Microsoft Word - Syllabus of Assembly Programming_new.doc

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1 目 录 汇编语言教学提纲... 4 一学习目的... 4 二教材... 4 三学分... 4 四实验环境及软件 :... 4 五考试方式及成绩评定办法... 4 六项目选题参考方案 :... 4 七项目提交方式... 5 第一部分 PC 硬件和软件的基本知识 ( 原版教材的 Part A)... 6 第一节常用数制 ) 2 进制数 ) 16 进制数... 6 第二节数据表示 ) 整数表示 ) 字符表示... 8 第三节 x86 系列 PC 的基本结构 ) Intel 系列处理器 ) 计算机软件系统 ) 微机的基本结构 ) 机器指令的构成及指令的执行时间 ) 汇编指令的一般格式 ) 寻址方式 ) 指令中出现的符号地址的含义 第四节简单的数据传输指令 (MOV 指令 ) ) 类型限制 ) 宽度限制 第五节栈 ( 原版教材 23 页 ) ) 栈结构 ) 栈的主要用处 ) 栈操作的主要指令 ) 影响栈的指令 第六节 DEBUG ( 原版教材第 3 节,29 页 ) ) 主要功能 ) DEBUG 的一些约定 第二部分汇编语言基础 (Part B) 第七节汇编程序上机的一般步骤 ( 原版教材第 5 节 ) 第八节汇编程序的结构 ( 原版教材第 4 节 ) ) 程序格式 ) 汇编程序的结构 ) 对程序的解释 第九节指令类型 ) ( 真 ) 指令

2 2) 伪指令 ) 宏指令 第十节数据定义指令 ( 原版教材 65 页 ) 第十一节取得段地址和偏移地址的方法 ( 原版教材第 6 节 ) 第十二节 EQU = 及 LABEL 伪指令 第十三节标志寄存器 ( 原版教材第 17,119 页 ) 第十四节算术运算指令 ( 原版教材第 220 页 ) 第十五节逻辑运算 ( 布尔运算 ) 指令 ( 原版教材第 127 页 ) 第十六节循环指令 ( 原版教材第页 ) 第十七节跳转指令 第十八节子程序指令 第十九节中断指令 第二十节串处理指令 ( 原版教材 203 页 ) 第三部分专题知识 第二十一节 COM 程序 ( 原版教材 108 页 ) 第二十二节文件读写 ( 原版教材 304 页 ) 第二十三节端口 (port)( 原版教材 394 页 ) 第二十四节硬中断 第二十五节输入输出操作 第二十六节磁盘结构 第二十七节编写中断服务程序 (TSR 程序 ) 第二十八节在 C 语言中调用汇编子程序 ( 原版教材 437,440 页 ) ) 调用约定问题 (calling convention) ) 关于 C 语言生成的汇编码 )C 语言调用汇编子程序的例子 ) 相关问题 补充 :Win32 下 C 和汇编的混合编程 第四部分参考资料 ( 网上 download 资料 ) 附件 0. Debug 资料大全 附件 1. CMOS 参数结构 附件 2. BIOS 数据区说明 :(V1.0) 附件 3. PC I/O 地址分配 附件 4. 全面了解 IRQ 附件 5. 操作系统实践经验 ( 定时器 ) 附件 6. 认识中断请求 IRQ( 图 ) 附件 7. PC 机高号中断编程 8259 初始化及中断服务程序处理 附件 8. 中断的作用及其资源检测 附件 9. Intel 简介 附件 10. Intel 8253 简介 附件 11. Intel 8255 简介 附件 12. Intel 8259 简介 附件 13. 两支老虎跑得快 中断驻留程序 附件 14. 演示热键激活的中断驻留程序 附件 15. 设置 DOS 版本号的中断驻留程序

3 附件 16. C 语言程序生成的汇编程序 附录 17. ASCII 表 附录 18. 汇编程序出错信息 FAQ 同学提问集锦

4 汇编语言教学提纲 一学习目的 了解计算机体系结构 ( 包括 CPU 寄存器 内存 I/O 设备等 ) 掌握计算机指令的执行过程 学会使用调试工具分析内存数据并编写调试指令 能编写一般的汇编程序 二教材 选用教材 :IBM PC Assembly Language and Programming,4 th Edition,Peter Abel 编着, 美国 Prentice Hall,Inc 出版, 清华大学出版社影印版,1998,30.00 元 参考教材 :IBM-PC 汇编语言程序设计, 第 2 版, 沈美明编着, 清华大学出版社,34.80 元 参考资料 :(1)Intel 8086 微机原理, 周明德编, 清华大学出版社 (2)DOS/BIOS 调用手册 三学分 2 学分,30 节课堂教学, 必修专业基础课 答疑每日均可, 在学院教学部 四实验环境及软件 : 主要软件为 :DOS,DEBUG,TASM/TLINK 或 MASM/LINK 常规指令可直接在 Windows 中调试和运行 但最好准备一张 DOS 启动盘, 以便绕过 Windows 对执行某些指令的限制 五考试方式及成绩评定办法 (1) 大项目 1 个 :50%, 考核方式为学期末演示与答辩结合 (2) 上机考试 :40%, 分 DEBUG 和写编程序两部分 考核方式为限定时间完成指定程序 (3) 平时作业 提问 知识掌握情况 知识灵活掌握能力及相关知识掌握程度 :10% 六项目选题参考方案 : 选题不限, 难度越大得分越高 但建议优先考虑编写中断驻留程序, 因为这是体现汇编语言作用的场合之一 以下是一些选题参考, 但大家可完全不受此限制 编写屏幕保护程序 : 利用时钟中断, 在后台判断, 若指定时间内无鼠标动作和键盘动作, 则将屏幕关闭 按一键或鼠标动作后, 打开屏幕 利用时钟中断在屏幕右上角显示一个能走时的计时器 编写定时程序 : 利用时钟中断, 在后台判断, 若已到某日某时某分演奏一只音乐或屏幕上提醒一件事情 ( 清华书上有类似例子 ) 编写键盘中断程序 : 按一指定键后, 能将键盘当作一个简易钢琴, 再按该键, 键盘恢复正常功能 若写驻留程序有困难, 写常规程序也可 ( 清华书上有类似例子 ) 编写串行通信中断程序 (INT B 或 INT C) 分析或编写 32 位保护方式汇编程序, 或 Win32 汇编程序, 例如将 CPU 在保护方式与虚拟 86 方式之间切换 编写 Win32 SDK 程序中的 WinMain/WndProc 函数 请参考 FAQ 中对 32 位汇编的解释 这是很好的选题 4

5 编写程序, 带两个参数 READ/WRITE 和文件名, 能将 CMOS RAM 中的所有数据保存到指定文件中, 或从指定文件恢复 CMOS RAM 中的内容 本程序较简单 类似上题, 保存或恢复硬盘主引导扇区 (0 道 0 面 1 扇区 ) 及 C 盘引导记录 (C 盘 0 号逻辑扇区 ) 中的内容 本程序较简单 超过操作系统, 根据文件名, 直接通过分析软盘根目录表和 FAT 表, 读取数据区扇区中的文件内容 本程序较复杂 编写能将软盘特殊格式化的程序 ( 如格式化成每扇区 1024 字节, 格式化出第 81 道等 ), 参见样板程序 FORTRACK.ASM( 在 WAN.ZIP 中 ) 编写一个通用程序, 能为一个已存在的 COM 文件增加一些代码 ( 如运行时先问口令, 回答正确才能继续运行原 COM 程序 ) 编写类似于 MEM 的程序, 能遍历内存控制块, 列出内存中的全部驻留程序, 地址和长度 为 SETINT1C 或其它 TSR 程序增加代码, 当带指定参数时, 能将其从内存中释放掉 为 SETINT1C 或其它 TSR 程序增加代码, 能防止其重复驻留 用汇编为 C 语言编写一个带输入参数和返回值的函数, 实现其全过程 分析硬盘主引导扇区和分区表 解释其含义 分析 C 语言生成的汇编指令 分析 EXE 的文件头 其它任何有一定难度的程序 七项目提交方式 若完成汇编项目作业, 请在 服务器您个人汇编子目录中, 新建一个 Project 子目录, 将您的项目文件放到该文件夹中 除程序外, 另请写一个简单的文本文件 Readme.txt, 其中至少应包含如下内容 : 姓名 : 新学号 : 专业 : 软件工程年级 :XX 级项目所属课程名称 : 汇编语言及系统程序设计项目名称 :XXXXXXXXXXX 项目完成日期 : 项目源程序文件名 : 源程序汇编与连接方式 : 程序功能 : 使用说明 : 主要技术 ( 若有 ): 程序特色 ( 若有 ): 值得改进的地方 ( 若有 ): 项目经验或感想 ( 若有 ): 例如, 从项目体会中谈学习汇编语言的用处 若您认为有更多的说明需写在 Readme.txt 文件中, 也可写入 5

6 第一部分 PC 硬件和软件的基本知识 ( 原版教材的 Part A) 第一节常用数制 1) 2 进制数表示方式,xxxxB 注 :MSB/LSB(Most/Least Significant Bit) 与 10 进制的互换 ( 除 2 取余法及 8421 速算法 ) 2) 16 进制数表示方式,**H,0**H,0x** 与 10 进制的互换与 2 进制的互换 第二节数据表示 1) 整数表示整数分无符号数和有符号数 无符号数的表示范围以 1B 的数据为例 : 无符号数二进制表示范围 B~ B 十进制表示范围 0~ 个数可以一一对应 n 位二进制数可表示的无符号数范围为 0~2 n -1 有符号数的表示范围数据最高位用来表示符号 : 1 表示负,0 表示正 以 1B 的数据为例 : 二进制十进制 B: B: B: B: B: B: B: B: 位数据可以表示 256 种不同信息, 但是这时却对应 255 个数据 为了解决这个问题, 采用了补码表示的编码方式 原码 反码 补码 三种编码方式 n 位码字 : 原码 : 二进制码字反码 : 原码按位取反补码 : 反码 +1(2^n- 原码 ) 求补 以 8 位码字为例 : 6

7 原码 反码 补码 很容易发现补码有这个性质 :[[ 原码 ] 补 ] 补 = 原码 数的补码表示 : 补码表示 : 正数的补码表示 = 原码负数的补码表示 = 反码 +1(2^n- 原码 ) 即 : [X] 补 =X,if X >=0 [X] 补 =2^n- X, if X<0 n=8,16,32 求负数的补码可使用取反加 1 法或 2^n 减绝对值法 ( 符号位不变 ) 补码表示十进制补码表示十进制 B B B B B B B B? 我们很容易得出以下结论 : 1 [[ 正数 ] 补 ] 反 +1-> [ 对应负数 ] 补 ( 用来求某一负数的补码 ) 如求 -1 的补码, 可通过 +1 的补码 B, 取反后加 1 得 B 2 [[ 负数 ] 补 ] 反 +1-> 负数 ( 用来求某一负数的补码具体表示的负数值 ) 如 -1 的补码 B, 取反后加 1 得 B, 它是 +1 的补码 那对于 B 它代表什么呢? 首先它是一个负数, 我们不容易从一个负数的补码看出它所表示的具体数值, 我们利用第二条结论 B 取反加 1 后为 B, 它应该为补码 (128) 所表示负数的绝对值, 所以 B 所表示的负数为 -128 这样 8 位二进制码字所表示的 256 种信息与 -128~127 就形成了一一对应关系 同理,n 位码字能表示的有符号范围为 -2 n-1 ~2 n-1-1 补码的符号位扩展, 正数在前面补零, 负数在前面补 1 与 C 语言数据类型的对照使用补码将减法转换为加法操作 X-Y=X+[Y] 补 [X+Y] 补 =[X] 补 +[Y] 补 [[X] 补 ] 补 =X 看下面的例子, 我们可以发现采用补码的方式纪录有符号数的好处 如 : MOV AL, B ADD AL, 1 结果 AL: B 1 作无符号数处理 : B=131; B=132 7

8 2 作有符号数处理 : B=-125; B=-124 我们看到对于计算机来说它执行的只是 add 指令, 结果是由我们程序中定义的类型而定的 如 : 计算补码表示 (-5) ) 字符表示 a. ASCII 码 (ISO 或 Latin-1) 约 60 年代出现 是西文字符的编码,8 位编码及其范围, 基本 ASCII 码及奇偶检验位, 扩展 ASCII 码 ASCII(American Standard Code for Information Interchange) 美国信息交换标准代码 范围 ASCII 码表分区 : ASCII 非打印控制字符 (00H~1FH); ASCII 打印字符 (20H~7FH); ASCII 扩展打印字符 (80H~FFH) 常见 ASCII 码 :00H(C 字符串结束标志 ) 07H(Bell),08H(Backspace),09H(Tab), 0AH(LF),0CH(FF),0DH(CR),1AH(EOF),1BH(ESC) 20H( 空格 ),30H ( 字符 0),41H( 大写字符 A),61H( 小写字符 a) 一些公式 : 数字字符的 ASCII 码与数值本身的对照关系 : X =X+30H, 其中 X=0~9, X 表示数字 X 的 ASCII 码如 : 数字 1 的 ASCII 码为 31H =1H+30H 大写字符的 ASCII 码与数值本身的对照关系 : X =X+37H, 其中 X=A~F, X 表示大写字符 X 的 ASCII 码如 : 字符 D 的 ASCII 码为 44H =DH+37H=44H 小写字符与对应大写字符 ASCII 码的对照关系 : 大写十六进二进制小写十六进制二进制制 A a B b C c D d E e F f G g x = X +20H, 其中 X=A~X,x=a~z 如 : 字符 d (64H) 与 D (44H) 的 ASCII 码的关系 : d = D +20H 或者将任一字母转为大写 X = N and , 将任一字母转为小写 x = N or 见附录 17:ASCII 表与 C 语言的对照 : if (_getche()==0x1b) printf( \7\n ); 8

9 举例 : 键盘输入 2 和 5 两个字符, 显示其和 7 C>DEBUG 参见附件 0 -A xxxx:0100:mov AH,1 xxxx:0102:int 21 ; 键盘输入数字 2 并回显,AL=32H(2 的 ASCII 码 ) xxxx:0104:sub AL,30 ;AL=02H xxxx:0106:mov DL,AL ;DL=02H xxxx:0108:int 21 ; 因为 AH 始终为 1, 键盘输入数字 5 并回显,AL=35H xxxx:010a:sub AL,30 ;AL=05H xxxx:010c:add DL,AL DL=07H xxxx:010e:add DL,30 DL=37H xxxx:0111:mov AH,2 xxxx:0113:int 21 ; 显示 DL=37H 对应的 ASCII 码 xxxx:0115:int 20 ; 程序正常退出 xxxx:0117: -t -p 2 -t 注意执行 int 时在 debug 中使用 p 指令可不进入中断内部 这里注意 debug 中 -t,-p,-g 等执行指令的区别! -Q C> 作业 1: 在 debug 环境下编写打印 ACSII 字符集的程序. ( 说明 : 查看 21 号中断功能调用和 loop 循环指令的使用 ) 作业 2: 分析下面的例子 本练习的中断 (Interrupt) 说明 : 中断是一些子程序, 事先存储在 BIOS 或操作系统中, 能完成一些操作系统的基本功能, 计算机启动后可直接使用 中断分软件中断 ( 也称内中断, 程序中用 INT 指令主动调 9

10 用 ) 和硬件中断 ( 也称外中断, 由硬件触发, 会自动调用相应的中断程序 ) 两类 不同类别的中断实现不同类别的功能, 例如 X86 系列共有 256 级中断, 从 INT 0 到 INT FFH INT 00- INT 1FH 称为 BIOS 中断,INT 20H 以后的称为 DOS 中断 ( 粗略的划分 ) 其中最常用的为 DOS 功能调用 ( 即 INT 21H) 同一个中断, 内部又分成许多子功能, 使用时一般先需将子功能号放到 AH 寄存器中, 然后根据该调用的说明设置其它的寄存器, 然后执行 INT XX 指令, 即可执行该中断, 若有返回结果需查看指定的寄存器 例如 : 从键盘上读一个字符的 INT 21 调用如下 : 输入参数 :AH=01 返回参数 :AL= 输入字符的 ASCII 码 又如 : 在屏幕上显示一个字符的 INT 21 调用如下 : 输入参数 :AH=02 DL= 欲显示字符的 ASCII 码返回参数 : 无 再如 :DOS 中断返回,INT 20H 输入参数 : 无返回参数 : 无 b. 汉字的 GB2312 编码约 80 年制定 (1) 区位码 : 中华人民共和国汉字与图形字符集 (GB2312) 规定, 区位码表共分 94 区 *94 位, 包括一级汉字 ( 最常用汉字, 按拼音排序 ) 和二级汉字 ( 稍常用汉字, 按部首排序 ), 均为简体汉字, 共 6763 个 区位码由区号 (1-94/1H-5EH) 和位号 (1-94/1H-5EH) 构成 (2) 国标码 : 为向 ASCII 码靠拢而制定的过渡性汉字编码 国标码低 8 位 = 区位码低 8 位 +20H 国标码高 8 位 = 区位码高 8 位 +20H 国标码编码范围 2121H-7E7EH, 请注意,ASCII 码中可显示西文字符范围也正好在 20H- 7EH 之间, 两者无法区分, 所以国标码无法在计算机内使用 (3) 机内码 ( 汉字内码 ): 在计算机内实际使用的是机内码, 机内码是将国标码每个字节的最高位都置 1( 即加上 80H) 机内码低 8 位 = 国标码低 8 位 +80H= 区位码低 8 位 +A0H; 机内码高 8 位 = 国标码高 8 位 +80H= 区位码高 8 位 +A0H 显然, 机内码是双字节编码, 每个字节中的最高位肯定为 1, 编码范围 A1A1H-FEFEH 与可显示的 ASCII 码可完全分开来, 当然还会与扩展 ASCII 码冲突 例如, 查区位码表可查到汉字 万 位于 45 区 82 位, 所以区位码为 4582(10 进制 ), 写成 16 进制为 2D52H( 区号和位号单独换算,45=2DH,82=52H) 据此, 可计算出汉字 万 的国标码为 4D72H(2DH+20H=4DH,52H+20H=72H), 其机内码为 CDF2h(4D+80H=CDH,72H+80H=F2H), 用 DEBUG 看到的都是汉字机内码 例如 : 中国 汉字机内码 =? 汉字区位码汉字国标码汉字机内码 中 5448(3630H) 5650H D6D0H 国 2590(195AH) 397AH B9FAH 用 debug 查看汉字机内码 10

11 GBK: 扩展汉字码, 新收录了 Unicode 增补汉字, 与 GB 兼容 以上讲的都是基于 GB2312 的汉字编码, 常称为 GB 内码, 其它概念 :Code Page Big5 码 ( 台湾用的汉字双字节内码, 与 GB 码完全不兼容 ) CJK 但在目前主流操作系统中,Unicode 已占据了绝对主导地位,GB 汉字编码慢慢会成为一种历史 (4) 点阵汉字字模点阵汉字的字形 ( 字模 ) 都在汉字库中 在 GB2312 汉字库中的点阵汉字库分为 16*16, 24*24,32*32 等几种点陈, 例如若采用 16*16 的点阵字库, 把一个方块横向和纵向都分为 16 格 若用 1 表示黑点, 用 0 表示白点, 则描述一个汉字的字模 ( 一个汉字的形状 ) 需要 16*16 个二进位, 共 32 字节 如 : 汉字 宝 的 点阵数字化信息 : 02H 00H 01H 04H 7FH FEH 40H 04H 80H 08H 00H 00H 3FH F8H 01H 00H 01H 00H 1FH F0H 01H 00H 01H 40H 01H 20H 01H 20H 7FH FCH 00H 00H 到 16*16 点阵字库文件中取字模的公式为 : 某汉字在 16*16 点阵字库文件中相对于文件首的字节偏移 =[( 区号 -1)*94+( 位号 -1)) *32 到该偏移处直接取 32 字节, 便可得到该汉字的二进制图形字模, 然后写图形程序可将该汉字画在屏幕上用某个颜色打点, 便可将点阵汉字显示在屏幕上, 早期的 CCDOS 都是这样显示汉字的 现在外面的 LCD 大屏幕汉字显示很多还是这样做的 见服务器 wan.zip 文件中 hzfd.c 程序 ( 直接取字模放大汉字的源程序 ) c. Unicode 历史 : 约 90 年,ISO 制定了 ISO10646, 也称 UCS(Universal Character Set 世界通用字符集 ) UCS 用 4 字节通吃世界所有文字 实际操作上,UCS 因太肥使其无法实用 Unicode 是一计算机行业组织, 约 90 年开始着手制定全球文字统一编码, 包括 CJK 所有简繁汉字在内, 其制定的 Unicode 码为 2 字节编码 92 年起,Unicode 与 ISO 使用相同的字库与编码 ( 但仍为 2 字节编码 ) Unicode 最终形成于 93 年 重要性 : 目前及将来主流软件都使用 Unicode 为字符内部编码,Unicode 是 LINUX(UTF- 8) JAVA(UTF-8) WindowsXP/2K(UTF-8) Windows NT(UTF-16) 等的内部编码 XML 规定所有的 XML Parser 必须支持 UTF-8 和 UTF-16 一般处理原理为 : 输入时按本地设置的编码标准 ( 如 GB2312)-> 内部转换为 UTF-8-> 输出时再转换为本地设置的编码标准 ( 如 GB2312) Unicode 可很容易地与各种本地编码转换 Unicode 编码范围 : U+0000~U+00FF 与 ISO 一致, 即 ASCII 码, 当然 ASCII 码需前补 8 位 0 U+4E00~U+9FFF: 为 GB2312 Big5 汉字 UTF8 和 UTF-16 为了能在软件中使用 Unicode 成为可行,Unicode 推荐了 UTF-8 和 UTF-16 两种 Unicode 变换码 UTF 为 Unicode/UCS Transformation Format( 通用字符集的转换码 ) 的缩写 11

