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8086汇编

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)

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

算术运算指令

加法

ADD 加法
ADC 带进位的加法 操作对象1 = 操作对象1 + 操作对象2 + cf
INC INC BYTE PTR[BX]
AAA 加法的ASCII调整(ASCII Adjust for Addition) 针对非压缩十进制数
DAA 加法的十进制调整(Decimal Adjust for Addition) 针对压缩十进制数

减法

SUB 减法
SBB 带借位的减法 操作对象1 = 操作对象1 - 操作对象2 - cf
DEC
NEG 取负
CMP 比较 操作对象1 - 操作对象2
AAS 减法的ASCII调整(ASCII Adjust for Subtraction)
DAS 减法的十进制调整(Decimal Adjust for Subtraction)

乘法

| MUL | 无符号数乘法 | AX = AL * 源 || (DX,AX) = AX * 源 | 源操作数不能是立即数,当源操作数是存储单元时,必须在操作数前加BYTE或WORD |
| — | — | — | — |
| IMUL | 整数乘法(Integer multiply) | | |
| AAM | 乘法的ASCII调整 | | |

除法

DIV 无符号数除法
IDIV
AAD 除法的ASCII调整 除法运算前执行
CBW 把字节转换成字 把寄存器AL中的符号位扩充到AH的所有位
CWD 把字转换为双字 把寄存器AX中的符号位扩充到DX的所有位

逻辑运算和移位指令

逻辑运算

NOT 对标志位无影响
AND
OR
XOR
TEST 对两个操作数进行逻辑与操作,并修改标志位,但不回送结果

算术逻辑移位

SHL/SHA 逻辑/算术左移 最低位补0,最高有效位写入cf;如果移动次数大于1,必须将移动次数放在cl中。
SHR 逻辑右移 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。
SAR(arithmetic) 算术右移 最低位移入CF,最高位保持不变;如果移动次数大于1,必须将移动次数放在cl中。

循环移位

指令 含义 功能
ROL dst,cnt Rotate Left 循环左移 cnt 位
ROR dst,cnt Rotate Right 循环右移 cnt 位
RCL dst,cnt Rotate through Carry Left 带进位左移 cnt 位
RCR dst,cnt Rotate through Carry Right 带进位右移 cnt 位

数据传送指令

通用数据传送指令

mov 字节或字的传送 IP寄存器不能用作源操作数或目的操作数,目的操作数也不允许用立即数和CS寄存器。两个操作数中必有一个是寄存器,但不能都是段寄存器
push 入栈
pop 出栈
XCHG 交换字或字节 段寄存器不能作为操作数,也不能直接交换两个存储单元中的内容
XLAT 表转换 BX、AL

输入输出指令

in 输入 AL/AX、DX in al, 85h
out 输出 AL/AX、DX out 85h, al

地址目标传送指令

LEA 转入有效地址 源操作数必须是存储单元,而目的操作数必须是除段寄存器外的16位寄存器
LDS 装入数据段寄存器 源操作数必须是存储单元,而目的操作数必须是除段寄存器外的16位寄存器。源操作数的低两位送入目的操作数,高两位送入DS lds si, [450h]
LES 转入附加段寄存器 les di, [bx]

标志传送指令

LAHF 标志寄存器低字节装入AH(load ah from Flags) 把标志寄存器SF、ZF、AF、PF和CF分别传送到AH寄存器的位7、6、4、2、0。
SAHF AH内容装入标志寄存器低字节(store ah into Flags)
PUSHF 标志寄存器入栈 把整个寄存器的内容推入堆栈
POPF 标志寄存器出栈

字符串处理指令

指令名称 字节/字操作 字节操作 字操作
字符串传送 movs 目的串, 源串 movsb movsw
字符串比较 cmps 目的串, 源串 cmpsb cmpsw
字符串扫描 scans 目的串 scansb scansw 从AL/AX寄存器的内容减去es:di为指针的目的串元素,结果反映在标志位上,但不改变源操作数
字符串装入 lods 源串 lodsb lodsw 把ds:si作为指针的串元素,传送到AL/AX中
字符串存储 stos 目的串 stosb stosw 把al/ax中的一个字节或字传送到es:di为目标指针的目的串中。

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/repe/repz/repne/repnz movsb/movsw

cld指令可以将df设置为0

std指令可以将df设置为1

控制转移指令

可以修改IP,或同时修改CS和IP的指令称为转移指令。

无条件转移和过程调用指令

  • 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
JMP 无条件转移
CALL 过程调用
RET 过程返回

条件转移

所有的条件转移均为段内短转移

JZ/JE、JC/JNC、JNZ/JNE、JS/JNS、JO/JNO、JP/JPE、JNP/JPO 直接标志转移
JA/JNBE等(see table below for detail) 间接标志转移
类别 指令助记符 测试条件 指令功能
无符号数比较测试 JA/JNBE CF ZF = 0
JAE/JNB CF = 0
JB/JNAE CF = 1 below
JBE/JNA CF ZF = 1
有符号数比较测试 JG/JNLE (SF^OF) ZF = 0
JGE/JNL SF ^ OF = 0
JL/JNGE SF ^ OF = 1 less than
JLE/JNG (SF ^ OF) ZF = 1

条件循环控制

LOOP cx≠0
loope/loopz cx≠0 && zf == 1 若减一后cx≠0&&zf=1,则转到指令所指定的标号处重复执行
loopne/loopnz cx≠0 && zf == 0
jcxz cx==0 若cx为0跳转(jump if cx zero),它不对cx寄存器进行自动减一的操作

中断

INT 软中断/陷阱中断
INTO 溢出中断
IRET 中断返回 它总是被安排在中断服务程序的出口处

处理器控制指令

CLC 进位标志清0 clear carry
CMC 进位标志取反 complement carry
stc set carry
CLD clear direction
STD set direction
CLI IF = 0 clear interrupt
STI IF = 1 set interrupt
esc 外部同步指令 换码指令
wait 外部同步指令
lock 外部同步指令
HLT 暂停CPU
NOP No Operation

数据定义指令

db:define byte

dw

dd:define double word

dq: define quardword(4 word)

dt: 10 byte

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], 1inc byte 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:

标志 值为1的标记 值为0的标记
of OV(overflow) NV
sf NG PL
zf ZR(zero) NZ
pf PE(even) PO(odd)
cf CY(carry) NC
df DN(down) UP(up)

内中断

内部中断不需要硬件支持,不受IF标志控制,不执行中断总线周期,除单步中断可通过TF标志允许或禁止外,其余都是不可屏蔽中断。

  • 除法错误(0)
  • 单步执行(1)
  • 执行into指令且OF=1时触发溢出中断(4)
  • 执行int n指令触发软中断
  • 断点中断(3)

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

中断向量表

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

中断优先级和中断嵌套

中断嵌套仅用于可屏蔽中断中。

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。

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本文作者:Rekord
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