si, inc di
else dec si, dec di
; movsw
mov es:[di], word ptr ds:[si]
if df = 0: add si, 2, add di, 2
else add si, 2, add di, 2

• movsb/movsw 一般和 rep 配合使用，语法为 rep movsb/movsw，用汇编语法可以这样描述：

  s: movsb
  loop s
  

• cld指令可以将df设置为0

  std指令可以将df设置为1

转移指令

可以修改IP，或同时修改CS和IP的指令称为转移指令。

• 段内转移，如jmp ax
  • 短转移（-128-127），如jmp short 标号
  • 近转移（2B补码），如jmp near ptr 标号
• 段间转移，如jmp 1000:0，如jmp far ptr 标号

可以配合offset操作符，offset操作符能够获取标号的偏移地址，如start: mov ax, offset start

或使用寄存器，如jmp reg

或使用内存，如jmp word ptr [bx]

过程

call/ret/retf

中断

int、iret

条件转移

所有的条件转移都是短转移

jcxz指令含义为：if ((cx) == 0) jmp short 标号;

以下这些条件指令常常伴随cmp指令一同使用

je

jne

jb(below)

jnb

ja(above)

jna

循环指令

所有的循环转移都是短转移。

cpu执行loop指令时，会将cx减一，然后判断cx的值是否等于0，不等于0即继续循环。

处理机控制指令

cld、std、cli、sti

数据定义指令

db：define byte

dw

dd：define double word

可以配合dup操作符使用减少冗余。如db 3 dup (0, 1, 2)表示定义了九个字节，分别为0,1,2,0,…

传送长度

• 有寄存器依据名字判断
• 没有寄存器使用X ptr显式声明，如mov word ptr ds:[0], 1或inc tyte ptr [bx]
• push/pop命令只进行字操作

标号

后面带有:的标号只能在cs段中使用

同时描述内存地址和单元长度(数据标号)

code segment
    a db 1 2 3 4 5 6 7 8
    b dw 0

如果想在代码段中直接用数据标号访问数据，则需要用伪指令assume将标号所在的段和一个段寄存器联系起来，否则编译器在编译的时候无法确定标号的段地址在哪一个寄存器中。

类似于offset操作符，还存在seg操作符，功能为取得某一标号的段地址。

Debug

需要有debug.exe程序。

• R：查看、改变CPU寄存器的内容

  R查看

  R r_n：修改r_n寄存器

• D：查看内存内容

  D cs:ip：查看从cs:ip开始的128个字节

  D cs:ip1 ip2：查看从ip1到ip2的内存

  D：查看预设内容或继续上一次

• E：改写内存内容

  e cs:ip d1 d2 d3 …（可以直接写入字符，但是字符需要使用单引号包裹，也可以直接写入字符串，但是需使用双引号包裹）

  e cs:ip：空格表示不修改，回车表示修改完成

• U：将内存中的机器指令翻译成汇编指令

  u cs:ip

• T：执行cs:ip处的机器指令

  如果执行了修改ss的指令，则紧接其后的下一条指令也会得到执行。因为ss指令后一般紧接着设置sp的指令，此时是不允许可屏蔽中断的。

• A：以汇编指令的格式在内存中写入一条机器指令

  a cs:ip

• G：执行到指定的地址后停止，类似于gdb中的断点执行

  G ip

• P：遇到int指令使用p而不是t执行

  也可以用p跳出循环，类似于gdb中的until

• Q：退出程序

执行R指令后右下角字符含义如下：

内中断

• 除法错误（0）
• 单步执行（1）
• 执行into指令（4）
• 执行int指令

8086用称为中断类型码的数据来标识中断信息的来源，中断类型码为一个字节。

cpu用中断类型码通过中断向量表找到对应中断处理程序的入口地址

在8086中，中断向量表存放在内存地址0处。从内存0000:0000到0000:03FF的1024个单元中存放着中断向量表。每个表项大小为两个字，高地址存放段地址，低地址存放偏移地址

中断过程

1. 从中断信息中取得中断类型码
2. 标志寄存器的值入栈（pushf）
3. 设置标志寄存器的TF和IP值为0
4. CS入栈
5. IP入栈
6. 读取中断向量表，获取中断处理程序入口地址同时设置CS和IP