12 UTF-16: 同 Unicode 的 多个编码, 但通过代理机制可表示 1M 个编码 因 UTF-16 的西文字符为双字节, 与现有大多使用单字节 ASCII 码的软件不兼容, 很少用 UTF-8: 为最重要最主流的 Unicode 变种 可能采用 1-3 字节表示一个字符, 规定必须根据所在的 Unicode 编码范围按下表选择编码的字节数并进行变换, 并且必须选最短的字节 U+0000~U+007F:0xxx xxxx,7 位编码 此部分即原基本 ASCII 码范围 U+0080~U+07FF:110x xxxx 10xx xxxx,11 位编码 此部分为扩展 ASCII 码范围及部分 Latin 字符 U+0800~U+FFFF:1110 xxxx 10xx xxxx,10xx xxxx,16 位编码 汉字均在此范围中字符 例如 : 万 的 GB2312 码为 CDF2H,Unicode 码为 4E07H( 即 UTF-16 码 ), 其 UTF-8 码如下 : 4E07: -> B UTF-8: 即 E4H,B8H,87H UTF-8 的好处 : 西文字符仍为单字节, 原西文软件可用 由于每个字节中均有一些标字字节, 不会出现原 UTF-8 中连续汉字中因单个汉字被错杀可能造成的后继汉字均混乱情况 缺点 : 汉字比原来宽 1.5 倍 与 C 语言的对照约 93 年,ANSI C 标准进行了修正, 定义了新数据类型 wchar_t 表示宽字符 ( 即 Unicode), 例如 wchar_t *str=l ABC ; 表示 ABC 为 Unicode 串 所有的标准 C 函数也出现了宽字符版本, 如 printf->wprintf 等 VC++ 中的 TCHAR 类型也如此 (please see TCHAR.H): #ifdef _UNICODE typedef wchar_t TCHAR; #else typedef char TCHAR; #endif 其中,W 表示宽串 宽串占 2 字节, 比 char 宽了 1 倍 在 VC++ 中, 还可更灵活地定义字串, 例如 TCHAR *s=_t( ABC ), 则 VC++ 将根据本程序中先前是否定义过 #define _UNICODE, 灵活翻译 _T() 中的串 d. BCD 码 BCD 编码是二 十进制编码, 采用 4 位二进制数表示一位十进制数 有压缩 BCD 码格式和非压缩 BCD 码格式 如十进制 566, 采用压缩 BCD 码为 ( ) BCD 占两个字节, 采用非压缩 BCD 为 ( ) BCD 占用 3 个字节,Intel 处理器提供专门对 BCD 码形式的数字进行处理的指令 用 DEBUG 观察补码和字符编码观察补码 : 用 DEBUG 输入一条指令 :MOV AL,-1, 观察 -1 的补码为 FFH 观察 ASCII 码 : 编 DEBUG 程序 : 输入字符 2 和 3, 然后显示其和 5 观察汉字编码 : 用记事本建立一文本文件, 内容包括 : 万你 AB13 分别以 ANSI( 西文字符以 ASCII 码存储, 汉字以 GB 内码存储 ) Unicode( 即 UTF16) Unicode Big-endian( 即 UTF-16) UTF-8 存盘, 然后用 DEBUG 观察其中的内容 作业 : 查自己姓氏的 GB2312 码 UTF-16 和 UTF-8 码 关于 Unicode 的参考文献 : 网上搜索文章 无废话 XML 12

13 第三节 x86 系列 PC 的基本结构 1) Intel 系列处理器 /8088:8088 是准 16 位微处理器, 内部 16 位数据总线, 外部 8 位数据总线, 一个总线周期只能吞吐一个字节 ;8086 是 16 位微处理器, 内部 外部都为 16 位数据总线, 一个总线周期能吞吐一个字 8088 被 IBM 用于第一台微机上的处理器, 两者指令系统 编码格式完全相同, 在软件上兼容 :8086/8088 不具备实现完善的多任务操作系统的功能, 于是 Intel 推出了 80286,CPU 可以工作在保护模式, 保护模式下, 系统可提供虚拟存储管理和多任务管理, 但是它对 8086/8088 的兼容做的不好, 这个产品在某种意义上是失败的 : 划时代产品,32 位处理器 它有 4 种工作模式 : 1) 实模式 real mode: 工作方式相当于一个 8086; 2) 保护模式 protected mode: 提供支持多任务环境的工作模式, 建立保护机制 ; 3) 虚拟模式 virtual mode: 可从保护模式切换至其中的一种 8086 工作方式 ; 4) 系统管理模式 SMM System Management Mode: 出现于 Intel386SL 芯片 这个模式为 OS 实现平台指定的功能 ( 比如电源管理或系统安全 ) 提供了一种透明的机制 当外部的 SMM interruption(smi#) 被激活或者从 APIC(Advanced Programming Interrupt Controller) 收到一个 SMI, 处理器将进入 SMM 在 SMM 下, 当保存当前正在运行程序的整个上下文 (Context) 时, 处理器切换到一个分离的地址空间 ( 原来的显存空间 ) 然后 SMM 指定的代码或许被透明的执行 当从 SMM 返回时, 处理器将回到被系统管理中断之前的状态 : 增加了高速 cache, 使处理速度得到提高, 另外将协处理器集成到芯片中提高 浮点远算能力 5.Pentium: 采用了多级流水线结构 486 之前的处理器采用单级流水线, 使得处理器只 有在完成一条指令后才能执行下一条指令 流水线结构是处理器将要执行的指 令分解为多个利用不同资源的顺序步骤, 这样可以使 CPU 并行运行多个操作 Pentium 为 5 级流水线,Pentium II 为 12 级流水线 6.Itanium:Intel 联合 HP 推出的, 是真正意义上的 64 位 CPU, 面向高端市场, 但是 Itanium 指令系统和 x86 指令系统不兼容 总线宽度 年代 CPU AB 宽度 寻址能力 DB 宽度 寄存器宽度 / M 16/ M G G Pentium 32 4G Itanium

14 8086 CPU 只有 20 根地址线, 所以只能访问 1M 内存, 但 及以上的 CPU 有实模式 (Real Mode) 保护模式 (Protected Mode) 两种工作方式, 当其工作于实方式时, 与 8086 完全兼容, 只能访问 1M 以内的内存 但当工作于保护方式下,CPU 直接使用 32 位寄存器及 32 位内存地址访问内存, 可直接访问 4G 内存地址空间 实方式与保护方式完全不兼容 在保护方式下不再有段地址与偏移地址之分 DOS 只能工作于实模式下, 所以在 DOS 下只能访问 1M 内存 ( 实际上 DOS 下的程序只能使用 640K 的基本内存 ) Windows 工作于保护方式下 另外,80386 及以上的 CPU 在保护方式下还有一种虚拟 86 工作方式 (V86 Mode), 在 V86 方式下, 一个 可模拟多个 8086 虚拟机, 使原 DOS 程序仍可使用 上位内存是给系统硬件使用的, 无论 CPU 工作于何种方式下, 用户程序都不能使用该块区域存储数据 ( 详见 8086 内存分布 ) 2) 计算机软件系统 系统软件 : 用户使用计算机时, 为开发 调试 执行用户程序必备的 用户软件 : 用户自行编制的程序 计算机软件层次主要的系统软件 : 操作系统 : 系统软件的核心, 主要作用是对系统软硬件资源进行管理, 为用户创造方便 有效和可靠的计算机工作环境 其主要部分是常驻程序, 一开机就驻留在内存中, 用来接收用户指令并使 OS 执行相应动作 I/O 驱动 : 用来对 I/O 设备进行控制或管理 文件管理程序 : 用来处理存储在外存储器中的大量信息 ( 外存储器中的信息是以文件的形式进行存在的 ), 此时常与外存储器的设备驱动相连接使用 文本编辑程序 : 用来建立 输入或修改由字母 数字 符号等信息组成的文本 翻译程序 : 用来将汇编语言或其它高级语言转变为机器语言的工具, 主要包括汇编程序 编译程序和解释程序等 链接程序 : 用来将目标文件和库文件或其它翻译好的子程序链接生成可执行文件 装入程序 : 用来将程序从外存储器装入内存以便程序执行 调试程序 : 系统提供给用户用于监控用户程序的工具 如 debug 程序 系统 / 用户程序库 : 各种标准程序 子程序和一些文件的集合 3) 微机的基本结构 微机结构示意图 CPU CPU 按功能分成 BIU 和 EU 两个单元 : 执行部件 (EU): 14

15 执行指令, 并进行算术逻辑运算, 给出程序要访问的内存单元地址 运算器 (ALU,Arithmetic Logical Unit): 进行算术与逻辑运算 ; 控制器 (CU,Control Unit): 取指 译码并执行指令 ; 寄存器组 (Registers): 一些暂时存放数据的临时存储单元, 位于 CPU 内部 总线接口部件 (BIU): 负责 CPU 与存储器和外设间的信息传送, 给 EU 提供数据和指令 总线控制部件 段寄存器 : 存储器寻址 指令队列 : 8086 CPU 的内部结构比较寄存器与内存储器的不同 : 物理位置的不同 : 寄存器位于 CPU 内, 一旦 CPU 造好, 不可再扩充 ; 而内存是独立于 CPU 之外的独立芯片, 可扩充 存储速度的不同 : 寄存器的存取速度极快, 与 CPU 的工作速度相当 ; 而内存的工作速度较慢 容量的不同 : 寄存器数量较少, 例如 8086CPU 内只有 14 个 16 位寄存器, 只能存放少量数据 ; 内存容量很大, 适于存储大量数据 使用方式的不同 : 寄存器通过名字使用, 而内存通过地址访问 数据存储顺序 : 寄存器中的数据按通常顺序存放, 而内存中的数据依不同的 CPU 而定, 例如 x86 系列 CPU 按倒字存放原则存放 8086 寄存器 15

16 Intel 8086/8088 内部寄存器熟悉寄存器的名字 : 8086 共 14 个 16 位的寄存器 :AX BX CX DX SI DI SP BP IP CS SS DS ES PSW, 其中 AX BX CX DX 四个寄存器既可当作一个 16 位的寄存器使用, 也可当作 2 个 8 位的寄存器使用 ( 分别为 AH 和 AL,BH 和 BL,CH 和 CL,DH 和 DL) 对部分寄存器解释如下 : 通用寄存器 : AX: 累加器 (Accumulator), 作为算术运算的主要寄存器, 在乘 除法等指令中用来存放操作数, 另外在端口操作指令 I/O 中, 只能使用 AX 或 AL 来与外部设备传送信息 BX: 基址寄存器 (Base), 常用来表示一块缓冲区 (Buffer) 的起始地址 CX: 记数寄存器 (Counter), 若用在移位指令 串处理指令和循环指令 (LOOP) 中, 用来表示循环次数 DX: 数据寄存器 (Data), 在双字乘 除法等指令中用来存放高位字, 另外在端口操作指令 I/O 中, 对于端口号大于 255 的端口操作, 使用 DX 来存放端口地址 SP: 栈顶指针寄存器 (Stack Pointer) 用来指示当前栈顶位置 ( 即 SS:SP) BP: 基址指针寄存器 (Base Pointer), 常用来对堆栈中的数据进行寻址 ( 栈段中的某个数据的偏移量, 即 SS:BP) 而 SP 用来指示栈段的栈顶的位置 ( 一个栈只有一个栈顶 ) SI: 源变址寄存器 (Source Index), 在字符串处理指令 ( 如 MOVSB) 中, 用来表示预移动的源串的偏移地址 ( 即 DS:SI) DI: 目地变址寄存器 (Destination Index), 在字符串处理指令 ( 如 MOVSB) 中, 用来表示所移动的串的目标偏移地址 ( 即 ES:DI) 在很多编译器中,SI 和 DI 常用来存放 C 语言中的寄存器变量 注 : 在串操作指令中 SI,DI 内容可根据标志寄存器的 DF 位自动进行递减或递加操作 所以称 SI,DI 为变址寄存器 DF=0 每次 SI,DI 递增 1,DF=1 每次 SI,DI 递减 1 控制寄存器 ( 专用寄存器 ): IP: 指令指针寄存器 (Instruction Pointer), 代码段偏移地址, 用来指向下一条将被执行的指令的首地址 ( 即 CS:IP) FLAG: 标志寄存器, 或称程序状态寄存器 PSW(Program Status Word) 其中的某些标志位反映指令运算结果的状态, 某些标志位控制着指令的执行, 某些标志位控制着系统的运行状况等 16

17 不是所有的指令执行都影响标志位, 如算术运算指令 ( 如 ADD 等 ) 和逻辑运算指令 ( 如 AND) 才可能改变 FLAG 中某些标志位的值 ( 这些指令会自动修改 FLAG 中的某些标志位 ) 当然也可用某些指令 ( 台 CLC STC 等 ) 强行修改 FLAG 中的某些标志位的值 段寄存器 : 详见 8086 CPU 的内存分段部分 CS: 代码段地址寄存器 DS: 数据段地址寄存器 ES: 附加段地址寄存器 SS: 堆栈段地址寄存器 寄存器的一般用法 : 规则 1: 若仅是存放数据用, 可使用 AX BX CX DX BP SI DI 中的任何一个 不要使用其它寄存器存放数据, 否则后果不可预测 在可能的情况下, 可优先使用 AX( 或 AH AL) 在有些指令中, 使用 AX 时指令的执行速度会快一些 规则 2: 若用寄存器表示内存偏移地址 ( 此时须将内存地址写在 [ ] 中 ),[ ] 中只能使用 BX BP SI DI 这四个寄存器 注在 386 以后的机型中可以使用所有通用寄存器进行偏移地址寻址 例如 : 下列指令均合法 : MOV AX,[0100H] ;ds:0100h 注 : 偏移地址也用立即数表示 ( 在指令中能直接得到的数, 叫立即数 常数即立即数 ) MOV BX,0100H MOV AX,[BX] ;ds:0100h MOV DI,0100H MOV [DI],AX ;ds:0100h 下列指令均非法 : MOV AX,[DX] MOV [SP],AX 规则 3: 若 [ ] 中的偏移地址是经过运算得到的, 则只能是如下模式 :[ 基址 + 变址 +disp] 其中 disp 是一个常数 ( 即相对偏移,displacement) [] 中的任何一部分或两部分可省略 ( 规则 2 实际上是规则 3 的特例 ) 不允许出现同类性质寄存器的组合, 即 [ ] 中不允许出现 [BX+BP+ 立即数 ] [SI+DI+ 立即数 ] 这样的组合 注 :BX 和 BP 都是基址寄存器, 属相同性质的寄存器 ; SI 和 DI 都是变址寄存器, 属相同性质的寄存器 习惯上,[ ] 中先写基址, 然后写变址, 最后写立即数 例如 : 下列指令均合法 : MOV AX,[BX+DI] ;ds:(bx+di) 或 ds:[bx+di] 也可写做 MOV AX,[BX][DI] MOV [BP+20H],AX ;ss:(bp+20h) MOV AX,[DI-20H] ;ds:(di-20h) MOV AX,[BX+SI+20H] MOV AX,20[BX][SI] ;ds:(bx+si+20h) 下列指令均非法 : MOV AX,[BX+BP+2] MOV [SI-DI],AX 规则 4: 当表示内存偏移地址写在 [ ] 中时,BP 默认的是相对 SS 段寻址, 而立即数 BX SI DI 默认的是相对 DS 段寻址 若 [ ] 中为一个寄存器加一个立即数, 则按该寄存器的默认段地址寻址 ; 若 [ ] 中为基址加变址的组合, 则以基址为准寻址 ( 与 [ ] 中书写顺序无关 ) 在指令中, 可使用段超越前缀强行改变默认的段地址 段超越前缀的表示方法是 : 段寄存器名 :[ 偏移地址或寄存器名 ] 17

18 例如,MOV AX,[BX], 操作数的物理地址为 DS:BX; 例如,MOV AX,[100H], 操作数的物理地址为 DS:0100H; MOV AX,[BP], 操作数的物理地址为 SS:BP; MOV AX,[BP+SI-2], 操作数的物理地址为 SS:BP+SI-2; MOV AX,[SI-2], 操作数的物理地址为 DS:SI-2; 段超越前缀的例子 : MOV AX,SS:[BX] MOV AX,ES:[BX] MOV AX,DS:[BP+DI-2] MOV AX,CS:[SI] 规则 5: 下一条将被执行的指令永远位于 CS:IP 所指向的内存单元中 IP 永远相对于 CS 段寻址 规则 6: 当前的栈顶位置永远位于 SS:SP 所指向的内存单元中 SP 永远相对于 SS 段寻址 规则 7: 指令中永远不允许出现 IP 和 FLAG 两个寄存器的名字 内存内存存放当前正在执行的程序和使用的数据,CPU 可以直接存取, 它是相对于外存而言的,CPU 对外存 ( 如软盘 硬盘或 CD-ROM DVD-ROM 等 ) 需要通过 I/O 接口访问 内存分只读存储器 (ROM,Read Only Memory) 和随机读写存储器 (RAM,Random Access Memory) 两种 描述存储器容量的常用单位 : 1) 位 bit 0/1 2) 字节 Byte( 通常所说的一个存储单元 ) 1 Byte=8 Bits 如 : 位 7(MSB) (LSB) B=51H 该字节内容 :51H 3) 字 Word 1 Word=2 Bytes( 高字节 (High Order Byte) 和低字节 (Low Order Byte)) 如 : MSB LSB 位 高字节 :75H 低字节 :89H B=7589H 4) 双字 Dword 1Dword=2Word 5) 千字节 KB 兆字节 MB 吉字节 GB 2^10=1K=1024 Bytes, 2^20=1M=1024K= Bytes 2^30=1G=1024M, 2^40=1T=1024G 2^50=1P=1024T 2^60=1E=1024P 6) 其它 :2^16=64K=65536,2^32=4G 8086 内存的存放次序字节顺序 : 1) little endian: 一个字的低有效字节存放在低地址空间, 高有效字节存放在高地址空间 ; 18

19 2) big endian: 与之相反, 采用 big endian 存放方式的 CPU 主要有 SPARC( 主要用于 Sun 服务器中 ) PowerPC(Motorola CPU) 和 PARC( 主要用在 HP 服务器中 ), 这种方式符合人的阅读习惯 Intel 处理器采用的是 little endian 内存存放方式 内存以字节为存放单元, 对于字节信息按通常顺序依次的存放在内存中 对于字或双字, 在该字 ( 或双字 ) 的内部, 则按 倒字存放 原则存储 (little_endian), 具体如下 : 对一个字, 存储时先存放低字节, 再存放高字节 ( 即低字节占低地址, 高字节占高地址 ) 字的地址是指其低字节的地址 如将字 7589H 存放到内存地址 0EABB0H 地址中, 其存放方式如下图所示 : 对一个双字, 存储时先存放低字, 再存放高字 ( 即低字占低地址, 高字占高地址 ) 双字的地址是指其低字的地址 在每个字的内部, 同样按低字原则存放 如将双字 14A8 F975H 存放到内存地址 0B75AH 处, 内存中是如何存放的? 此时读取 0B75AH 处一个字的内容应该是多少? 例如 : 其中 X,Y,Z 为符号地址 注意 : 无论是字节 字 双字, 总体还是往上长的, 所谓倒是指在每个字 ( 或双字 ) 的内部是倒的, 但字与字 ( 或双字与双字 ) 之间还是顺序存放的 在 Intel 体系中允许字或双字的存放采用非对准方式, 即字地址不要求是偶数, 双字地址不要求是 4 的倍数, 但是非对准存放会影响数据存储效率, 编程时尽量采用对准方式 而采用 Big Endian 的 CPU 体系中的存放方式只能采用对准方式, 否则会发生存取异常 8086 微机内存分布 19

20 ROM 各类 ROM 地址空间 显存地址空间 RAM 主存储器地址空间 RAM 系统硬件使用的内存位于地址区域的高端, 从 A0000H~FFFFFH, 其中 FFFF0H 地址是 PC 机启动时执行第一条指令, 我们用 debug 工具查看, 该处执行了一个无条件跳转指令, 跳转到系统 BIOS 的初始化程序 -u ffff: 0 0 FFFF:0000 EA5BE000F0 JMP F000:E05B CPU 通过内存地址访问指定的内存单元 以下是 PC 机中与内存相关的一些概念 动态内存 (DRAM) 和静态 (SRAM): RAM 主要有 DRAM 和 SRAM 两种类型 DRAM 的存储介质是一些小电容, 需定时对小电容进行充电, 以维持其中的数据不丢失, 存在一个刷新周期的问题, 只有当 DRAM 中的数据稳定后,CPU 才可读写 DRAM 中的数据, 所以 DRAM 的工作速度很慢 而 SRAM 是由一种称为触发器的逻辑电路构成, 工作状态稳定, 所以存取速度很快 但 SRAM 比 DRAM 价格高 另外, 内存的工作速度一般以多少个纳秒 (ns,10-9 s) 来表示 表示时间的单位还有微秒 (us,10-6 s), 毫秒 (ms,10-3 s) 等 CMOS RAM: 互补金属氧化物半导体存储器, 简称 CMOS 是一种耗电极低的特殊 RAM 在 PC 机中一般为 128 字节, 用于保存 PC 的最重要参数, 如时间 口令 硬盘类型等, 启动时 BIOS 会自动读写 CMOS 中保存的参数 机器断电后,CMOS 中保存的数据可通过充电电池长期保存 PC 机的 BIOS 中有一段 CMOS 参数设置程序, 可通过启动时按某个规定键 ( 一般为 DEL 键 ) 来运行 CMOS 参数设置程序 CMOS 中的数据也可通过端口地址进行读写 Shadow RAM( 影子内存 ): 由于制造工艺上的原因,ROM 的工作速度较 RAM 慢很多, 目前的 PC 一般在启动时自动将 ROM 中的内容复制到 RAM 中的某块特殊地方并对该块 RAM 自动进行写保护, 称为 Shadow RAM 可在 CMOS 参数设置菜单中选择是否将 ROM BIOS 或 Video BIOS 或其它 BIOS 各部分进行 Shadow Cache( 高速缓冲存储器 ): 由于 RAM 相对于 CPU 来说, 工作速度要慢很多, 若 CPU 直接读写 RAM,CPU 要插入很多等待时间 为提高 CPU 的工作效率, 目前的大多数 CPU 中, 都在 CPU 与内存之间加了一层称为 Cache 的特殊存储器 Cache 的工作速度极高, 与 CPU 的工作速度相当 位于 CPU 内部的 Cache 称为片内 Cache(Internal Cache, 也叫一级 Cache 或 L1 Cache, 一般有几十 K); 20

21 位于 CPU 外部的 Cache 称为片外 Cache(External Cache, 也叫二级 Cache 或 L2 Cache, 一般有几百 K) Cache 的工作原理是, 每次 CPU 读写内存时,Cache 机构会自动将该内存地址相邻内存中的一批内容均读入到 Cache 中, 这样, 下次若 CPU 读写的是上次读写的相邻内存单元中的内容 ( 称为预先读,Read Ahead), 则 CPU 可直接从 Cache 中取得并返回 根据统计, 从 Cache 中命中数据的概率是很高的 相反,CPU 写内存时,CPU 只要将数据写到 Cache 即可返回进行其它任务, 由 Cache 机构在背后抽空将数据写入到 RAM 中 ( 称为迟后写, Write Behind) 可在 CMOS 参数设置菜单中选择是否允许 L1 Cache 或 L2 Cache 工作 虚拟内存 (Virtual Memory): 以上的 CPU 可使用一部分硬盘空间模拟 ( 或冒充 ) 内存使用, 称为虚拟内存 通过虚拟内存, 可使用比实际内存大得多的内存 可在 Windows 控制面板 / 系统中设置允许使用的虚拟内存的大小 8086 CPU 的内存寻址 ( 实模式 )(* 重点 ) 段地址和偏移地址的概念 : 由于 8086 CPU 的寄存器只有 16 位, 而地址线有 20 根, 为使用 16 位的寄存器访问 20 位的内存地址 ( 访问内存时, 大多情况下需将内存地址放到寄存器中 ),8086 CPU 将 1M 内存分成多个段 (Segment) 每个段有自己的段起始地址 ( 简称段地址,16 位宽 ), 每个段的最大长度为 64K 当我们访问一个内存单元时, 必须告诉 CPU 所访问的内存单元的段地址以及该单元距段首的距离 ( 多少字节 ), 该距离称为段内偏移地址 ( 简称偏移量,Offset,16 位宽 ) 离开段地址, 孤立地谈偏移地址是没有任何意义的 在同一个段内, 偏移量的最大变化范围是 0000H~FFFFH 实模式下的内存寻址示意图为表示方便,8086 规定, 内存地址的表示方法为 :16 位段地址 :16 位偏移地址 其转换为 20 位物理地址的公式规定如下 : 20 位物理地址 =16 位段地址左移 4 位 + 16 位偏称地址注 : 由于左移 4 位后, 段地址的低 4 位一定是 0H, 所以一个段的起始物理地址一定是 xxxx0h 的形式 这里注意几个问题 : 同一物理地址的逻辑地址不唯一 例如逻辑地址 1A2B:5DF2 对应的 20 位物理地址是 200A2H: 1A2BH-> 左移 4 个二进制位 ->1A2B0H + 5DF2H 21

22 200A2H 显然, 表示同一个物理地址时可以有近 64K 种段地址和偏移量的组合 例如 2000:00A2 和 200A:0002 都表示同一个物理地址 200A2H 端的最大长度为 64K, 并不是每个段都能占用这么多空间 段地址为 FF59 时, 该段所能定位的空间范围是? 一个应用程序可能使用 4 种类型的段, 分别为 : 代码段 (Code Segment): 用于保存程序代码的段 一个应用程序必须至少定义一个代码段 规定代码段的段起始地址必须放在代码段寄存器 CS 中, 而下一条将被执行的指令的偏移量必须存放在指令寄存器 IP 中, 所以下一条将被在执行的指令永远位于 CS:IP 所指向的内存单元中 数据段 (Data Segment): 用于存放程序中用到的数据 一个应用程序的数据段是可选的 规定数据段的段起始地址必须放在数据段寄存器 DS 中 栈段 (Stack Segment): 见第一部分第五节用于存放调用子程序主程序的返回地址等 一个应用程序可用的栈段是可选的 规定栈段的段起始地址必须放在栈段寄存器 SS 中, 而当前栈顶的位置必须由栈顶指针寄存器 SP 表示 附加段 (Extra Segment): 有时为程序设计方便 ( 特别是字符串处理程序 ), 可使用附加段 一个应用程序的附加段是可选的 规定附加段的段起始地址必须放在附加段寄存器 ES 中 386 以后处理器增加了 FS GS 附加段 所有 x86 处理器在实模式下的最大寻址空间为 1MB 除专门指定, 各段在存储器中的位置由 OS 负责, 每段可独立占用 64KB 存储单元, 但不是必须占用这么多 寻址方式 (Addressing Mode), 见原版教材的第 6 节 保护模式下的内存寻址 : 从 开始, 进入了真正的 保护模式 386 是 32 位的 CPU, 数据 地址总线都是 32 位, 因此寻址空间为 4G 中对内存的管理有两种, 一个是段式内存管理, 一个是页式内存管理 先从段式内存管理说起 由于 Intel 是在 16 位 CPU 基础上设计 32 位 CPU 的, 因此在 32 位处理器中, 它继承了段寄存器 由于寻址空间的增大,16 位的段寄存器已不能够提供基地址了 这样就引入了一个数据结构来描述关于段的一些信息 ( 即段描述符, 它由段基址 界限 访问权 附加段构成 ) 当一个访存指令发出一个内存地址时,CPU 按照下面过程实现从指令中的 32 位逻辑地址到 32 位物理地址的转换 : 1. 首先根据指令的性质来确定该使用哪一个段寄存器 2. 根据段寄存器的内容 ( 选择器 描述符的索引 ), 找到相应的 段描述符 22

23 3. 从 段描述符 中得到基地址 4. 将指令中的地址作为位移, 与段描述结构中规定的段长度相比, 看是否越界 ; 5. 根据指令的性质和段描述符中的访问权限来确定是否越权 ; 6. 最后才将指令中的地址作为位移, 与段基地址相加, 得到物理地址 同时, 在上面过程中, 由于有对访问权限的检查, 就实现了保护 中有两个寄存器, 分别是全局的段描述表寄存器 (GDTR) 和局部的段描述表寄存器 (LDTR), 用来指向存储在内存中的某个段描述表 原段寄存器中的高 13 位指明某个段描述符在段描述表中的偏移, 这个偏移加上 GDTR( 或 LDTR) 中段描述表的基地址, 就得到段描述符的地址 最后从段描述符中得到段的 32 位基地址和其它的一些信息 ( 这些信息包括关于越界和权限检查 ) 段式内存管理只是 386 保护模式的一个部分, 由于其效率的问题以及段是可变长度的, 又发展出了页式内存管理 386 处理器中有一个寄存器 CR0, 如果它的 PG 位为 1, 就打开了页式内存管理 页式内存管理是在有段式内存管理形成的地址上再加上一层地址映射 此时由段式管理形成的地址就不再是物理地址了, 而是 线性地址 段式内存管理先把 逻辑地址 映射为 线性地址, 再由页式内存管理把 线性地址 映射为 物理地址 ; 当不使用页式内存管理时, 线性地址 就直接用作 物理地址 把内存分为 4K 的页面, 每一个页面被映射到物理内存中任一块 4K 字节大小的空间 ( 边界必须与 4K 字节对齐 ) 需要注意的是, 在段式管理中, 连续的逻辑地址经映射后在线性空间还是连续的, 但连续的线性地址经映射后在物理空间却不一定连续 页式内存管理中,32 位的线性地址划分为三个部分 :10 位的页目录表下标 10 位的页面表下标 12 位 (4k) 的页内地址偏移 CPU 增加了一个 CR3 寄存器存放指向当前页目录表的指针 寻址方式就改为 : 1. 从 CR3 取得页目录表的基地址 ; 2. 根据 10 位页目录表下标和 1 中得到的基地址, 取得相应页面表的基地址 ; 3. 根据 10 位页面表下标和 2 中得到的基地址, 从页面表中取得相应的页面描述项 ; 4. 将页面描述项中的页面基地址和线性地址中的 12 位页内地址偏移相加, 得到物理地址 还有一个特例, 就是所谓的 Flat( 平坦 ) 地址模式,Linux 内核就是采用这种模式的 它是在段式内存管理的基础上, 如果每个段寄存器都指向同一个段描述符, 而此段描述符中把段的基地址设为 0, 长度设为最大 (4G), 这样就形成了一个覆盖整个地址空间的巨大段 此时逻辑地址就和物理地址相同 形象的看, 这样的地址就没有层次结构 ( 段 : 偏移 ) 了, 所以叫做平坦模式, 它是段式管理的特例 三种模式下的内存寻址示意 23

24 总线 (BUS) 传输信息用的一组公共导线, 其中每组导线中包含的导线根数称为总线宽度 一根导线对应一位二进制码 CPU 与存储器之间以及各外部设备之间都是通过这些总线进行通讯的 根据传送信息的不同, 将总线分为 : 地址总线 AB: 用来传送地址信号, 地址总线是单向的 地址总线的宽度决定计算机的寻址能力 ( 能访问内存的最大容量 ) 若地址总线宽度为 n, 则该台计算机的寻址能力为 2 n 存储单元 数据总线 DB: 用来传送数据, 数据总线是双向的 数据总线宽度决定一台计算机传输数据的能力 若一台计算机数据总线的宽度为 n, 则称该计算机为 n 位计算机 控制总线 CB: 用来传输控制信号, 控制总线是双向的 CPU 通过 CB 向内存及外设发出读写控制信号, 相反, 内存及外设通过 CB 向 CPU 报告自己的工作状态 例如, 指令 MOV AX,[0100H] 的执行过程如下 : 首先,CPU 将地址 0100H 放在 AB 上 ; 然后,CPU 通过 CB 向内存发读控制信号 ; 最后, 内存将地址 0100H 处的数据放到 DB 上, CPU 便从 DB 上取数据到寄存器 AX 中 再如, 指令 MOV [0100H],5 的执行过程如下 : 首先,CPU 将地址 0100H 放在 AB 上 ; 然后,CPU 将数据 0005H 放到 DB 上 ; 最后,CPU 通过 CB 向内存发写控制信号, 内存收到写控制信号后将 DB 上的数据放到 AB 上指定的的内存单元 外部设备外部设备主要包括输入 / 输出设备和外部存储器等 外设与 CPU 和存储器的通讯是通过外部接口进行, 每个接口有一组寄存器, 寄存器组主要由以下三种组成 : 数据寄存器 : 用来存放通讯数据 ; 状态寄存器 : 用来存放外设或接口的状态信息, 使 CPU 了解外设工作状况 ; 命令寄存器 : 用来存放 CPU 对外设或接口的控制命令 外设中的每一个寄存器被给予一个端口号 端口 (PORT) I/O 地址空间在计算机中, 除了 CPU 中包含有寄存器外, 其它芯片 ( 外围芯片 ) 中也含有大量的寄存器 ( 有时也叫锁存器 ) 外围芯片中包含的寄存器称为端口 例如键盘控制器 中断控制器等芯片, 以及位于插件卡 ( 如显示卡 ) 上的芯片中包含的寄存器等, 都称为端口 端口也有编号, 称为端口地址 (I/O Base) 在 x86 系列 CPU 中, 端口与内存地址都独立地分别从 0 开始编址, 外部设备最多可有 个端口, 端口号为 0000~FFFFH 访问端口时需使用专门的的指令 (IN/OUT) 有些 CPU( 如 Motorola), 端口与内存顺序编号, 此时端口地址需占部分内存地址空间 为了便于用户使用外设,80x86 提供了两种类型的例行程序可共用户调用, 调用方式都是采用中断调用模式 BIOS 功能调用 : 存放在 ROM 中, 可以看做硬件的组成部分, 层次更低 DOS 功能调用 : 是 OS 的组成部分, 开机时由磁盘装入存储器, 它的例行程序可以调用 BIOS 来完成比 BIOS 更高级的功能 用户在使用外设时应尽量使用层次较高的 DOS 功能调用 24

25 4) 机器指令的构成及指令的执行时间 机器语言 : 计算机能够识别的语言, 计算机是电子设备, 他内部信号对应的是电平的高低和有如, 所以机器语言是二进制的数, 包括机器指令和数据 汇编语言 : 直接用机器语言编写程序是不现实的 ( 全是 01 码字!), 于是有了汇编语言, 是机器语言的助记方式, 是一种符号语言, 便于理解和记忆 那用汇编写的程序怎么让计算机执行呢? 将汇编指令翻译成机器指令的过程称为 汇编 (Assembly), 其逆过程称为 反汇编 (Unassembly) 汇编一般通过工具 DEBUG(A 命令 ) 或汇编器 ( 如 TASM/MASM 等 ) 进行, 反汇编一般通过 DEBUG(U 命令 ) 或专用工具 ( 如 Sourcer 或 SoftICE 等 ) 完成 即 : 汇编源程序 xxx.asm( 编辑 )-> 目标文件 xxx.obj( 汇编 )-> 可执行文件 xxx.exe( 链接 ) 在不同的机器指令中, 不同的位表示不同的含义 例如可能有表示操作符码 操作方向码 (d) 操作宽度码 (w) 源操作数的寻址方式码 (mod) 目的操作数和源操作数所用的寄存器码 (reg) 等 ( 见原版教材第 27 章 PC 指令集 或系统结构教程 ) 可查看 Complex/ Reduced Instruction Set Computer CISC/RISC 相关知识 与执行时间相关的概念 : 时钟周期 :CPU 主频率的倒数, 例如 8086 的主频为 4.77MHz(CPU 每秒工作 4.77 百万个时钟步 ), 其时钟周期为 210 纳秒 (1ns=10-9 s) 指令周期 : 指行一条指令所需要的时钟周期数 ( 可查表得到 ) 最快的指令可能只需 1 个时钟期 ( 如 INC AX), 而最慢的指令需 180 多个时钟周期 对通常的数据传输指令 ( 如 MOV), 一般使用寄存器操作数最快, 使用立即数操作数次之, 使用内存操作数最慢 注 : 寄存器操作数和立即数操作数都来自 CPU 内部, 立即数操作数由指令缓存缓冲器提供, 而内存操作数来自 CPU 外部 汇编语言发展至今, 主要由以下 3 部分组成 : 汇编指令 : 机器语言的助记符, 编译后有对应的机器码如汇编指令 : mov ax,bx 机器码 : (49D8H) 操作 : 将寄存器 bx 的内容赋给寄存器 ax 伪指令 : 没有对应的机器码, 给汇编器用来汇编使用的如 assume cs:code 是告诉汇编器 code 段地址与 cs 相关联 其它符号 : 如 +,-,[,],; 等, 由汇编器识别, 没有对应的机器码 5) 汇编指令的一般格式 标号 : 操作符 ( 操作码 ) 操作数 1, 操作数 2 操作符 (operation): 要执行的操作 ; 操作数 (operand): 执行对象, 可以是操作数本身, 也可以是操作数地址或地址的一部分 有些指令带 2 个操作数, 如 ADD AX,10 (AX: 目的操作数 10: 源操作数 ) 有些指令带 1 个操作数, 如 INC AX 25

26 有些指令带 0 个操作数, 如 PUSHF x86 为了避免指令过长, 规定双操作数中只能有一个使用内存寻址方式, 所以经常要先将操作数送到寄存器中 操作数的类型 : 立即数操作数 (data or immediate operand): 指在指令中可直接得到的操作数 ( 即常数 ) 寄存器操作数 (reg): 指存放在寄存器中的操作数 内存操作数 (mem): 指存放在内存中的操作数 使用符号地址 ( 即变量名 ) 表示内存操作数 : 用 DB 定义字节类型的数 : 表示其后的每个操作数占用一个字节. var1 DB ABCDE$ 分别定义了 6 个字节 :41H 42H 43H 44H 45H 24H 符号地址 var1 代表第一个字节的起始地址 此写法与以下写法等价 : var1 DB A, B, C, D, E, $ var1 DB ABC, D, E, $ var1 DB A, BC, D, E$ var1 DB 41H,42H,43H,44H,45H,24H var1 DB 41H, BC,44H,45H, $ 用 DW 定义字类型的数 : 表示其后的每个操作数占用一个字. var2 DW 41H,4243H, E, FG 分别定义了四个字 :0041H 4243H 0044H 4546H 符号地址 var2 代表第一个字的起始地址 var2 DW ABC 写法错误 ( 超过一字宽 ) 用 DD 定义双字类型的数 : 表示其后的每个操作数占用一个双字. var3 DD 41H, E, FG, H 分别定义了四个双字 : H H H H 符号地址 var3 代表第一个双字的起始地址 var3 DD ABCDE 写法错误 ( 超过一双字宽 ) 用 DF 定义字类型的数 : 表示其后的每个操作数占用 6 个字节. 用 DQ 定义字类型的数 : 表示其后的每个操作数占用 8 个字节. 用 DT 定义字类型的数 : 表示其后的每个操作数占用 10 个字节. 详见 P 数据定义及存储器分配伪操作 6) 寻址方式寻址方式是指在指令中找到操作数的方式 8086 提供的主要寻址方式有 : 立即数寻址方式 : 指令中的操作数是一个立即数 如 MOV AX,5 中的源操作数 5 立即数寻址只能用在源操作数, 不能用在目的操作数 ; 常被用来给寄存器赋值, 但是不能给段寄存器赋值 寄存器寻址方式 : 指令中的操作数是一个寄存器操作数 如 MOV AX,5 中的目地操作数 AX 以下寻址方式都是关于内存操作数 ( 且在除代码段以外 ) 的寻址方式 : 直接寻址方式 : 如 MOV AX,[0100H] 中的源操作数 [0100H] 寄存器间接寻址方式 : 如 MOV [BX],AX 中的目地操作数 直接变址寻址方式 : 如 MOV [SI-0100H],AX 中的目地操作数 基址加变址寻址方式 : 如 MOV [BX+SI],AX 中的目地操作数 相对基址加变址寻址方式 : 如 MOV [BX+DI-2],AX 中的目地操作数 关于内存操作数的寻址, 关键是确定操作数的偏移地址 ( 或有效地址 effective address-ea) 26

27 有效地址 EA= 基址 + 变址 比列因子 + 偏移量注 : 比例因子是 386+ 等序列的寻址方式术语, 其值可为 1,2,4 或 8 7) 指令中出现的符号地址的含义符号地址是用符号形式表示的一个内存地址, 在生成机器码后, 符号地址会被用实际的偏移值替代 例如 : MOV AX,X 等价于 MOV AX,[X] 取地址为 X 的内存单元的值放到 AX 中 ( 生成的机器码类似于 MOV AX,[****] 形式 ) MOV AX,X+1 等价于 MOV AX,[X+1] 取地址为 X+1 的内存单元的值放到 AX 中 MOV AX,[X+BX] 取地址为 X+BX 的内存单元的值放到 AX 中 MOV X,AX 等价于 MOV [X],AX 将 AX 值存放到地址为 X 的内存单元中 MOV X+1,AX 等价于 MOV [X+1],AX 将 AX 值存放到地址为 X+1 的内存单元中 INC X-20, 等价于 INC [X-20], 将地址为 X-20 的内存单元的值加 1 执行 MOV X+1,0ABH 后,X+1 处的值 42H 被替换成 ABH 执行 MOV AX,X+2 后,AX=4543H 执行 MOV Y+3,1234H 后,Y+3 处的值 00H,56H 被替换成 34H,12H 第四节简单的数据传输指令 (MOV 指令 ) MOV 指令 ( 原版教材 97 页 ) 格式 :MOV 目的操作数, 源操作数 1) 类型限制 源 目的操作数不可同时为内存操作数如 :mov [100],[bx] 错误, 需改为 mov ax,[bx] mov [100],ax 或改为 push [bx] pop [100] 源 目操作数不可同时为段寄存器如 :mov es,ds 错误, 需改为 mov ax,ds mov es,ax 或改为 push ds pop es 不可将一个立即数直接传给段寄存器如 :mov ds,100h 错误, 需改为 mov ax,100h mov ds,ax 2) 宽度限制 若源 目双方宽度均明确, 则宽度必须一致如 :mov es,al 错误, 而 mov es,ax 正确 若一方宽度明确, 另一方宽度不明, 则按宽度明确方进行传输宽度不明的操作数包括立即数和内存操作数 ( 不包括用 DB DW DD 定义过类型的内存操作数 ) 两种操作数, 而寄存器操作数的宽度显然是明确的 如 : mov ax,12h 正确, 相当于 mov ax,0012h mov [100H],AL 正确 若双方宽度均不明, 则出错 27