中断处理程序

编写的常规步骤为：

1. 保存用到的寄存器
2. 处理中断
3. 回复用到的寄存器
4. 用iret指令返回

iret用汇编语法描述为：

pop IP
pop CS
popf

单步中断

cpu在执行完一条指令后，如果检测到标志寄存器的tf为1，则产生单步中断，引发终端过程，单步中断的中断类型码为1

cpu在执行完设置ss的指令后，不响应中断，以防栈破坏。

int中断

int n，引发n号中断

BIOS

bios中主要包含以下内容：

• 硬件系统的检测和初始化程序
• 外部中断和内部中断的中断例程
• 用于对硬件设备进行I/O操作的中断例程
• 其他和硬件系统相关的中断例程

和硬件设备相关的dos中断例程中，一般都调用了bios的中断例程

bios和dos中断例程的安装过程

• 开机后，一加电，初始化cs=0ffffh，ip=0，自动从ffff:0单元开始执行程序。ffff:0处有一条跳转指令，cpu执行该指令转去执行bios中的硬件系统检测和初始化程序。
• 初始化程序将建立bios所支持的中断向量，即将bios提供的中断例程的入口地址登记在中断向量表中，其中入口地址是固定的，因为固化到ROM中的程序一直在内存中存在。
• 硬件系统检测和初始化完成后，调用 int 19h 进行操作系统的引导。从此将计算机交由操作系统控制。
• DOS启动后，除完成其他工作外，还将它所提供的中断例程装入内存，并建立相应的中断向量

端口

cpu可以直接读写以下3个地方的数据

• cpu内部的寄存器
• 内存单元
• 端口

在pc系统中，cpu最多可以定位64kb个不同的端口。则端口地址范围为一个字，如in 60h

在in/out指令中，只能使用ax或al来存放从端口中读入的数据或要发送到端口中的数据

对255~65535的端口进行读写时，端口号放在dx中，如

mov dx, 3f8h
in al, dx
out dx, al

外中断

• 可屏蔽中断

  当CPU检测到可屏蔽中断信息时，如果IF=1，则CPU在执行完当前指令后响应中断；否则不响应可屏蔽中断。

  中断类型码是通过数据总线送入CPU的

  几乎所有由外设引起的中断都是可屏蔽中断

• 不可屏蔽中断

  当cpu检测到不可屏蔽中断信息时，则在执行完当前指令后，立即响应引发中断

  在8086cpu中，不可屏蔽中断的中断类型码固定为2

pc机键盘的处理过程

键盘上的每一个键相当于一个开关，键盘中有一个芯片对键盘上的每一个键的开关状态进行扫描。

按下一个键时，开关接通，该芯片就产生一个扫描码，扫描码说明了按下的键在键盘上的位置。

扫描码被送入主板上的相关接口芯片的寄存器中，该寄存器的端口地址为60h 。

松开按下的键时，也产生一个扫描码，松开按键时产生的扫描码也被送入 60h 端口中。

一般将按下一个键时产生的扫描码称为通码，松开一个键产生的扫描码称为断码。

扫描码长度为一个字节，通码的第 7 位为 0 ，断码的第 7 位为 1。即：断码=通码+ 80h比如， g 键的通码为 22h ，断码为 a2h 。

键盘的输入到达 60h 端口时，相关的芯片就会向 CPU 发出中断类型码为 9 的可屏蔽中断信息。 CPU 检测到该中断信息后，如果 IF=I ，则响应中断，引发中断过程，转去执行 9 中断例程。

BIOS 提供了 int 9 中断例程，用来进行基本的键盘输入处理，主要的工作如下：

1. 读出 60h 端口中的扫描码；
2. 如果是字符键的扫描码，将该扫描码和它所对应的字符码（即 ASCII 码）送入内存中的 BIOS 键盘缓冲区：如果是控制键（比如 C 旧）和切换键（比如 CapsLock) 的扫描码，则将其转变为状态字节（用二进制位记录控制键和切换键状态的字节）写入内存中存储状态字节的单元
3. 对键盘系统进行相关的控制，比如说，向相关芯片发出应答信息。

BIOS 键盘缓冲区是系统启动后用于存放 int 9 中断例程所接收的键盘输入的内存区。该内存区可以存储15个键盘输入，因为 int 9 中断例程除了接收扫描码外，还要产生和扫描码对应的字符码，所以在 BIOS 键盘缓冲区中，一个键盘输入用一个字单元存放，高位字节存放扫描码，低位字节存放字符码。