28 此时可用 PTR 修饰符强行指明内存操作数的宽度 ( 类似于 c 语言中的强制类型转换 ) PTR 修饰符的用法 : [BYTE WORD DWORD SHORT NEAR FAR] PTR 内存操作数其中, 只有前三种类型能用于 MOV 指令中 如 :mov [100H],5 错误, 需改为 mov ax,5 mov [100H],ax 更好的改法为 :mov word ptr [100H],5 第五节栈 ( 原版教材 23 页 ) 1) 栈结构栈 (Stack) 是一块内存区, 对该块内存区中的数据必须按后进先出 (LIFO) 原则进行存取 栈的一端是固定的, 称为栈底 (bottom), 栈的另一端是浮动的, 称为栈顶 (top) 在 x86 中, 当前栈顶位置由 SP 寄存器指示 对栈的存取只能在栈顶进行 将一个数存入到栈顶的动作称为压栈操作 (push), 从栈顶取出一个操作数的操作称为弹栈 (pop) 8086CPU 的栈操作都是以字为单位进行的 8086CPU 只知道栈顶在何处 (SS:SP), 而不知道栈空间的大小, 用户必须自己控制栈的超界问题, 即栈满时不能再执行 push, 栈空时不能再执行 pop 2) 栈的主要用处 1. 调用子程序时, 保存主程序的返回地址 见下面对 CALL/RET 指令的解释 2. 保护 / 恢复现场要 PUSHF PUSH AX PUSH BX PUSH DS PUSH ES CALL 子程序 POP ES POP DS POP BX POP AX POPF 3. 数据交换如 MOV DS,CS 非法, 可改为 PUSH CS POP DS 又如 MOV[BX],[100H] 非法, 可改为 PUSH [100H] 28

29 POP [BX] 3) 栈操作的主要指令 1. PUSH 指令格式 :PUSH 源操作数限制 : 源操作数必须是一个 16 位的操作数 ( 压栈 / 弹栈只能以字为单位, 并且不能是立即数 ) 例如 : PUSH AL 错, 应改为 PUSH AX PUSH 100 错, 应改为 MOV AX,100 PUSH AX 作用 : 执行 PUSH 时,CPU 自动先将 SP 减 2, 然后将源操作数放入到栈顶 即相当于 : SUB SP,2 MOV BP,SP MOV [BP], 源操作数注意, 由于栈是内存的一块, 所以压栈的字在栈中同样遵循倒字存放原则 2. POP 指令格式 :POP 目地操作数限制 : 目地操作数必须是一个 16 位的操作数, 同样也不允许使用立即数, 并且不允许使用 CS 寄存器 例如 : POP AL 错, 应改为 POP AX 作用 : 执行 POP 时,CPU 先将栈顶的一个字存放到目地操作数中, 然后自动将 SP+2, 即相当于 : MOV BP,SP MOV 目的操作数,[BP] ADD SP,2 3. PUSHF 指令格式 :PUSHF 作用 : 将 SP-2, 并将标志寄存器的当前值 (16 位 ) 压入栈中 4. POPF 指令格式 :POPF 作用 : 将栈顶一个字弹到标志寄存器中, 并将 SP+2 例如 : 将标志寄存器的 PF 和 AF 复位 ( 即清 0)( 见原版教材 17 页 ) PUSHF POP AX AND AX,0FFEBH ( 即 B) PUSH AX POPF 4) 影响栈的指令 1.CALL/RET 指令对栈的影响 ( 原版教材 126 页 ) 子程序调用的一般格式 : 主程序 : CALL [NEAR PTR 或 FAR PTR] 子程序 WWXX:YYZZ 29

30 子程序 : RET( 或 RETF) CALL 的执行过程如下 : 当执行 CALL 指令, 若 CALL 的是一个远过程, 则 CPU 会自动将主程序的返回地址中的段地址 ( 即 CALL 下一条指令的段地址 WWXX) 压入栈中, 然后将返回地址中的偏移地址 ( 即偏移地址 YYZZ) 压入栈中, 然后跳转到子程序中执行 即相当于 : PUSH WWXX PUSH YYZZ 远跳转指令也有类似操作,JMP FAR PTR 子程序若 CALL 的是一个近过程, 则只压偏移地址到栈中 CALL 不能实现短转移 RET 的执行过程如下 : 当执行到子程序中的 RETF 指令时,CPU 会自动将当前栈顶的一个字弹到 IP 中, 然后再将栈顶一个字弹到 CS 中 这样就能达到返回到主程序中 CALL 下一条指令继续执行主程序剩余指令的目地 即相当于 : POP IP POP CS 若为近返回 (RETN), 则只弹一个字到 IP 中 2.INT/IRET 指令对栈的影响中断服务程序最后必须以 IRET 结束 INT n 指令相当于 : PUSHF CALL DWORD PTR 0:[n*4] IRET 指令相当于 : RETF POPF 第六节 DEBUG ( 原版教材第 3 节,29 页 ) Debug 是 DOS 操作系统提供的一个程序 1) 主要功能 观察 / 修改寄存器中的值 (R 命令 ) 往内存中输入 / 修改指令 (A 命令 ) 显示内存中的指令 (U 命令 ) 往内存中输入 / 修改信息 (E 或 F 命令 ) 显示内存中的信息 (D 命令 ) 在内存中对数据或指令进行移动 (M 命令 ) 或拷贝 (C 命令 ) 在内存中单步执行指令 (T 或 P 命令 ) 全速执行指令 (G 命令 ) 将一个文件从磁盘上加载到内存中 (L 命令 ); 建立一个非 EXE 文件 (W 命令 ); 将磁盘的逻辑扇区读入到内存中 (L 命令 ), 或将内存中的数据写入到磁盘逻辑扇区中 (W 命令 ); 将从端口读数据 (I 命令 ), 或将数据写入到端口 (O 命令 ) 2) DEBUG 的一些约定 只能为 16 进制数, 并且不得后缀 H; 不能出现伪指令或符号地址 ( 若需使用变量名 标号 过程名, 必须直接写其地址 ) 若想中止当前的 DEBUG 操作, 请按 CTRL+C 键 若命令中未指明段地址, 默认为 DS 段 若命令中写明段地址, 则只能是如下模式 : 30

31 段寄存器名 : 偏移值, 或段值 : 偏移值 其中偏移值只能是一个具体值, 不能是寄存器名 如 -U0 正确,-UCS:0 正确,-Uffff:0 也正确, 但 -DSS:SP 错误 地址范围表示方式有两种 : 方式一 : 起始地址结束地址方式二 : 起始地址 L 为字节长度如 -D0:400 4FF 或 -D0:400 L 100 都表示显示 0:400 到 0:4ff 内存单元内容 表示地址范围时, 只能在起始地址处写段值, 结束地址不能再指定段值 ( 即只能在同一个段中 ) 如 -D0:400 0:4FF 错,-DDS:400 DS:4FF 也错 刚进入 DEBUG 时, 大多数命令默认的起始偏移地址均为 100H, 以后输入的命令若未指定起始地址, 默认均从上次结束地址处继续 若不想从上次结束处继续, 应在命令后写明起始地址 31

32 第二部分汇编语言基础 (Part B) 第七节汇编程序上机的一般步骤 ( 原版教材第 5 节 ) 第一步 : 编辑源程序 可用记事本或 EDIT 等编辑软件建立.ASM 源程序 注意, 汇编源程序的扩展名应为.ASM 这里假设我们建立的源程序名为 TEST.ASM 第二步 : 汇编源程序 ( 相当于 C 语言中的程序编译阶段 ) Mcriosoft 的 MASM 汇编器各版本的区别 : 32

33 可使用 Borland 公司的汇编器 TASM 或 Microsoft 公司的宏汇编工具 MASM 完成此工作 命令格式如下 : TASM( 或 MASM) [ 开关 ] 源文件 [, 目标文件 ] [, 列表文件 ] [, 交叉引用文件 ] 其中输入的源文件默认扩展名为.ASM, 所产生的目标文件扩展名为.OBJ, 所产生的列表文件扩展名为.LST( 可选 ), 所产生的交叉引用文件扩展名为.CRF 或.XRF( 可选 ) 若成功汇编, 汇编器将产生目标文件 (.OBJ) 若程序有错误, 则汇编会报错, 此时需修改源程序, 然后重新进行汇编 ( 但 No stack 属正常报警 ) 例如 : C>TASM 获得帮助 C>TASM TEST 产生 TEST.OBJ C>TASM TEST,, 或 TASM TEST /l 产生 TEST.OBJ 和 TEST.LST C>TASM TEST,,, 产生 TEST.OBJ TEST.LST 和 TEST.XRF 注 : 若使用 MASM, 应先设置 C>PATH C:\MASM\BIN, 否则可能会报错 并可在文件 名后跟一个分号, 以免出现提问, 可直接得到 obj 文件 目标文件 : 目标文件只是一种半成品, 虽然其中已包含机器码, 但由于其中也包含一些尚无法确定最终值的符号 ( 如段值 需重定位的项, 如标号等 ), 所以目标文件不能运行, 需再经过连接才能生成可执行程序 列表文件 : 其中包含汇编指令与机器指令的对照表, 以及段 符号的总结表 交叉引用文件 : 包含在汇编代码中使用的所有符号的列表 第三步 : 生成可执行程序可使用 TLINK(BORLAND) 或 LINK(MICROSOFT) 完成此过程 连接是一个装配过程, 连接后将生成可执行程序.EXE 或.COM 命令格式如下 : TLINK( 或 LINK) [ 开关 ] 目标文件 [, 可执行文件 ] [, 映像文件 ] [, 库文件 ] 其中目标文件和库文件为输入文件, 生成的可执行文件默认为.EXE 文件, 映像文件为生 成的副产品 ( 可选 ) C>TLINK 获得帮助 C>TLINK TEST 产生 TEST.EXE C>TLINK TEST /t 产生 TEST.COM( 可能会报错 ) C>TLINK TEST,,, 或 TLINK TEST /m 生成 TEST.EXE 和 TEST.MAP 注 : 若使用 LINK, 可在命令最后跟一个分号, 以免出现提问 33

34 第四步 : 调试可执行程序 C>DEBUG TEST.EXE 一般先用 U 命令反汇编, 用 P 或 T 命令跟踪单步执行, 找程序的执行错误 第五步 : 在命令行执行可执行程序 DEBUG 调试无错后, 便可在命令行中执行 第八节汇编程序的结构 ( 原版教材第 4 节 ) 1) 程序格式 x86 汇编程序书写时, 分经典格式与简化格式两种 以下程序功能是在屏幕上显示字符串 Hello World 我们以两种格式分别实现 经典格式 (Conventional Segment Directives) 的样板程序 ( 假设程序名为 TEST.ASM) STKSEG SEGMENT STACK DW 32 DUP(0) STKSEG ENDS DATASEG SEGMENT MSG DB Hello World$ DATASEG ENDS CODESEG SEGMENT ASSUME CS:CODESEG,DS:DATASEG,SS:STKSEG MAIN PROC FAR MOV AX,DATASEG MOV DS,AX MOV AH,9 MOV DX,OFFSET MSG INT 21H MOV AX,4C00H INT 21H MAIN ENDP CODESEG ENDS END MAIN substitute 简化格式 (Simplified Segment Directives) 的样板程序 34

35 .MODEL SMALL.STACK 64.DATA MSG DB Hello World$.CODE MAIN PROC FAR MOV MOV DS,AX MOV AH,9 MOV DX,OFFSET MSG INT 21H MOV AX,4C00H INT 21H MAIN ENDP END MAIN 编辑完源程序后, 用以下命令分别汇编和连接 : C>TASM TEST C>TLIKN TEST 即可生成 TEST.EXE 2) 汇编程序的结构 程序由段组成 程序至少必须有一个代码段, 但数据段和栈段可有可无 代码段中可由 0 内战或多个过程 (PROC) 程序最后必须有一条 END 伪指令, 指示汇编器程序代码到此结束 END 后可跟一个标号或过程名, 表示程序的入口地址 (Entry Point), 即程序从何处开始执行 格式 :END [ 过程名 标号名 ] 大多数的简单程序可不写栈段, 此时汇编时会警告 No Stack ( 属正常现象 ) 可根据程序中同时使用的 PUSH 个数, 及子程序调用的深度决定定义的栈段的长度 程序中定义的符号地址 ( 变量 ) 一般应放在数据段中 数据段一般应放在代码段之前 ( 变量先定义后使用 ) 3) 对程序的解释 栈段的定义 : 对经典风格程序, 凡 SEGMENT 后写有组合类型名 STACK 的段便自动成为栈段 由于栈段中的数据一般不通过符号地址访问, 所以栈段中的变量可不必起名 对简化风格, 若未指定栈段大小, 默认栈段大小为 1024 字节 数据段的定义 : 特别注意, 数据段除定义外, 还需在程序中显示地将数据段的段地址存放到 DS 寄存器中 注意写法的不同 : 经典风格 :MOV AX,DATA MOV DS,AX 简化风格 :MOV AX,@DATA MOV DS,AX 之所以需显示地将数据段地址用指令移到 DS 中, 是因为 DOS 在加载一个可执行程序时, 初始时会自动将 DS CS SS 等的值设为程序段前缀的段地址 (PSP,Program Segment Prefix, 是一个 256 字节的重要数据结构, 每个程序都有自己独立的 PSP, 相当于进程标识符 PID,PSP 是在程序加载时由操作系统自动为应用程序建立的 ) 所以需用指令强行将被挪作他用的 DS 指向我们真正的数据段 35

36 最常用的程序结束指令 : 1. 使用 INT 21H MOV AH,4CH MOV AL, 返回码 ; 可选, 可不设返回码 INT 21H ;DOS 系统功能调用相当于 C 语言的函数 exit( 返回码 ) 2. 使用 INT 20H 结束要求 CS 指向 PSP 的段基址, 所以 INT 20H(DOS 中断返回 ) 只能用于 COM 程序的结束或在 DEBUG 所写的指令 若将 INT 20H 用于 EXE 文件必须进行特殊处理, 否则会死机 感兴趣的同学可以查看该连接 3. 程序作为过程被 DOS 调用时, 此时需要在过程开始时将 DS 和 0 压栈, 以便用 ret 指令返回 DOS ( 其实就是 INT 20H 中断做的事情 ) 如 : proname proc far push ds sub ax,ax ;xor ax,ax push ax ret proname endp 代码段中也可不定义过程, 而改用标号 如下 : Start:MOV AX,@DATA MOV DS,AX MOV AH,9 MOV DX,OFFSET MSG INT 21H MOV AX,4C00H INT 21H END Start 对于简化风格, 汇编时会自动产生相应的段名 ( 可参看 LST 文件 ): 栈段的段名为 STACK; 代码段的段名为 _TEXT; 数据段的段名为 _DATA; 36

37 对于某些内存模式 ( 可能生成多个代码段或多个数据段的内存模式 ), 生成的代码段或数据段段名前会自动加程序模块名, 如 TEST_TEXT,TEST_DATA 内存模式 (Memory Model) 及远 / 近指针如果目标地址不在当前段中 ( 地址范围超过 FFFFH), 则目标地址称为远地址 ( 或远指针 ) 跨段称为远, 同一个段中称为近 数据和代码有远近之分 若为近指针, 则只要用 16 位的偏移地址即可表示目标地址, 程序代码短, 执行快 ; 反之, 若为远指针, 则生成的代码长 ( 目标地址需用段 : 偏移表示 ), 执行慢 对于简化模式, 必须用 model 伪指令指出所采用的内存模式 微模式 (tiny): 代码 数据 栈均在同一个段中, 程序总长度小于 字节, 若想生成 COM 文件, 必须选用 tiny 模式 小模式 (small) : 数据占 1 个段, 代码占 1 个段 ;( 最常用的一种模式 ) 紧凑模式 (compact) : 数据占多个段 ( 远数据 ), 但代码只占 1 个段 ; 中模式 (medium): 数据只占 1 个段, 但代码占多个段段 ( 远代码 ); 大模式 (large): 数据和代码均占多个段 ; 巨模式 (huge): 数据和代码均占多个段, 并且静态数组可超过 64K 字节 ( 一个段 ) 平坦式 (flat): Win32 下的内存模式 一般用 small 模式可适合绝大多数情况 过程的远近问题若程序是以 INT 21H 的 4CH 号功能结束, 则过程定义为远近均可 即 MAIN PROC FAR 中的 FAR 可省略 ( 默认为近过程 ) 另外,MAIN 不是保留字 其它解释 INT 21H 的 9 号功能功能 : 显示一字符串输入参数 :AH=9 DS:DX= 欲显示字符串的段地址 : 偏移地址 ( 该串以 $ 结束 ) 返回参数 : 无 第九节指令类型指令分为 ( 真 ) 指令 伪指令 宏指令三种类型 1) ( 真 ) 指令能产生机器码的指令叫 ( 真 ) 指令 一种 CPU 的 ( 真 ) 指令条数是一定的, 如 MOV 等 学习汇编语言, 主要是学习 ( 真 ) 指令 2) 伪指令不能产生机器码的指令, 如 SEGMENT,PROC,DB,END 等 伪指令尽管不能产生机器码, 但却是写汇编程序 (.ASM) 不能少的 伪指令的作用是指示汇编器 (TASM 或 MASM) 如何正确地翻译汇编源程序, 以生成正确的机器码 3) 宏指令宏指令也是一种伪指令, 只是将高级语言的某些特性融入到汇编程序中, 如条件汇编 定义宏 ( 可带输入参数 ) 等 宏指令的目地是为了提高汇编程序的开发效率 第十节数据定义指令 ( 原版教材 65 页 ) 可用 DB DW DD 伪指令分别定义字节类型 字类型 双字类型的变量 一般用法 : 37

38 符号地址 {DB DW DD} {? 初值列表 DUP 表达式 变量名 } 格式 1:? 作用 : 只预留内存空间, 不赋初值 例如 : X DB? Y DW?,?,? 格式 2: 初值列表作用 : 预留内存空间, 并且赋初值 例如 : X DB 2 Y DW 3, A,5 格式 3:DUP 表达式, 即 : 重复次数 DUP ( 初值 ) 作用 : 定义连续多个内存单元 例如 : X DB 20 DUP ( A ) Y DW 100H DUP (?) Z DD 5 DUP (10 DUP (41H,42H), 43H,44H) 格式 4: 变量名符号地址 DW 变量名符号地址 DD 变量名作用 : 如果为 DW, 表示取该变量的偏移地址作为符号地址的初值 ; 如果为 DD, 表示取该变量的段地址和偏移地址作为符号地址的初值 ( 存储格式同中断向量, 即偏移地址在前, 段地址在后 ) 例如 : X DB 2 我们假设 X 的地址为 1234H:5678H Y DW X ( 相当于 Y DW 5678H) Z DD X ( 相当于 Z DD H) 例子, 求 Fibonacci 数 ( 斐波纳契数列 : 一种整数数列, 其中每数等于前面两数之和 ), 例如,1,1,2,3,5,8 (See question 8-4, Page. 137) COUNT EQU 10.model small.data Fib DB 1,1,COUNT dup (?).code MAIN PROC mov ax,@data mov ds,ax ; 求 10 个 Fibonacci 数 MOV CX, COUNT MOV SI,0 ADDNEXT: MOV AL,[Fib+SI] ADD AL,[FIB+SI+1] 38

39 MOV [FIB+SI+2],AL INC SI LOOP ADDNEXT ; 以下为显示 Fibonacci 数的结果 MOV CX, COUNT MOV SI,0 LEA SI,Fib DISPNEXT: MOV AL,[SI] CALL WRITE_AL MOV AH,2 MOV DL,0DH ; 输出 回车 INT 21H MOV DL,0AH ; 输出 换行 INT 21H INC SI LOOP DISPNEXT ; 程序结束 MOV AX,4C00H INT 21H MAIN ENDP WRITE_AL PROC ; 作用 : 以小写显示 AL 中的值, 例如若 AL=2EH, 显示 2e ; 说明 : 本过程不会破坏所有寄存器的原值 PUSH AX PUSH CX PUSH DX PUSHF PUSH AX MOV CL,4 SHR AL,CL ;AL=02H ADD AL,30H ;AL=32H CMP AL,39H JBE L1 ; 小于等于 9 ADD AL,27H ; 若为字母则以小写 ASCII 形式保存 AL L1: MOV DL,AL ;DL=32H MOV AH,2 INT 21H ; 显示 '2' POP AX AND AL,0FH ;AL=0EH ADD AL,30H ;AL=3EH CMP AL,39H JBE L2 ADD AL,27H ;AL=65H L2: MOV DL,AL ;DL=65H 39

40 MOV AH,2 ; 请分析此句是否可不写? INT 21H ; 显示 e POPF POP DX POP CX POP AX RET WRITE_AL ENDP END MAIN 第十一节取得段地址和偏移地址的方法 ( 原版教材第 6 节 ) 一 取偏移地址的方法 : 方法 1:DW 伪指令后跟变量名方法 2: 使用 OFFSET 伪指令格式 :OFFSET 符号地址这是最常用的取偏移方法 例如 : X DB? MOV AX,OFFSET X ( 生成机器码后, 为 MOV AX,0100H 格式 ) 方法 3: 使用 LEA 指令格式 :LEA 寄存器名符号地址例如 : X DB? LEA AX,X ( 取 X 的偏移放到 AX 中, 机器码为 MOV AX,[0100H] 格式 ) 注意 :OFFSET 取的偏移地址为静态的, 在汇编阶段便确定了, 适于单模块程序, 此外 OFFSET 后只能使用简单的符号地址, 而不能使用 [ 基址 + 变址 + 偏移 ] 这种方式 而 LEA 取偏移是动态的, 在运行时刻临时取偏移, 适于多模块连接的程序 用 LEA 取偏移永远不会出错 一般全局变量 : 用 offset 伪指令取偏移 ; 局部变量 : 用 lea 指令 二 取段地址的方法 : 汇编程序中出现的段名, 在生成可执行程序后将变成一个常数 ( 即相对段值, 从 0000, 0001,0002,..), 将来在运行程序时, 段地址的具体值会重新修正 ( 由操作系统根据当时内存使用情况和 EXE 文件头中保存的相对段值临时确定 ) 方法 1:DD 伪指令后跟变量名方法 2: 直接写段名例如 : MOV AX,DATA ( 传统风格 ) MOV AX,@DATA ( 简化风格 ) 方法 3: 使用 SEG 伪指令格式 :SEGMENT 符号地址这是最常用的方法 注意 SEGMENT 后只能跟符号地址 ( 变量名 标号 过程名 ), 不可写段名 因为段名是一个立即数, 不是符号地址 例如 : X DB? MOV AX,SEG X 方法 4: 用 LDS 或 LES 指令格式 : LDS 寄存器名, 双字类型变量名 40

41 LES 寄存器名, 双字类型变量名作用 : 将指定变量处存储的内容作为一个双字看, 前一个字作为偏移值放到指定寄存器中, 后一个字作为段值放到 DS( 对 LDS 指令 ) 或 ES( 对 LES 指令 ) 中 例如 : X DD 0FFFF0005H LDS BX,X ( 执行后 :DS=FFFFH,BX=0005H) MOV AL,[BX] 注意与 LEA 指令的不同,LEA 是取变量本身的偏移量 ( 不是变量处存放的值 ), 而 LDS 和 LES 则是直接取变量处存放的值作为段地址和偏移的值 三 AT ORG 伪指令及 $ 符号 ( 原版教材第 199,200 页 ) 1.AT 伪指令格式 : AT 段地址 (AT 一般写在 SEGMENT 后面 ) 作用 : 强行指定该段的 ( 物理段 ) 段地址 ( 默认情况是, 汇编器汇编时按段的出现顺序, 顺序分配相对段值, 从 0000H 0001H 0002H 等 ) 例如 : INTVECTSEG SEGMENT AT 0000H INTENTRY DD 256 DUP(?) INTVECTSEG ENDS BIOSDATSEG SEGMENT AT 0040H COMADDR DW 4 DUP(?) LPTADDR DW 3 DUP(?) BIOSDATSEG ENDS 2.ORG 伪指令和 $ 符号汇编时, 同一个段都有自己独立的偏移地址计数器, 每个段内部的偏移都从 0 开始顺序分配, 当前的偏移值规定用 $ 符号表示 可用 ORG 伪指令强行改变当前的偏移值 ( 即 $ 的值 ) 用法 :ORG 新偏移值例如 : DATA SEGMENT $=0 -> Var1 DB ABC $=3 -> Var2 DW 1,2 $=7 -> ORG 20 (Var3 与 Var2 之间共有 13 字节的未使用空间 ) $=20 -> Var3 DB XYZ $=23 -> ORG $+5 ( 预留 5 字节空间 ) $=28 -> Var4 DD? $=32 -> DATA ENDS 显然,DATA 段共长 32 字节 第十二节 EQU = 及 LABEL 伪指令一 EQU 伪指令和等号用法 : 符号名 EQU 值符号名 = 值作用 : 为增强程序的可读性和可维护性, 定义一个符号, 代表后面的值 ( 与 C 语言中的 #define 完全等价 ) 用 EQU 定义的符号以后不可再定义, 但用等号定义的符号则可重新定义 EQU 或等号定义的符号不占用任何内存空间 ( 汇编时会将符号出现的地方用值进行替换, 注意与 C 语言中 = 的区别 ), 这与 DB DW DD 完全不同 41

42 例如 : MAX EQU 100 COUNT=10 MOV AX,MAX MOV CX,COUNT MAX EQU 200 ( 出错 ) COUNT=20 ( 正确 ) 又如 :.DATA MSG DB Hello World LENOFMSG EQU $-MSG (LENOFMSG 为 MSG 中包含的字节数 ) ARRAY DW 1,2,5 COUNTOFARRY EQU ($-ARRAY)/2 (COUNTOFARRY 为 ARRAY 中字的个数 ) 二 LABEL 伪指令用法 : 符号 LABEL {BYTE WORD DWORD SHORT NEAR FAR} 作用 : 使同一个内存地址可用不同类型的符号表示, 方便程序设计 用 LABEL 定义的符号不占用任何内存空间 例如 : W LABEL WORD D LABEL DWORD X DB 100 DUP (?) 则以下指令均正确 : MOV AL,X MOV AX,W LDS BX,D 第十三节标志寄存器 ( 原版教材第 17,119 页 ) FLAG 寄存器作用 : 用来存储相关指令的某些执行结果 用来为 CPU 执行相关指令提供行为依据 用来控制 CPU 的相关工作方式寄存器内存放的信息被称作程序状态字 PSW(Programm Status Word) 8086/8088 的标志寄存器 : 一 特殊标志位 1) 中断允许标志 IF:(bit 9) IF=1 表示开放所有外部设备中断 (EI),0 表示禁止外部中断 (DI) 专用于中断服务程序中 2) 陷阱标志 TF:(bit 8) TF=1 表示使 CPU 工作于单步工作方式下, 以便能使用 DEBUG 等调试软件 只有设计 DEBUG 等系统调试软件时才会用到 TF 3) 方向标志 DF:(bit 10) DF=0 表示按地址增加的方向移动字符串 (UP), 否则按地址减小的方向移动字符串 (DN) 只对 MOVSB 等串处理指令有影响 二 与运算相关的标志位注意, 只有运算指令才改变以下标志寄存器的值 42

43 4) 全零标志 ZF:(bit 6) ZF=1 表示本次运算结果为 0(ZR), 否则为非 0(NZ) 5) 符号标志位 SF:(bit 7) SF 即运算结果的符号位 (b7 或 b15) SF=1 表示本次运算结果为负 (NG), 否则为正 (PL) 6) 辅助进位 AF:(bit 4) AF=1 表示本次运算时,b3 向 b4 产生了进位 (AC), 即产生了半字节进位, 否则无半字节进位 (NA) 7) 奇偶标志 PF:(bit 2) PF=1 表示本次运算结果中有偶数个 1(PE), 注意, 不是运算结果为偶数的意思, 否则有奇数个 1(PO) 8) 进位标志 CF(bit 0) 和溢出标志 OF(bit 11) CF=1 在 DEBUG 中表示为 CY,0 表示为 NC OF=1 在 DEBUG 中表示为 OV,0 表示为 NV CF 描述的是无符号数运算结果的状态 ( 当 b7 或 b15 向前产生进位时,CF=1), 而 OF 描述的是有符号数运算结果的状态 一个数既可当作无符号数, 也可当作有符号数看待,CPU 不知道该当做什幺类型的数, 所以 CPU 只能同时将两种情况都反映出来, 只有程序员才知道自己进行的是有符号数还是无符号数运算, 若是无符号数运算, 则只应看 CF; 若是有符号数运算, 则只应看 OF 只有无符号数才存在进位概念, 只有有符号数才存在溢出概念, 同时看 CF 和 OF 没有任何意义 进位是正常现象, 可通过指令将进位找回来 ( 如 ADC SBB 指令等 ); 而溢出是一种错误, 是程序员指令设计不当造成的 ( 目的操作数宽度不够 ), 只有两个同号数相加, 或两个异号数相减少时才可能出现溢出 ( 目的操作数放不下运行结果 ) 若 OF=1 表示有符号数的运算结果有错, 此时目的操作数中的运算结果无任何意义, 并且无法找出正确结果 进位和溢出两者之间无任何联系 例如 : MOV AL,81H ( 无符号数 :129 或有符号数 :-127) ADD AL,0FEH ( 无符号数 :254 或有符号数 :-2 ) 执行后 AL=7FH,CF=1,OF=1 本例 OF=1, 所以若是有符号数运算, 则 AL 中的结果无任何意义 ( 错语 ) 怎样判断 CF? 此时, 均应当作无符号数 : 81H 即 129 FEH 即 254 相加结果为 383, 超过一字节能表示的无符号数范围 (0 ~ 255), 所以 CF=1 怎样判断 OF? 此时, 均应当作有符号数 : 81H 即 -127 ( =127) FEH 即 -2 ( =2) 相加结果为 -129, 超过一字节能表示的有符号数范围 (-128 ~ +127), 所以 OF=1 又如 : MOV AL, 70H ADD AL,0FEH 执行后 AL=6EH,CF=1( =366),OF=0 (+112)+(-2)=(+110) 9) 符号标志 SF:(bit 7) 纪录运算结果的符号, 负为 1, 正为 0 三 与标志位有关的一些指令指令 :CLC 作用 : 使 CF=0 43

44 指令 :STC 作用 : 使 CF=1 指令 :CLD 作用 : 使 DF=0 指令 :STD 作用 : 使 DF=1 指令 :CLI 作用 : 使 IF=0 ( 关中 ) 指令 :STI 作用 : 使 IF=1 ( 开中 ) 指令 :LAHF 作用 : 将 FLAG 的低字节装入到 AH 中 指令 :SAHF 作用 : 将 AH 的值装入到 FLAG 的低字节中 ( 修改 FLAG) 指令 :PUSHF 作用 : 将 FLAG 的值压入栈中 指令 :POPF 作用 : 将栈顶一个字弹到 FLAG 中 ( 修改 FLAG) 四 标志位符号表示例如 : 在 debug 中 -r AX=0000 BX=0000 CX=0000 DX=0000 SP=0000 BP=0000 SI=0000 DI=0000 DS=**** ES=**** SS=**** CS=**** IP=0100 NV UP EI PL NZ NA PO NC NV UP EI PL NZ NA PO NC 都相应标志位的情况, 具体可查下表 : 标志位的符号表示 位 标志符号 标志位名称 标志为 1 标志为 0 0 CF 进位标志 CY NC 2 PF 奇偶标志 PE PO 4 AF 辅助进位标志 AC NA 6 ZF 零标志 ZR NZ 7 SF 符号标志 NG PL 9 IF 中断标志 EI DI 10 DF 方向标志 DN UP 11 OF 溢出标志 OV NV 五 用 DEBUG 观察标志寄存器 MOV AL,81H ADD AL,0FEH ( 用 P 或 T 命令执行 ADD 后 :AL=7FH OV UP EI PL NZ NA PO CY) SUB AL,AL ( 用 P 或 T 命令执行执行 SUB 后 :AL=00H NV UP EI PL ZR NA PE NC) 44

45 第十四节算术运算指令 ( 原版教材第 220 页 ) 一 加法指令格式 : ADD 目, 源 ADC 目, 源解释 :ADC 称为带进位的加法,ADC=ADD+CF 一般使用 ADD 指令 若为多字节加法, 则第一字节应使用 ADD, 以后字节均应使用 ADC 相加, 以便将前次产生的进位加到本次加法中 例如 :DX:AX+BX:CX=>DX:AX, 正确指令为 : ADD AX,CX ADC DX,BX 又如 : X DD , 将 X 加 F000 的指令如下 : 具体操作时要进行内存数据的读写 ADD WORD PTR X,0F000H ADC WORD PTR X+2,0 二 减法指令格式 : SUB 目, 源 SBB 目, 源解释 :SBB 称为带借位的减法, 即 SBB=SUB-CF 一般使用 SUB 指令 若为多字节减法, 则第一字节应使用 SUB, 以后字节均应使用 SBB 相加, 以便将前次产生的借位从本次减法中减去 三 乘法指令格式 : MUL 乘数 ( 用于无符号数的乘法 ) IMUL 乘数 ( 用于有符号数的乘法 ) 解释 : 指令中给出的乘数可以是一个寄存器或内存单元, 乘法指令按所给出的寄存器宽度, 自动到 AL 或 AX 中找另一个乘数 ( 按等宽原则 ) 乘法只能有以下两种模式 : 8 位 *8 位 =16 位 ( 结果自动放于 AX 中 ) 16 位 *16 位 =32 位 ( 结果自动放于 DX:AX 中 ) 例如 :2*30H MOV AL,2 MOV BL,30h MUL BL 结果 AX=60H 又如 :2H*9001H MOV AX,2 MOV BX,9001H MUL BX 结果 DX=0001H,AX=2002H 四 除法指令格式 : DIV 除数 ( 用于无符号数的除法 ) IDIV 除数 ( 用于有符号数的除法 ) 解释 : 指令中给出的除数必须是一个寄存器或内存单元, 除法指令按所给出的寄存器宽度, 自动到 AX 或 DX:AX 中找被除数 ( 倍宽原则 ) 除法只能有以下两种模式 : 16 位 (AX)/8 位 =8 位 ( 商放于 AL, 余数放于 AH) 32 位 ((DX:AX)/16 位 =16 位 ( 商放于 AX 中, 余数放于 DX 中 ) 例如 :32H/3 45

46 MOV AX,32H MOV BL,3 DIV BL 结果 AL=10H,AH=02H 对被除数的倍宽处理 : 对 8/8 或 16/16 的除法, 应先对被除数进行位宽处理 对于无符号数除法, 可直接将 AH( 对 8/8) 或 DX( 对 16/16) 清 0; 但对有符号数, 则应使用 CBW ( 对 8/8) 或 CWD( 对 16/16) 对被除数进行补码的符号扩展, 以保持倍宽后保持被除数的符号不变 格式 :CBW 作用 : 将 AL 的符号位扩展到 AH 的所有位 例如 : MOV AL,92H CBW 执行后 AX= B 格式 :CWD 作用 : 用 AX 的符号位扩展到 DX 的所有位 例如 : MOV AX,9001H CWD 执行后 DX:AX=FFFF9001 H 例如 : 无符号数除法 :101H/2 MOV AX,101H MOV DX,0 MOV BX,2 DIV BX 执行后 AX=0080H,DX=0001H 又如 : 有符号数除法 :0F1H/6 ( 即 -15/6) MOV AL,0F1H CBW ;AX=FFF1H MOV BL,6 IDIV BL 执行后 AH=FDH ( 即 -3),AL=FEH( 即 -2) 第十五节逻辑运算 ( 布尔运算 ) 指令 ( 原版教材第 127 页 ) 一 布尔运算指令 AND 指令 ( 与 )( 类似 C 语言中的 & 运算符 ) 格式 :AND 目, 源作用 : X AND 0=0 X AND 1=X X AND X=X (1)AND 主要用于将目的操作数中的某些位强行清 0( 也叫复位 RESET, 或称为屏蔽 MASK) 凡需清 0 的那些位用 0 去 AND, 保持不变的那些位用 1 去 AND 例如, 设置中断屏蔽寄存器 ( 端口地址为 21H), 开放时钟中断和键盘中断 中断屏蔽寄存器位于中断控制器中, 为一个字节, 其 b0 位对应时钟中断,b1 位对应键盘中断 1= 禁止,0= 允许 ( 在 Windows 中实验有效 ) IN AL,21H AND AL, B OUT 21H,AL 46

47 (2) 请分析下条指令的作用 AND AX,AX JZ L (3) 拼数 OR 指令 ( 或 )( 类似 C 语言中的 运算符 ) 格式 :OR 目, 源作用 : X OR 0=X X OR 1=1 X OR X=X (1)OR 主要用于将目的操作数中的某些位强行置 1( 也叫置位 SET) 凡需置 1 的那些位用 1 去 OR, 保持不变的那些位用 0 去 OR 例如, 设置中断屏蔽寄存器, 禁止时钟中断和键盘中断 ( 在 Windows 中实验有效 ) IN AL,21H OR AL, B OUT 21H,AL (2) 请分析下条指令的作用 OR AX,AX JZ L (3) 拼数 XOR 指令 ( 异或 )( 类似 C 语言中的 ^ 运算符 ) 格式 :OR 目, 源作用 : X XOR 0=X X XOR 1=X 的非 X XOR X=0 (1)XOR 主要用于将目的操作数中的某些位强行置反 ( 翻转 ) 凡需翻转的那些位用 1 去 XOR, 保持不变的那些位用 0 去 XOR 例如, 翻转大写指示灯的状态 键盘状态字节位于 BIOS 数据区 ( 地址 40:17H), 其 b6 位对应大写指示灯的状态 (1= 亮,0= 灭 ), 见原版教材 186 页 ( 本代码只有在 DOS 中才有效 ) MOV AX,40H MOV DS,AX XOR BYTE PTR [17H], B (2) 快速清 0 XOR AX,AX (3) 字符串加密设有明文 X, 我们可选一合适的密钥 K, 则执行 XOR X,K 后,X 将变成密文 若想解密, 只要将密文再与同一个密钥 K 进行一次 XOR, 则可恢复为明文 X (X XOR K)XOR K = X XOR (K XOR K)= X XOR 0 =X 示意性程序 : #define KEY 0x6AH fp1=(file *) fopen( InputFile, r ); fp2=(file *) fopen( OutputFile, w ); while ((c=fgetc(fp1)!=eof) fputc(fp2,c^key); fclose(fp1); fclose(fp2); (4) 在动画程序中,XOR_PUT 写模式可用于擦除前次遗留的画面 47

48 NOT 指令 ( 取反 )( 类似 C 语言中的 ~ 运算符 ) 格式 :NOT 目作用 : 将目的操作数中的所有位均逐位取反 例如,NOT AL 与 XOR AL,0FFH 功能等价 TEST 指令 ( 测试 ) 格式 :TEST 目, 源作用 :TEST 在内部执行时, 模拟一次 AND 操作, 但不真正改变目的操作数的值, 只改变标志寄存器的值, 可用于在不破坏目的操作数原值的情况下进行一些判断 TEST 专用于测试目的操作数中的某些位中是否至少有一位为 1( 等价的说法 : 这些位不全为 0) TEST 是通过截取目的操作数中的相应位来判断的 例如, 若左 Shift 键或右 Shift 键中的任何一个压下, 则跳转至 L MOV AX,40H MOV DS,AX TEST BYTE PTR [17H], B JNZ L 问题 1: 请写逻辑运算指令, 将 AL 中的小写字符变为大写 问题 2: 请写逻辑运算指令, 将 AL 中的大写字符变为小写 二 基本移位指令 左移 ( 类似 C 语言中的 << 运算符 ) 逻辑左移指令 :SHL 目, 移位次数算术左移指令 :SAL 目, 移位次数解释 : 对于左移,SHL 或 SAL 等价 被移掉的最高位将被自动放到 CF 中, 最低位自动用 0 填补 当移位次数大于 1 时, 必须事先将移位次数放于 CL 中 用处举例 : (1) 快速乘法 : 左移 n 位相当于乘以 2 的 n 次方 例如 :AL*10=>AL SHL AL,1;AL*2 MOV BL,AL MOV CL,2 SHL AL,CL ;AL*8 ADD AL,BL ;AL*10 (2) 拼数 右移 ( 类似 C 语言中的 >> 运算符 ) 逻辑右移指令 :SHR 目, 移位次数算术右移指令 :SAR 目, 移位次数解释 : 对于逻辑右移, 被移掉的最低位将被自动放到 CF 中, 最高位自动用 0 填补 对于算术右移, 被移掉的最低位将被自动放到 CF 中, 最高位自动用符号位填充 ( 以保持数的符号不变 ) 逻辑右移适于无符号数除法, 算术右移适于有符号数除法 用处举例 : (1) 快速除法 : 右移 n 位相当于除以 2 的 n 次方 (2) 拼数 逻辑运算指令的综合例子 : 1. 键盘输入两个 16 进制字符, 要求将其合并到 AL 寄存器中 例如, 若输入 2 和 5 两个字符, 则使 AL=25H) 48

49 READ_AL PROC ; 作用 : 键盘读入两个 0-9 之间的字符, 返回在 AL 中 ; 说明 : 本过程不会修改除 AL 以外的其它寄存器的原值 PUSHF PUSH CX PUSH DX MOV DH,AH ; 保存 AH 的原值到 DH 中 MOV AH,1 INT 21H MOV CL,4 SHL AL,CL MOV DL,AL INT 21H AND AL,0FH OR AL,DL MOV AH,DH POP DX POP CX POPF RET READ_AL ENDP ;AH=1: 键盘输入并回显, 键盘输入 2 后 AL=32H ;AL=20H ;DL=20H :AH=1: 键盘输入并回显, 键盘输入 5 后 AL=35H ;AL=05H ;AL=25H ; 恢复刚进入本过程时的 AH 原值 2. 在屏幕上显示 AL 的值 例如若 AL=25H, 则显示 25 WRITE_AL PROC ; 作用 : 显示 AL 中的值 ( 假设在 0-9 之间 ) ; 说明 : 本过程不会破坏所有寄存器的原值 PUSH AX PUSH CX PUSH DX PUSHF PUSH AX MOV CL,4 SHR AL,CL ;AL=02H OR AL,30H ;AL=32H MOV DL,AL ;DL=32H MOV AH,2 INT 21H ; AH=2: 显示 DL 对应字符 2 POP AX AND AL,0FH ;AL=05H OR AL, 30H ;AL=35H MOV DL,AL ;DL=35H MOV AH,2 ; 请分析此句是否可不写? INT 21H ; 显示 5 POPF POP DX POP CX POP AX 49

50 RET WRITE_AL ENDP 第十六节循环指令 ( 原版教材第页 ) 基本的循环指令 LOOP 循环程序一般结构 : MOV CX, 循环次数标号 : 循环体 LOOP 标号解释 : 当 CPU 执行 LOOP 时, 先将 CX 减 1, 然后判断 CX 是否为 0, 若 CX=0 则执行 LOOP 的下一条指令, 否则跳转至指定标号处执行 例如 : MOV CX,5 MOV AH,2 MOV DL, A L: INT 21H LOOP L 分析 : 若 CX 的初值为 0, 则会循环多少次? 为此, 产生了 JCXZ 指令 用法 :JCXZ 标号作用 : 若 CX=0 时则跳至指定标号处执行 JCXZ 应放在循环体之前 LOOPE 或 LOOPZ 指令 ( 相等则循环 ) 用法 : 同 LOOP 解释 :LOOPE 和 LOOPZ 是两个完全相同的指令 其含义是, 当 CX 非 0 并且 ZF 为 1 时则循环 ( 最多循环 CX 次, 当遇到不等时则中止循环 ), 主要用于查找某个缓冲区中的第一个不等于某个值的位置 ( 如第一个非 0 值或第一个非空格等 ) 例如 : 查找字符串 BUFFER 中的第一个非空格 BUFFER DB BYE LEN EQU $-BUFFER MOV CX,LEN ; 循环次数 MOV BX,OFFSET BUFFER DEC BX L: INC BX CMP BYTE PTR [BX],20H ;space 的 ASCII 为 20H LOOPE L CMP CX,0 JNZ FOUND ; 若已退出循环但 CX 不等于 0, 说明已找到显示 未找到 FOUND: 显示 已找到 当然, 我们只使用 LOOP 指令也完全可实现以上逻辑 : MOV CX,LEN L: CMP BYTE PTR [BX],20H JNZ FOUND INC BX LOOP L 50

51 显示 未找到 FOUND: 显示 已找到 LOOPNE 或 LOOPNZ 指令 ( 不相等则循环 ) 用法 : 同 LOOP 解释 : 与 LOOPE 相反 第十七节跳转指令 1. 无条件转移指令 JMP( 原版教材第 114 页 ) 不同类型的 JMP 指令所能胜任的跳转距离不同, 生成的机器码长度不同, 执行的速度也不同 若 JMP 指令中未明确指明跳转类型, 汇编器会根据情况, 灵活决定生成何种类型的跳转指令 ( 尽量短 ) 跳转距离是指 JMP 下一条指令与目标间的距离 ( 跳转距离 = 目标地址 - jmp 下一条指令地址 ) 格式 :JMP [SHORT NEAR FAR WORD DOWRD] PTR 标号 短跳 ( 段内直接跳 ):JMP SHORT 标号解释 : 对应机器码为 2 字节 :EBXX, 其中 XX 为 1Byte 范围内跳转距离 ( 用补码表示 ), 跳转距离不能超过 -128~+127 字节范围 例如 : JMP SHORT L ; 生成的机器码为 EB03H MOV AX,0 ; 该指令为 3 字节长 L: 近跳 ( 段内直接跳 ):JMP NEAR PTR 标号 ( 最常用 ) 解释 : 对应机器码为 3 字节 :E9XXXX, 其中 XXXX 为 2Byte 范围内跳转距离 ( 用补码表示 ), 跳转范围显然在 ~ 字节之间 例如 :L:JMP NEAR PTR L; 生成的机器码为 E9FDFFH (FFFD 为 -3 的补码 ) 远跳 ( 段间直接跳 ):JMP FAR PTR 标号 ( 很少用 ) 解释 : 对应机器码为 5 字节了 :EAX1X2X3X4Y1Y2Y3Y4, 其中 X3X4X1X2 为目标偏移,Y3Y4Y1Y2 为目标段地址, 显然可跨段跳转 近跳 ( 段内间接跳 ):JMP WORD PTR 字类型变量 ( 很少用 ) 解释 : 将指定变量处存放的一个字作为目标 IP 的值,CS 不变 例如 : VAR DW 1234H JMP WORD PTR VAR 将跳转至 CS:1234H 处执行 远跳 ( 段间间接跳 ):JMP DWORD PTR 双字类型变量 ( 常用 ) 解释 : 将指定变量处存放的值作为双字看, 其中前一个字 ( 低地址 ) 作为目标 IP 的值, 后一个字 ( 高地址 ) 作为目标 CS 例如 : BOOTENTRY DD 0FFFF0000H JMP DWORD PTR BOOTENTRY 将跳转至 FFFF:0000H 处执行又例如 : mov ax,0123h mov ds:[0],ax 00h 3 51

52 mov word ptr ds:[2],0 jmp dword ptr ds:[0] 将跳转至 0000:0123H 处执行 00h 01h 23h 条件转移指令 Jx ( 原版教材 120 页 ) 格式 : CMP 目, 源 ( 有时也可不用 CMP 指令 ) Jx 标号解释 :CMP 指令在内部模拟一次 SUB 运算, 只改变标志寄存器的值, 但不改变目的操作数的值, 所以可作为后继 Jx 指令的判断条件 注意 : 所有的条件转移指令均固定为 SHORT 跳 ( 跳转距离小于 1Byte) 若跳转距离超过- 128~+127 字节范围, 必须用适当的 JMP 指令进行中间接力, 否则会报错 Jmp out of rang 例如 : 若 AX 中的运算结果为 0, 则跳至 L CMP AX,0 JZ L L: 若范围超出 +128 字节, 可改为 CMP AX,0 JNZ TMP JMP L TMP: L: (1) 相等的比较 (JZ) 相等的比较 : 使用 JZ 或 JE 指令 不相等的比较 : 使用 JNZ 或 JNE 指令这些指令判断的依据是 ZF 标志位 例如, CMP AX,5 JZ L CMP AX,BX JNZ L (2) 无符号数高低的比较 (JA 和 JB) 高于等于的判断 : 使用 JAE 或 JNB 指令 ( 高于等于或不低于 ) 低于的判断 : 使用 JB 或 JC 或 JNAE 指令 ( 低于或不高于等于 ) 这些指令判断的依据是 CF 标志位 若目的操作数比源操作数低, 则 CMP 相减时必然产生进位 (CF=1), 所以 JC 与 JB 是完全相同的指令 低于等于的判断 : 使用 JBE 或 JNA 指令 ( 低于等于或不高于 ) 测试条件 :CFVZF=1 高于的判断 : 使用 JA 或 JNBE 指令 ( 高于或不低于等于 ) 测试条件 :CFVZF=0 例如 : 若 AX 高于 0, 则跳至 L CMP AX,0 JA L (3) 有符号数大小的比较 (JG 和 JL) 大于的判断 : 使用 JG 或 JNLE 指令 ( 大于或不小于等于 ) 大于等于的判断 : 使用 JGE 或 JNL 指令 小于的判断 : 使用 JL 或 JNGE 指令 52

53 小于等于的判断 : 使用 JLE 或 JNG 指令这些指令判断的依据比较复杂, 此略 例如 : 若 AX 为正数, 则跳至 L CMP AX,0 JG L 问题 : 下列指令 JB 和 JL 哪个条件能满足? MOV AL,-1 CMP AL,0 JB L1 JL L2 (4)JC/JNC 指令 JC L 的作用是 :IF CF=1,THEN JMP L (5)JS/JNS 指令 JS L 的作用是 :IF SF=1,THEN JMP L 可用于判断数的正负 例如 : 若 AX 为负数, 则跳至 L CMP AX,0 JS L (6)JP/JNP 指令 : 判断 PF 是否为 1 (7)JO/JNO 指令 : 判断 OF 是否为 1 综合例子 : 在屏幕上以小写形式显示 AL 的值 例如若 AL=2EH, 则显示 2e WRITE_AL PROC ; 作用 : 以小写显示 AL 中的值 ; 说明 : 本过程不会破坏所有寄存器的原值 PUSH AX PUSH CX PUSH DX PUSHF PUSH AX MOV CL,4 SHR AL,CL ; 取 AL 的高四位, 得 AL=02H ADD AL,30H ; 得 2 的 ASCII 码 32H CMP AL,39H ; 判断数字是否在 0~9 以内 JBE L1 ; 若在数 0~9 内则跳转到 L1 处 ADD AL,27H ; 若在数 A~F 内则修正, 使其得到 a~f 的 ASCII 码 L1: MOV DL,AL ;DL=32H MOV AH,2 INT 21H ; 显示 2 POP AX AND AL,0FH ;AL=0EH ADD AL,30H ;AL=3EH CMP AL,39H JBE L2 ADD AL,27H ;AL=65H L2: MOV DL,AL ;DL=65H MOV AH,2 ; 请分析此句是否可不写? INT 21H ; 显示 e 53

54 POPF POP DX POP CX POP AX RET WRITE_AL ENDP 第十八节子程序指令 call 指令 call [far word dword ptr] 标号 寄存器 内存单元执行 call 指令时主要进行以下步骤 : 1) 压栈段内 push (IP); 段间 push (CS) push (IP) 2) 转移类似跳转指令, 更改 IP( 段内跳转 ) 或 IP 和 CS( 段间跳转 ) 的值, 实现转移 ; 说明 : 用 call 指令没有短跳转, 实现段内转移时的位移量为 2B( 近跳转 ) ret 指令 pop IP ret n 指令 pop IP pop CS add SP,n 说明 : 利用栈进行参数传递时, 调用程序要向栈压入参数, 子程序在返回时可用该指令修正栈指针调用前位置 当标号为过程名时, 跳转类型由过程属性决定, 当过程为 near 时, 为段内跳转 ; 过程为 far 时, 为段间跳转 如 : main proc far call sub1 ;call 为近转移 ret ;ret 为远转移 main endp sub1 proc near ret ;ret 为近转移 sub1 endp 强制远转移返回指令 retf 指令 pop IP pop CS 第十九节中断指令 int 中断指令格式 :INT 中断类型号 ( 不写默认为 3h 断点中断 ) 执行 : push FLAGS/EFLAGS IF 0 TF 0 Push CS Push IP 54

55 (IP) 中断类型号 4 (CS) 中断类型号 4+2 into 溢出中断中断号为 4 的溢出中断, 响应过程同上 iret/iretd 中断返回指令格式 :iret/iretd 执行 : pop IP/EIP pop CS pop FLAGS/EFLAGS 第二十节 串处理指令 ( 原版教材 203 页 ) 8086 CPU 提供了一些高效的串指令, 主要包括 : 指令 作用 隐含使用的寄存器 字节操作符 字操作符 MOVS 移动字符串 DS:SI->ES:DI MOVSB MOVSW LODS 装载字符串 DS:SI->AL( 或 AX) LODSB LODSW STOS 存储字符串 AL( 或 AX)->ES:DI STOSB STOSW CMPS 比较字符串 DS:SI==ES:DI CMPSB CMPSW SCAS 搜索字符串 AL( 或 AX)==ES:DI SCASB SCASW 说明 : 所有的串处理指令都用 DF 标志位决定字符串移动 ( 或存储 ) 的方向, 在使用串指令前应使用 CLD 或 STD 指令设置 DF 的值, 默认 DF=0( 地址增加方向 ) CLD 指令 : 使 DF=0, 此时, 将按地址增加的方向移动 ( 或存储 ) 字符串 STD 指令 : 使 DF=1, 此时, 将按地址减少的方向移动 ( 或存储 ) 字符串 所有涉及 SI 的串指令在执行后, 会自动将 SI 加 1( 对字符串操作 ) 或 2( 对字操作 ); 类似地, 所有涉及 DI 的串指令在执行后, 会自动将 DI 加 1( 对字符串操作 ) 或 2( 对字操作 ) 因此需注意, 当执行完这些串指令后,SI 或 DI 并不指向最后处理的一个字节 ( 或字 ), 而是其下一个字节 ( 或字 ) 串指令前可使用以下前缀 : REP: 重复执行该指令, 共 CX 次 REPE( 或 REPZ): 重复执行该指令, 最多 CX 次, 当 ZF=0( 即不等时 ) 时则中止执行 用于 CMPS 和 SCAS 指令 ( 搜索某个不等于某数的值 ) REPNE( 或 REPNZ): 与 REPE 相反 例如 :.model small.data buffe1 db Hello World len equ $-buffer1 buffer2 db len dup (?).code start: mov ax,@data mov ds,ax mov es,ax lea si,buffer1 lea di,buffer2 mov cx,len 55

56 cld rep movsb mov ax,4c00h int 21h end start 以下是关于命令行参数的例子 : 命令行参数位于程序段前缀 PSP 偏移量 80H 处开始的地方, 其中,PSP:80H 处存放的是命令行字符个数 ( 不含回车 0DH),PSP:81H 开始存放的是具体的命令行字符 ( 以 0DH) 结束 例如, 假设程序 READFILE 带参数 ABC 运行, 即 C>READFILE ABC 则 PSP:80H 处的内容应是 D, 在纯 DOS 环境中, 以及 Win2K 的 DEBUG 环境中, 空格均不会被去掉, 并且计入命令行字符个数中 ( 就像我们上课讲的那样 ) 但在 Win2K 内部所提供的命令行提示符下, 命令行字符的所有前导空格均会被自动删除, 即 PSP:80H 处的内容是 D 有些同学在 Win2K 内的命令行中, 若以 C>READFILE ABC 运行不能打开文件 ABC, 但在 DEBUG 中却能打开文件 ABC 其原因如上 其实, 设计好的程序, 不应直接到 PSP:82H 处取字符, 而应该能自动跳过前导空格, 这样设计的程序就不会出现以上那种在不同环境中运行结果不一样的情况 如下, 是很好的代码 :.CODE XOR CX,CX ;DS=ES=Segment of PSP MOV CL,ES:[80h] MOV DI,81H MOV AL,20H CLD REP SCASB ;Skip the initial space DEC DI ;let DI point to the first non-space char 其中 REP SCASB 是在 ES:DI 中自动搜索等于 AL 的字符, 最多搜索 CX 次, 当找到时便停止 由于 SCASB 每搜索一个字符都会自动将 DI 加 1( 字节操作 ), 所以最后应将 DI 倒回去 1 个字符 不用 SCASB 的代码如下 :.CODE MOV DI,80H SPACE: INC DI CMP BYTE PTR ES:[DI],20H JZ SPACE 以上执行完后 DI 均指向首个非空字符 另外注意, 最好按 ALT+ENTER 键将命令行窗口切换成全屏幕方式, 否则有些信息可能不能正常显示 56

57 第三部分 专题知识 第二十一节 COM 程序 ( 原版教材 108 页 ) 常用的两种可执行程序 一 EXE 程序优点 : 程序大小没有限制, 是可执行程序的主流形式 缺点 : 由于 EXE 文件中包括重定位项 ( 程序中出现的所有段值需在运行时刻由操作系统根据当时内存使用情况临时修正 ), 所以 EXE 程序的启动速度较慢 另外, 每个 EXE 文件的最前部都包含一个 512 字节的文件头 ( 其中包含需修正的重定位项的位置, 以及 IP SP 等寄存器的初值 ), 所以 EXE 文件不可能小于 512 字节 EXE 文件组成 : 文件头 (512B) 可重定位程序的映像 EXE 程序初始时各寄存器的初值 : CS= 代码段的段地址,DS=ES= 程序段前缀 (PSP) 的段地址,SS= 栈段的段地址,SP= 栈段长度,IP= 程序入口地址 ( 由 END XX 决定 ) 二 COM 程序优点 : 程序长度可很短 ( 大于 0 字节 ) 另外,COM 程序中不包含任何需重定位的项, 从磁盘调入内存后可立即执行, 启动速度很快 缺点 : 不具代表性, 属可执行程序的特殊形式 COM 文件的最大长度不能超过一个段 COM 程序初始时各寄存器的初值 : CS=DS=SS=ES=PSP,IP=100H,SP=FFFEH 总结 : 1. 对于.com 格式的可执行文件, 加载后未执行前的寄存器状态 : CS = DS = ES = SS = PSP 的段地址 IP = 0100H SP = FFFEH AX 与 FCB 相关其他未定义 2. 对于.exe 格式的可执行文件, 加载后未执行前的寄存器状态 : DS = ES = PSP 的段地址 CS:IP =.exe 头中指出的执行开始位置 ( 经过重定位 ) SS:SP =.exe 头中指出的栈段和栈指针 ( 经过重定位 ) AX 与 FCB 相关其他未定义 建立 COM 程序的特殊要求 : 内存模型 (.MODEL) 只能为 tiny 或 small 两者之一 57

58 程序中只能定义一个段, 即代码段 程序中不能定义独立的数据段和栈段 程序必须从 CS:100H 处开始执行 ( 通过在第一条可执行指令前写 ORG 100H 伪指令来保证 ), 并且在 CS:100H 之前不能有任何数据 程序最大长度不能超过 字节 程序中不能出现需重定位的段 ( 即程序中不能出现段名 ) 程序除可用 INT 21H 的 AH=4CH 号功能结束外, 还可以 INT 20H 结束 生成 COM 时, 若用 TLINK 连接, 需带 /t 开关 也可先生成 EXE, 然后用 EXE2BIN.EXE 程序, 将 EXE 转换成 COM 程序 例如 : TASM TEST TLINK TEST /t 或 TLINK TEST EXE2BIN TEST.EXE TEST.COM 显示字符串的 COM 程序例子 : 1. 经典风格 CODE SEGMENT ASSUME CS:CODE, DS:CODE ORG 100H START: JMP L MSG DB HELLO$ L: MOV AX,CS ; 这两句可不写 MOV DS,AX LEA DX,MSG MOV AH,9 INT 21H INT 20H CODE ENDS END START 2. 简化风格.MODEL TINY.CODE ORG 100H START: JMP L MSG DB HELLO$ L: MOV AX,CS MOV DS,AX LEA DX,MSG MOV AH,9 INT 21H MOV AH,4CH INT 21H END START ; 这两句可不写 三 BIN 程序 58

59 扩展名为 BIN 的程序主要用于 DOS 下的设备驱动程序, 其书写要求, 除程序入口地址在 CS:0 或 CS:100H 均可外, 其余与 COM 相同 第二十二节文件读写 ( 原版教材 304 页 ) 文件读写有两种方式 : 句柄方式 (handle) 和文件控制块方式 (FCB) 句柄方式使用的是 INT 21H 的 AH=3CH 至 42H 号功能, 是推荐使用的方式 文件控制块方式使用的是 INT 21H 的 AH=0FH 至 28H 号功能, 是推荐淘汰的方式 以下只介绍以句柄方式读写文件的 INT 21H 调用 : AH=3CH 号功能 : 建立一个新文件, 对应标准 C 函数 int creat( const char *filename, int mode ); AH=3DH 号功能 : 打开一个已有文件, 对应标准 C 函数 FILE *fopen( const char *filename, const char *mode ); AH=3EH 号功能 : 关闭一个文件, 对应标准 C 函数 int fclose( FILE *stream ); AH=3FH 号功能 : 读文件或设备, 对应标准 C 函数 size_t fread( void *buffer, size_t size, size_t count, FILE *stream ); AH=40H 号功能 : 写文件或设备, 对应标准 C 函数 size_t fwrite( void *buffer, size_t size, size_t count, FILE *stream ); AH=42H 号功能 : 移动文件指针, 对应标准 C 函数 int fseek( FILE *stream, long offset, int origin ); 读写文件的一般过程如下 : (1) 以 ASCII 字符串给出路径和文件名 ( 文件名需以 0H 结束 ); (2) 用 3C 号 ( 新建 ) 或 3DH( 已有文件 ) 功能打开文件 这一步骤输入的是文件名, 返回的是文件句柄 以后的操作将使用该文件句柄 (3)( 若需要 ) 用 42H 号功能将文件指针设置到合适位置 ; (4) 用 3FH 号 ( 读 ) 或 40H 号 ( 写 ) 读写文件内容 ; (5) 用 3EH 号功能关闭文件 执行以上任何一个功能时, 若出错 ( 如文件找不到, 文件指针移动超界 读写文件出错等 ), 都会自动设置 CF=1 所以执行每个功能后, 都应使用 JC 指令判断本步操作是否出错 涉及的一些概念 : 文件句柄 (handle): 一个 16 位数, 代表一个已打开的文件, 相当于标准 C 函数的 FILE *stram 规定前 5 个句柄为系统保留, 其中 0 代表 stdin( 标准输入设备, 即键盘 ),1 代表 stdout( 标准输出设备, 一般为屏幕 ),2 代表 stderr( 标准出错输出设备, 即屏幕 ),3 代表 stdaux( 标准辅助设备, 即串行口 ),4 代表 stdprn( 标准打印设备, 即并行口 ) 文件存取模式 (acess mode):0=read only,1=write only,2=read/write 文件指针 (file pointer): 每个已打开的文件, 其内部都有一个文件指针, 代表当前的读写位置, 初始时位置为 0 移动文件指针时, 所给出的移动距离, 有相对于文件首 (SEEK_SET) 相对于当前位置 (SEEK_CUR) 相对于文件尾 (SEEK_END) 之分 例子 : 创建文件.model small.data filename DB 'f:\wdq.asm',00 handle DW? inf DB 'Fault!',0dh,0ah,'$'.code 59

60 START: ERROR: MOV MOV DS,AX LEA DX,filename MOV CX,0 MOV AH,3CH INT 21H JC ERROR MOV handle,ax MOV AX,4C00H INT 21h LEA DX,inf MOV AH,9 INT 21H MOV AX,4C00H INT 21h END START 第二十三节端口 (port)( 原版教材 394 页 ) 一 端口的概念端口是一种设备, 用于连接 CPU 与其它部件 计算机中, 除了 CPU 芯片外, 还有许多其它芯片, 这些外围芯片中也包含很多寄存器, 外围芯片中的寄存器便称为端口 CPU 通过读写这些端口来控制各种设备的工作 为了能使 CPU 访问这些端口, 必须对这些端口进行编号, 称为端口号或输入输出端口地址 ( 称为 I/O Base 或 I/O Port) 在 PC 只用了 10 位地址线 (A0-A9) 对端口地址进行译码, 故端口的寻址范围为 0H-3FFH, 共有 1024 个 I/O 地址 这 1024 个地址中前半段 (A9=0, 范围为 0H-FFH) 是属于主机板 I/O 译码, 后半段 (A9=1, 范围为 100H-3FFH) 则是用来扩展插槽上的 I/O 译码用 在 PC 机中,I/O 地址与内存地址都是从 0 开始分别编址, 但访问端口只能通过 IN/OUT 指令进行, 所以通过指令就可区分使用的是 I/O 地址, 还是内存地址 以下是一些常用的端口号 : 21H 中断屏蔽寄存器 (IMR) 60H 键盘扫描码读入端口 61H 扬声器控制 (Bit 0 and 1) 70-71H CMOS RAM 端口 3F8-3FFH COM1 串行口 2F8-2FFH COM2 串行口 3E8-2EFH COM3 串行口 2E8-2EFH COM4 串行口 FH LPT1 并行口 3BC-3BFH LPT2 并行口 FH LPT3 并行口 3C0-3CF VGA 显示卡 二 有关端口读写的指令 1. 读指令 :IN 寄存器, 端口号 ; 从端口读数据 2. 写指令 :OUT 端口号, 寄存器 ; 向端口写数据规定 1: 寄存器只能为 AL( 读写 1 个字节 ) 或 AX( 读写 1 个字 ) 规定 2: 若端口号能用 1 字节表示 (00-FFH), 可在指令中直接给出, 但若为 1 个字 (100H- 3FFH), 则必须事先将端口号放到 DX 寄存器中 60

61 例如, 从 3F8H 号端口读入 1 个字节 : MOV DX,3F8H IN AL,DX 三 地址口和数据口有些设备上的端口较多, 但 PC 机只能为这些设备预留有限数量的端口 例如系统只为 VGA 显示卡分配了 3C0-3CFH 共 10 个口地址, 但实际的 VGA 显示卡内部有 50 多个端口, 随着显示卡功能的增强, 显示卡内部随时可能增加更多的端口 如何通过有限个端口地址来访问所有这些端口, 便成为一个问题 解决方案是, 在系统中, 为每个设备分配一个地址口和数据口, 然后将同一个设备内部的所有寄存器进行编号 ( 从 0 开始, 称为索引 ), 访问时, 只要先将要访问的寄存器的内部编号 ( 即数据的地址 ) 放到该设备对应的地址口中, 然后通过该设备的数据口所读写的数据便是相应寄存器中的内容 通过这种方法, 实际上一个设备只要在系统中占用地址口和数据口这两个口地址, 就可通过这两个端口访问该设备内部的所有端口 地址口 : 也叫索引口, 存放要访问的寄存器的内部编号 数据口 : 通过该端口读写索引口中指定的寄存器 状态口 : 反映设备的工作状态, 从访问方法看, 状态口也可作为数据口对待 各设备在系统中所占用的地址口和数据口, 请查 PC 机硬件资料 至于各设备内部的寄存器编号, 请查该设备的硬件编程资料 以下是 CMOS RAM 读写的例子 : CMOS RAM 用于保存计算机的硬件配置和系统设置等重要数据, 目前 PC 机中的 CMOS RAM 一般为 64 字节或 128 字节 CMOS RAM 实际上是一种端口, 要读写 CMOS RAM 中的内容, 必须用 I/O 指令 在 PC 机中,CMOS RAM 只占用 70H( 地址口 ) 和 71H( 数据口 ) 两个口地址, 但 CMOS RAM 中有 64 个 ( 或 128 个 ) 寄存器, 索引从 00-3FH( 或 7FH) 例如, 读 CMOS RAM 中的第 19H 字节到 AL 中 : MOV AL,19H OUT 70,AL IN AL,71H 将 1FH 写入 CMOS RAM 中的第 19H 字节中 ( 请不要在 PC 机上进行此实验 ): MOV AL,19H OUT 70,AL MOV AL,1FH OUT 71H,AL 四 DEBUG 有关读写端口的命令 (1) 读端口的命令 : 用法 :I port 例如 :-I 60 显示 1C (2) 写端口的命令 : 用法 :O port value 例如 :-O 21 1 第二十四节硬中断一 中断的类型计算机中的中断根据信号产生的来源可分为 : 硬件中断和软件中断 硬件中断多由外围设备和计算机系统控制器触发, 软件中断一般由软件命令产生 ( 程序中写的 INT 指令 ) 在硬件中断中又有 可屏蔽中断 (INTR) 和 不可屏蔽中断 (NMI) 之分 顾名思义, 可屏蔽中断可以由计算机根据系统的需要来决定是否进行接收处理或是延后处理 ( 即屏蔽 ); 而 61

62 不可屏蔽中断便是直接激活相应的中断处理程序, 它不能也不会被延误 ( 如内存出错 掉电等 ), 我们常说的 IRQ 中断就是可屏蔽的硬件中断 二 中断的执行过程当有中断发生时,CPU 在内部执行如下动作 : 将当前的标志寄存器压栈 (PUASHF); 清除标志寄存器中的陷阱标志位 TF( 禁止 CPU 工作于单步模式 ) 和中断允许位 IF ( 禁止 CPU 响应其它 IRQ 中断 ); 将主程序中当前的 CS 和 IP 压栈 ; 到中断向量表 (0: 中断号 *4) 中取该相应中断服务程序的入口地址 ( 前一个字作为目标 IP, 后一个字作为目标 CS), 然后跳转到中断服务程序中执行 对应 IRQ 中断, 中断服务程序一般是到该 IRQ 设备对应的端口中读写数据, 进行合适的处理, 以达到控制硬件工作的目的 中断服务程序内部必须以 IRET 结束 (IRET=RETF+POPF), 执行 IRET 后,CPU 便能返回到主程序中继续后续指令 三 IRQ 中断 ( 外设中断 ) IRQ 表示 Interrupt Request, 即 中断请求 的意思 当外部设备需要 CPU 为其服务时, 外设便通过相应的 IRQ 中断请求线向 CPU 提出中断请求 此时, 若 CPU 响应该请求 ( 可通过 cli/sti 指令设置 ), 则 CPU 便执行相应的中断服务程序, 读写相应的外设端口, 为该外设服务 在 PC 机中, 所有 IRQ 请求线均接在中断控制器 Intel 8259A 上, 而 8259 的 INT 引脚与 8086CPU 的中断请求引脚 INTR 相连 所以, 所有的 IRQ 中断均需通过 8259 来控制 在 PC 机中, 共有两片 8259 芯片, 主片 8259 通过 IRQ2 引脚与从片 8259 的 IRQ9 引脚相连 每片 8259 可接 8 个外设 IRQ 线, 由于主片和从片级连共占去 1 个引脚, 所以实际只能接 15 个外设中断请求 62

63 中断优先级 : 63

64 8259 控制的外部中断优先级可通过编程设置 ( 中断命令寄存器 端口 20H) 中断编号 : 在 PC 机中, 由 8259A 管理的 16 级中断均有规定的中断向量存储地址, 主片中 IRQ0-IRQ7 分别对应 INT 08H-0FH, 从片中 IRQ8-IRQ15 分别对应 INT 70H- 77H 这些中断均属硬中断 中断控制寄存器 (ICR) 和中断屏蔽寄存器 (IMR): 主片的中断控制寄存器 ICR 和中断屏蔽寄存器 IMR 的口地址分别为 20H 和 21H, 从片的相应寄存器口地址分别为 A0H 和 A1H 通过 ICR 可对中断控制器进行一些控制 ( 详见 附件 11 Intel 8259 简介 ) 通过 IMR 可控制中断控制器是禁止或开放来自某个 IRQ 的中断请求 (0=Enable,1=Disable) 四 IRQ 号的配置原则 IRQ 号 端口地址 DMA 通道号和硬件占用的内存地址是 4 种重要的硬件资源 在 PC 机中, 一般任何两个外设不能在同一时刻占用同一个 IRQ 号, 或相同的 I/O 地址, 或 DMA 通道号, 也不可共享内存地址, 否则相应设备便不能正常工作 此时, 可找出未用的那些 IRQ 号分配给冲突的设备 当前的 PC 机一般都具有 Plug and Play, 能自动为外设分配合适的 IRQ 号 若仍出现冲突, 只能手动设置 在 Windows 中, 在 控制面板 / 系统 / 设备管理器 / 硬件 中, 在 查看 菜单中选 依连接查看硬件资源 可显示该计算机的以上 4 种硬件资源占用情况 关于 IRQ 中断能否共享问题, 若中断控制设为边沿触发 (edge trigger), 则不能共享 ; 若为电平触发 (level trigger), 则可共享 在目前的 PC 机中, 使用 ISA 总线的外设不能共享 IRQ, 但使用 PCI 总线的外设可共享 IRQ 由于 PC 机中,ISA 和 PCI 设备混用, 所以一般应按不能共享的原则设置 五 编写 IRQ 中断服务程序的一些原则进入中断服务程序前,CPU 已自动将标志寄存器中的中断允许位 IF 清 0, 以防本中断程序执行时被高优先级的 IRQ 中断所打断 如果希望在执行低优先级的中断服务程序时,CPU 64

65 仍能响应高优先级的 IRQ 中断, 则应在中断服务程序开始时, 通过 STI 指令使 CPU 能响应其它 IRQ 中断 (STI 开中断,CLI 关中断 ) 注 :CLI/STI 指令是告诉 CPU 是否响应来自中断控制器的 IRQ 中断请求 (CLI/STI 只有写在 IRQ 中断程序中才有用, 而且只影响 IRQ 中断, 对软中断无效 ), 而中断屏蔽寄存器则是控制中断控制器 8259 本身 一个 IRQ 中断要被 CPU 响应, 首先要过 8259 的 IMR 一关, 然后再过 CLI/STI 一关 中断程序最后必须用 IRET 结束 而且在 IRET 结束前, 应向 ICR( 端口号为 20H 或 A0H) 发送中断结束控制字 EOI( 其代码为 20H), 以便告诉 8259, 本次中断响应已结束,8259 便可响应下一个中断 中断程序内部不允许调用那些不可重入的中断 操作系统中断 ( 中断号在 INT 20H 及以上 ) 均属不可重入的中断 如果想在中断程序内部进行某些输入输出处理, 只能使用 BIOS 中断 (INT 20H 以下 ) 或直接对硬件端口编程 例如, 显示可使用 INT 10H 的 AH=0EH 号功能, 键盘输入可使用 INT 16H 的 AH=00H 号功能, 读写磁盘只能使用 INT 13H 的 AH=02/03H 号功能等 该原则适于编写所有的中断服务程序, 不仅仅是对编写 IRQ 中断服务程序的要求 中断程序的执行时间应尽量短 六 时钟中断 (INT 8 和 INT 1CH) 时钟中断 IRQ0 由定时器 Intel 8253 芯片所自动触发 在 PC 机中,BIOS 在启动时已将定时器 (Intel 8253) 初始化为每秒钟自动产生 18.2 次时钟中断 ( 即 INT 8), 即每 55ms 产生一次 INT 8 INT 8 中断程序内部的主要工作流程如下 : 修改位于 ROM 数据区 40:6CH 处的一个双字 ( 当前时间计数值 ); 若软驱空闲时间较长, 自动关闭软驱马达 ; INT 1CH IRET INT 1CH 主要是保留给用户编写自己的定时服务程序使用 所以我们可编写 INT 1CH 中断程序来做我们自己的定时事情 实验 1: 查看当前计时值 -D 40:6C ( 当前计时值 ) -D 40:6C( 此值在不断增加 ) -o 21 1 ( 禁止时钟中断 ) -D 40:6C( 当前值 ) -D 40:6C( 计时不动了 ) -o 21 0 ( 允许时钟中断 ) -D 40:6C( 当前值 ) -D 40:6C( 值又开始增加 ) 实验 2: 编写最简单的 INT 1CH 程序, 使每秒显示 18.2 个 A ( 可在 Windows 中实验 ) -A 200 XXYY:0200 MOV AX,E41 XXYY:0203 INT 10 XXYY:0205 IRET XXYY:0206 -E 0: YY XX 屏幕上立即开始每秒显示 18.2 个 A 其中 0:70H 是 INT 1CH 中断服务程序入口地址在中断向量表中的保存位置 (1CH*4=70H) -O21 1 ( 禁止时钟中断, 会立即停止显示 ) -O21 0 ( 开放时钟中断, 会立即开始显示 ) 实验 3: 对定时器 Intel 8253 编程, 使每秒显示 72.8 个 A ( 可在 Windows 下实验 ) 65

66 -A200 XXYY:0200 MOV AX,E41 XXYY:0203 INT 10 XXYY:0205 IRET XXYY:0206 -A100 XXYY:0100 MOV AL,36 设置计数器 0 XXYY:0102 OUT 43,AL XXYY:0104 MOV AL,00 计数值低字节 XXYY:0106 OUT 40,AL XXYY:0108 MOV AL,40 计数值高字节 XXYY:010A OUT 40,AL XXYY:010C -P= E0: YY XX 屏幕上立即开始每秒显示 72.8 个 A 实验 4: 用定时器产生 之间的随机数 -A100 XXYY:0100 MOV AL,36 设置计数器 0 XXYY:0102 OUT 43,AL XXYY:0104 IN AL,40H ; 读入低字节 XXYY:0106 MOV AH,AL XXYY:0108 IN AL,40H ; 读入高字节 XXYY:0109 XCHG AL,AH; ;AX= 当前计数值 -P= P=100 6 从 40H 读入的为计数器 0 的当前计数值 ( 初置为 FFFFH), 以每秒 1.19M 次的速度递减, 至 0 后重新置为 FFFFH 实验 5: 音乐程序 ( 见附件 12:SETINT1C.ASM, 可在 Windows 中运行 ) 七 键盘中断 (INT 9) 每当有击键动作, 键盘控制器 Intel 8042 便向中断控制器提出 IRQ1 中断申请, 进而触发 CPU 执行 INT 9 中断程序, 处理按键 INT 9 主要作用是, 读 60H 号端口, 取得击键盘对应的键盘扫描码, 然后查内部表得到键盘扫描码所对应的 ASCII 码, 然后将键盘扫描码和 ASCII 码一同送入键盘缓冲区中 ( 位于 ROM 数据区 40:1E-3EH 处, 是一个 32 字节的循环队列 ), 并修改队列的首尾指针 以后其它程序便可通过调用 INT 16H 读写键盘缓冲区中的键盘扫描码和 ASCII 码 (INT 21 内部需调用 INT 16H 读键盘 ) 实验 ( 在 Windows 中实验均有效 ): -I60 显示 1C, 为回车键对应的扫描码 -D40:1A 显示键盘缓冲区中的内容, 其中 1A 和 1CH 处的字分别为头 / 尾指针 0040: D 1C 0040: B 0D 1C B 3A : E 0D 1C 0D 1C B -O21 1 键盘按不动了 66

67 第二十五节输入输出操作下图列出了主要的 BIOS 中断, 及其与操作系统中断的调用关系 操作系统级中断 INT 21H 磁盘读写 ( 逻辑扇区级 ) INT 25/26H BIOS 级中断 屏幕输出 INT 10H 磁盘读写 ( 物理扇区级 ) INT 13H 串行通信 INT 14H 键盘输入 INT 16H 并口打印 INT 17H 硬件 对 VGA 显示卡端口编程 对磁盘控制器端口编程 对串行端口编程 61H 号键盘扫描码 INT 9H 2E 端口 击键 ASCII 码 C B A 1E41 键盘缓冲区 (32 字节 ): 位于 ROM 数据区 1EH-3CH 处 对并行端口编程 一键盘 I/O 键盘缓冲区输入过程 : 1 获取扫描码 INT 9H 键盘上 按下 或 放开 某键, 产生 INT 9H 中断 ( 中断允许时 ), 该中断处理程序从端口 60H(8255 的输入端口 ) 获取一个字节的键盘扫描码, 按下 时最高位 bit7 为 0 表示为该键 通码 ; 放开 时 bit7 为 1 表示 断码 ); 2 写键盘缓冲区 INT 9H BIOS 中断处理程序将取得的扫描码转换成字符码 ( 如果字符码存在 ), 接着将该键对应的字符码和扫描码存储到 BIOS 数据区 ( 见附录 2) 的键盘缓冲区中 ; 地址长度意义 0000:041AH 字指向键盘缓冲区首址 ( 随机的, 但键盘缓冲区地址范围内 ) 0000:041CH 字指向键盘缓冲区尾址, 当该值等于前一字的值时, 说明缓冲区空 0000:041EH 16 字 循环键盘缓冲区, 它保存键盘键入的字符, 直到程序可以接收这些字符为止, 前两个字指向此缓冲区的当前是首和尾 读键盘 : 1 BIOS 键盘中断 (INT 16H) AH 功 能 返回参数 0 从键盘读一字符 AL= 字符码, AH= 扫描码 1 读键盘缓冲区的字符 如 ZF=0,AL= 字符码, AH= 扫描码 ZF=1, 缓冲区空 2 取键盘状态字节 AL= 键盘状态字节 2 DOS 键盘中断 (INT 21H) AH 功能 调用参数 返回参数 1 输入一个字符并显示 AL= 字符 ( 检测 Ctrl-C 或 Ctrl-break, 并调用 INT 23H 结束程序 ) 6 读键盘字符, 不回显 DL=0FFH 有字符,AL= 字符,ZF=0 无字符,AL=0,ZF=1 67

68 7 输入一个字符不显示 AL= 字符 ( 不支持检测 Ctrl-C 或 Ctrl-break) 8 输入一个字符不显示 AL= 字符 ( 检测 Ctrl-C 或 Ctrl-break, 并调用 INT 23H 结束程序 ) A 输入字符到缓冲区 DS:DX= 缓冲区首址 B 读键盘状态 AL=0FFH 有键入 AL=00H 无键入 C 清除键盘缓冲区 AL= 键盘功能号 调用一种键盘功能 ( A) 二显示器 I/O 对于所有的显示适配器, 文本方式下字符显示的原理都类似, 每个字符的 ASCII 码和属性码各占一个字节, 所以每个字符占用显存一个字单元 所不同的是其显存的起始地址不同 : MDA(Monochrome display adaptor) 单色显示适配器显存起始地址 :B000:0000 CGA EGA 和 VGA 显存起始地址 :B800:0000 以下只介绍有关输入输出的中断 一 有关输出的中断 INT 21H 有关输出的主要功能 : AH=02H: 输出单个字符 AH=09H: 输出一串字符 ( 以 $ 结束 ) INT 10H 的主要功能 ( 见原版教材 156 页 ): AH=00H: 设置显示模式 AH=0EH: 以 TTY 方式在当前光标处显示一个 ASCII 字符 ( 电传打字方式, 即显示一个字符后, 光标自动前移 ) 例如, 在光标当前位置处显示一个 A : MOV AH,0EH ; 功能号 MOV AL, A ; 欲显示字符的 ASCII 码 MOV BH,0 ; 显示页的页号, 一般应设为 0 INT 10H INT 10H 的其它功能请见教材, 支持 VESA 扩展功能的显示卡还在 BIOS 中对 INT 10H 进行了很多扩展, 这些扩展功能在教材中未列出 若对图形有兴趣, 可参考 VGA 显示卡编程手册 二 有关输入的中断 INT 21H 有关输入的主要功能 : AH=01H: 输入单个字符 AH=0AH: 输入一串字符 ( 以回车结束 ) INT 16H 的主要功能 ( 见原版教材 185 页 ) 功能 :AH=00H 作用 : 输入单个字符返回 :AH= 扫描码,AL=ASCII 码 功能 :AH=01H 作用 : 测试键盘有否输入 ( 因其并不将字符读出, 所以可用于提前测试按键为何字符 若需读出, 需使用 AH=0 功能 ) 返回 : 68

69 若 ZF=1, 表示键盘无输入若 ZF=0, 表示键盘有输入, 此时,AH= 扫描码,AL=ASCII 码 功能 :AH=02H 作用 : 返回键盘状态字节 ( 即 40:17H 处的一个字节 ) 返回 :AL= 返回键盘状态字节 实际上,INT 16H 并不直接对键盘控制器硬件 (Intel 8042) 编程, 而是到键盘缓冲区中读取字符 键盘缓冲区是一个循环队列, 位于 ROM 数据区 40:1A-3CH 处, 共 34 字节 其中,40:1EH-3CH, 共 30 字节存放的是每个击键所对应的扫描码和 ASCII 码 ; 而 40:1A-1BH 处存放的是该对列的头指针,INT 16H 到头指针指示的位置取字符 ;40:1C-1DH 处存放的是该对列的尾指针, 键盘输入字符的扫描码和 ASCII 码由硬中断 INT 9 负责存储到尾指针所指示的位置 见原版教材 197 页 扫描码的概念 : 大致表示一个键在键盘上的物理位置, 是键盘控制器硬件使用的键盘编码, 用 1 字节表示 原版教材 579 页列出了所有的扫描码和 ASCII 码 常规字符键盘既有 ASCII 码, 又有扫描码, 通过 ASCII 码就可判断是什么按键 但扩展功能键 ( 光标键 INS DEL F1-F10,ALT 或 CTRL 与其它按键的组合键等 ) 则只有扫描码, 无 ASCII 码, 这些键只有通过扫描码才能进行区分 例如 : MOV AH,0 INT 16H ; 若按 Home 键, 则返回 AX=4700H CMP AX,4700H JZ Home_Pressed 每当有击键动作发生, 键盘控制器会通过 IRQ1 中断请求线, 向中断控制器提出中断请求, 若 CPU 响应, 则会自动触发硬件中断 INT 9 INT 9 中断服务程序在内部会到 60H 号端口读入所击键的扫描码, 然后在内部查表得到该扫描码所对应的 ASCII 码, 由 INT 9 负责将扫描码和 ASCII 码送入到键盘缓冲区中 初始时,40:1A 处的值 ( 头指针 ) 和 40:1CH 处的值 ( 尾指针 ) 都是 001EH( 相对于 ROM 数据区的起始位置 40:0 的字节距离 ) 当头指针等于尾指针时, 表示缓冲区为空 ( 键盘无输入 ) 假设现在键盘输入一个字符 A, 则 INT 9 会将 A 的 ASCII 码 41H 存放到 40:1E 处, 而 A 的扫描码 1EH 则存放到 40:1F 处, 并自动修改尾指针 ( 即 40:1C 处 ) 的值为 0020H; 假设现在用 INT 16H 读入一个字符,INT 16H 会从头指针所指示的位置将 A 的 ASCII 码和扫描码读出, 然后修改头指针为 0020H 依此类推 Int 16H 例子见 附件 14 演示热键激活的中断驻留程序 第二十六节磁盘结构 1. 磁盘的物理扇区号硬盘最基本的组成部分是由坚硬金属材料制成的涂以磁性介质的盘片, 不同容量硬盘的盘片数不等 每个盘片有两面, 每个面都有一个磁头 (Head), 都可记录信息 盘片被分成许多扇形的区域, 每个区域叫一个扇区 (Sector), 每个扇区可存储 的 N 次方 (N= 0,1,2,3) 字节信息 在 PC 机中, 每扇区存放 512 字节, 盘片表面以盘片中心为圆心, 不同半径的同心圆称为磁道 (Track) 硬盘中, 不同盘片相同半径的磁道所组成的圆柱称为柱面 (Cylinder) 扇区是驱动器存取磁盘数据的基本单位 要读写一个扇区, 必须告诉磁盘控制器该扇区的扇区地址, 即该扇区所在的磁道号 磁头号和扇区号, 称为物理扇区号 ( 或绝对扇区号, 或 CHS 扇区 ) 磁道号 : 最外圈的称为 0 道, 依此住里编号 0 道通常用来存放磁盘的最重要参数 磁头号 : 从 0 开始编号, 直至最大一个磁头号 软盘无标签的一面为 0 面 扇区号 : 同一磁道上的扇区号从 1 开始编号, 直到该磁道上的最大一个扇区号 磁盘首扇区的编号是 0 道 0 面 1 扇区,0 道 0 面 0 扇区不存在 磁盘存储容量 = 磁头数 柱面数 每道扇区数 每扇区 512 字节 69

70 1.44M 软盘空间划分示意图 软盘的读写过程示意图 1 面读写磁头 磁头沿径向步进寻道 0 道 0 面 18 扇 79 道 0 面 1 扇 软盘每分钟旋转 300转 0 面读写磁头 2 道 0 面 1 扇 1 道 0 面 1 扇 0 道 0 面 1 扇 1道 0面 2扇 扇区标志 0道 0面 2扇 扇区标志 0道 0面 3扇 硬盘空间划分示意图 ( 硬盘相当于摞在一起的一叠软盘 硬盘一个柱面上有很多磁道 ) 最大柱面磁头沿径向步进寻道 1 号柱面 0 面磁头 0 号柱面 0柱面扇 0 1 0柱面扇 面磁头 2 面磁头 硬盘每分钟旋转几千转 3 面磁头 4 面磁头 ( 假设每磁道有 11 个扇区 ) 不同交叉因子时的硬盘扇区号排列示意图 70

71 2. 物理扇区的读写 CHS 扇区 (CHS Cylinder Head Sector) 只能由 BIOS 中断 INT 13H 读写 在 INT 13H 中, 柱面号用 10 位表示 (0-1023), 扇区号用 6 位表示 (1-63), 磁头号用 8 位表示 (0-255) INT 13H 的传统功能主要包括 : 功能描述 : 读 / 写物理扇区输入参数 : 功能号 AH=02( 读 )/03( 写 ) DL= 物理磁盘号 (0=A,1=B,80H= 第 1 物理硬盘,81H= 第 2 物理硬盘 ) CH= 柱面号的低 8 位 CL=Bits 6-7 为柱面号的高 2 位,Bits 0-5 为扇区号 DH= 磁头号 AL= 扇区个数 ES:BX= 读写数据的缓冲区首地址返回参数 : 若 CF=1, 表示读扇区出错 ;CF=0, 读写成功 INT 13H 的 AH=05H 号功能可对磁盘格式化 3 硬盘分区小知识硬盘分区是针对一个物理硬盘进行操作的, 它可以分为 : 主分区 扩展分区 逻辑分区 ( 也称为逻辑盘 ) 其中主分区可以是 1-3 个, 扩展分区可以有 0-1 个, 逻辑盘则没有什么限制 以下是一些可能的分区方式 : 图 1-4-1: 硬盘分区关系图 71

72 主分区与扩展分区是平级的, 扩展分区本身无法用来存放数据, 要使用它必须将其分成若干个 (1-n 个 ) 逻辑分区 一个硬盘能够分成 4 个主分区 3 个主分区 1 个扩展分区 2 个主分区 1 个扩展分区 1 个主分区 1 个扩展分区 当然, 如果你愿望只分一个主分区 或两个主分区, 没有扩展分区也是可以的 也就是说, 不管什么操作系统, 能够直接使用的只有主分区 逻辑分区 不过不同的操作系统使用的文件系统格式不同, 因此在用于不同操作系统后, 分区又有了一些新名字 : 早版本 MSDOS 使用的 FAT16 分区 Windows 使用的 FAT32 分区 Windows NT 使用的 NTFS 分区 Linux 使用的 Ext2 分区及 Swap 分区 等等 Windows 下的分区 : 在 Windows 下, 使用 盘符, 如 A B C D E 等还表示一个分区 这种方法使得硬盘分区这一东西变得十分简单 其中 A 和 B 是软驱, 硬盘分区是从 C 开始编号的 下面我们看一看下面的例子 ( 图 1-4-2): 图 1-4-2:Windows 下分区编号对于 Windows 而言, 它只能够使用一个主分区 ( 在 FDISK, 称为主 DOS 分区 ), 可以使用多个逻辑盘 硬盘盘符的编号如上图所示 在 Windows 下, 分区主要用微软的 FDISK 软件完成 也可使用 Partition Magic 等功能更为强大的分区工具完成 Linux 操作系统也有自己的 FDISK 分区软件 在对磁盘分区后, 还要对磁盘格式化 (FORMAT), 格式化时会将文件系统写入到磁盘中 有了文件系统后, 磁盘才可使用 Linux 下的分区 : 而在 Linux 下, 则复杂一些了 首先, 它对每一个设备进行了命名 :IDE 设备 : 一台 PC 上可以有两个 IDE 接口 ( 我将其称为第一硬盘 Primary IDE 第二硬盘 Secondary IDE), 而每个 IDE 接口上可以接两个 IDE 设备 ( 我将其称为 Master 主盘 Slave 从盘 ) 其中硬盘与光驱都是 IDE 设备 Linux 这样为其命名 : 第一 IDE 的主盘 :/dev/hda 第一 IDE 的从盘 :/dev/hdb 第二 IDE 的主盘 :/dev/hdc 第二 IDE 的从盘 :/dev/hdd 72

73 SCSI 设备 : 它通常需要加上一块 SCSI 卡来驱动 第一块 SCSI 设备称为 :/dev/sda 第二块就是 /dev/sdb 以此类推 接下来看一下 Linux 下的分区命名规则 : 图 1-4-3:Linux 下的分区命名 ] 也就是主分区 ( 或扩展分区 ) 被命名为 hda1-hda4, 如果没有, 就跳过 而扩展分区中的逻辑分区则从 hda5 开始编号, 以此类推 注意了, 这里是以第一 IDE 的主盘为例, 如果是第二硬盘, 就是 hdb1 hdb2 hdb5 hdb6 hdb7 到此, 我们可以发现,Windows 下不管有多少个 IDE 设备都是顺序地分配盘符, 而在 Linux 下是认真区分对待每一个硬盘的 为 Linux 划分分区要点 : 大家都知道,Windows 下每一个分区都可利用于存放文件, 而在 Linux 则除了存放文件的分区外, 还需要一个 Swap( 交换 ) 分区 用来补充内存, 因此通常需要两个分区 : 1. 主分区 : 学习使用的话, 建议 2G; 2. 换分区 : 只需 1-2 倍内存的大小, 若 M 内存, 交换分区可为 128M, M 内存, 交换分区可为 256M 3. 提示 1: 由于早期的 Linux 启动器 LILO 无法识别 8G 以外的硬盘分区, 因此建议将 Linux 两个分区分在 8G 以内 提示 2: 每个物理硬盘的 0 道 0 面 1 扇区中存放着 MBR( 主引导记录 ), 这里就包括了主分区和扩展分区信息, 当机器启动后, 将引导交给硬盘时, 就首先执行 MBR 上的程序, 然后找到活动分区, 启动操作系统 象 LILO OS Loader 等多引导工具都是通过改写 MBR 来实现的 服务器 \\ \public files\documents & Course Materials ( 教学文档与学习资料 )\Assembly Programming ( 万金友 )\reference materials 中有一篇文章 讲义 -- 操作系统实践 :PC BIOS & Disk Paramater.htm, 详细详解了磁盘分区的操作方法, 请阅读之 73

74 4 硬盘的组织 1. 硬盘主引导扇区位于 0 道 0 面 1 扇区, 没有对应的逻辑扇区 2. 每个逻辑盘中的第一个扇区对应的逻辑扇区号是 0, 引导记录位于 0 号逻辑扇磁盘系统区 ( 包括引导记录,FAT 表, 根目录表三部分 ) 只有逻辑扇区号, 没有对应的簇号 3. 文件数据区用于存放文件的实际内容 簇号从文件数据区开始编起, 数据区中的最小一个簇号为 2 0 道 0 面 1 0 号逻辑扇区 2 号簇 硬 (DOS 基本分区 )C 盘引导记录文件分配表文件分配表备份根目录表文件数据盘硬盘主主引导 (DOS D 盘引导记录文件分配表文件分配表备份根目录表文件数据区引程序扩展 E 盘引导记录文件分配表文件分配表备份根目录表文件数据区导分区 ) F 盘引导记录文件分配表文件分配表备份根目录表文件数据区扇 区分区表非 DOS 分 不是用 FDISK 建立的, 但 FDISK 允许非 DOS 分区的 非 DOS 分 不是用 FDISK 建立的, 但 FDISK 允许非 DOS 分区的 主引导扇区及引导记录的组成 名称组成作用何时写入备注 主引导扇区 ( 主引导记 主引导程序 将活动分区的引导记录读入内存 录 ) 分区表 标识各分区起止位置大小及活 动分区 引导记录 ( 引导扇区 ) 引导程序 磁盘基本参数块 (BPB) 读入 IO.SYS 和 MSDOS.SYS 启动操作系统标识逻辑盘类型及各种规格参数 ( 如道面扇数 每簇含扇区数等 ) 低级格式化, 以后可由 FDISK /MBR 重写 FDISK FORMAT FORMAT 一个硬盘上只有一个主引导扇区 软盘及硬盘各逻辑盘都有自己独立的引导记录 磁盘各部位的产生 磁盘部位 硬盘 软盘 是否可变 扇区标志 低级格式化程序写入 FORMAT 写入 固定 主引导程 低级格式化程序写入 ( 可由 无 固定 序 FDISK/MBR 重写 ) 分区表 FDISK 无 可变 引导记录 FORMAT 写入 ( 可由 SYS 重写 ) FORMAT 写入 ( 可由 SYS 重写 ) 同一操作系统版本时固定 根目录表 初始时由 FORMAT 建立 初始时由 FORMAT 建立 可变 文件分配表 初始时由 FORMAT 建立 初始时由 FORMAT 建立 可变 对于软盘, 整个软盘只相当于硬盘的一个逻辑盘 ( 即从引导记录部分开始的部分 ), 软盘的 0 道 0 面 1 扇即软盘的 0 号逻辑扇区 5 PC 机的引导过程 RESET 从 FFFF:0 处开始执行 ROM BIOS, 执行 POST 过程 (Power On Self Test), 按 CMOS 中的参数设置进行硬件自检, 调用 Video BIOS 等附加 BIOS 程序, 设置低端的中断向量和 ROM 数据区, 最后调用 INT 19H 从磁盘启动操作系统 74

75 INT 19H 程序 : 若软驱中有软盘, 则将软盘 0 道 0 面 1 扇的引导记录 ( 即 0 号逻辑扇区 ) 读入到内存, 跳转执行其中的引导程序 ; 否则, 将硬盘 0 道 0 面 1 扇的主引导记录读入内存, 跳转执行其中的主引导程序 软盘引导程序 : 根据引导记录中的磁盘参数表确定软盘格式, 并在软盘根目录中查找有无 IO.SYS 和 MSDOS.SYS 文件 若找到, 则将这两个文件调入内存, 将控制权交给这两个文件, 启动操作系统, 出现 A>( 若找不到, 则显示 None System Disk ) 硬盘主引导程序 : 根据主引导记录中的分区表确定各分区的起始结束位置 ( 若不能识别分区信息, 则显示 Invalid Partition ), 然后将活动分区 ( 通常为 C 盘 ) 中的引导记录读入到内存 7C00:0000 处, 并跳转至该处执行活动分区中的引导程序 余下过程类似于软盘启动, 直到出现 C> 可见, 启动时各部分的执行顺序如下 : (1) 软盘启动 :ROM BIOS-> 软盘引导程序 ->IO.SYS->MSDOS.SYS->CONFIG.SYS- >COMMAND.COM->AUTOEXEC.BAT (2) 硬盘启动 :ROM BIOS-> 主引导程序 -> 活动分区中的引导程序 ->IO.SYS->MSDOS.SYS- >CONFIG.SYS->COMMAND.COM->AUTOEXEC.BAT 6 硬盘主引导扇区的结构硬盘的主引导扇区, 或叫主引导记录 (MBR), 不属于任何操作系统 MBR 中包含硬盘的主引导程序和硬盘分区表 其中的主引导程序部分可由 FDISK /MBR 命令重写 分区表有 4 个分区记录区 记录区就是记录有关分区信息的一张表 它从主引导记录偏移地址 01BEH 处连续存放, 每个分区记录区占 16 个字节 分区表的格式如下 : 分区表项的偏移 意义 占用字节数 00 引导指示符 1 01 起始磁头号 1 02 高 2 位为起始柱面号的高 2 位, 低 6 位起始扇区号 1 03 起始柱面号的低 8 位 1 04 分区类型指示符 1 05 结束磁头号 1 06 高 2 位为结束柱面号的高 2 位, 低 6 位结束扇区号 1 75

76 07 结束柱面号的低 8 位 1 08 分区前面的扇区数 ( 隐藏扇区 ) 4( 双字 ) 0C 分区中总的扇区数 4( 双字 ) 其中, 引导提示符 :80= 活动分区,00= 非活动分区 ( 只能有一个活动分区 ) 分区类型指示符 :04=FAT16 分区,0B=FAT32 分区,07=NTFS 分区,82=Linux Native 分区,83=Linux Swap 分区等 注 1: 在用 INT 13H 读写时, 可将分区表偏移 处的两个字节作为一个字看, 直接放到 CX 寄存器中 注 2: 尽管主引导扇区只占用 0 道 0 面上的一个扇区, 但分区软件一般会保留整个 0 道 0 面上的所有扇区, 不分给任何操作系统 ( 对分区 1 而言, 就是隐藏扇区数 ) 所以, 分区 1 起始于 0 道 1 面 1 扇, 非 0 道 0 面 2 扇 注 3, 每个逻辑盘 (D E F ) 前部也有自己的主引导扇区, 其中也有一个相同的分区表 ( 但无主引导程序 ), 其中描述了本逻辑盘的位置和大小, 以及下一个逻辑盘的位置和大小, 为一链表结构, 当下一个逻辑盘对应的 16 字节全为 0 时, 表示逻辑盘结束 请参见 Wan.ZIP 中的 GETBOOTS.ASM 和 PUTBOOTS.ASM 程序 硬盘主引导扇区极为重要, 是病毒最易感染的部位之一 可用下列代码将主引导扇区保存到文件中 : A>DEBUG -A100 MOV AX,0201 MOV BX,0200 MOV CX,0001 MOV DX,0080 INT 13 INT 3 -G=100 -RCX :200 -N MBR.DAT -W200 以后, 当主引导扇区被破坏时, 可用下列代码将所保存的 MBR 恢复到主引导扇区中 A>DEBUG -N MBR.DAT -L200 -A100 MOV AX,0301 MOV BX,0200 MOV CX,0001 MOV DX,0080 INT 13 INT 3 -G=100 病毒 主引导扇区中的主引导程序部分可用 FDISK /MBR 命令随时重写, 可用于清除其中的 例 1: 经典 CHS 模式硬盘的分区表举例 以下是一个总容量为 42M(C=560,H=6,S=26 的硬盘 ) 划分为 C 盘 (32M) D 盘 (10M) 的分区表 : 76

77 A A3 1A D6 FF A A 2E F0 FF B AA 引导 起始头 起始扇 起始柱 类型 结束头 结束扇 结束柱 隐藏扇区数 扇区总数 分区 , A,A A 0000FFD6 启动 FAT (1A) 419(1A3) 分区 ,A A,2E 0000FFF B4 不引导 (1A4) FAT (1A) 558(22E) 例 2: 超过 7.875G 的现代 LBA 32 硬盘的分区表举例 以下是我院 9 楼机房的硬盘第一个操作系统分区的分区表 ( 装有硬盘保护卡 ), 磁盘总容量 60G( 装有硬盘保护卡 ) 其中 C 盘划为 16G,D 盘 ( 数据盘 ) 划分为 4G FE FF FF 3F B9 11 F C1 FF 07 FE FF FF F8 03 3F 04 7D AA 引导 起始 起始 起始 C 类型 结束 结束 S 结束 C 隐藏扇区 扇区总数 H S H 数 分区 ,00 07 FE FF,FF F 01F411B9 启动 NTFS (3F) 1023(3FF) 分区 C1,FF 07 FE FF,FF 03F D043F 不引导 (3FF) NTFS (3F) 1023(3FF 其中分区表中的起始 / 结束 CHS 并不反映硬盘的实际参数,INT 13H Extension 不再根据 CHS, 而是根据 LBA 扇区号 (0~ 扇区总数 -1) 在内部进行扇区读写 7 大容量硬盘的读写 最早期的 BIOS 中的 INT 13H, 只支持 10 位柱面号 (0-1023),4 位磁头号 (0-15),6 位扇区号 (1-63) 所以早期的 BIOS 只能识别的硬盘最大硬盘容量为 1024*16*63*512=528M 字节 90 年代初, 随着硬盘容量的增加,BIOS 相应进行了更新, 开始支持 8 位磁头号 (0-255) 这样的 BIOS 能识别的硬盘最大硬盘容量为 1024*256*63*512=8.4G 字节 但大于 1G 容量的硬盘, 在制造工艺上, 主要是通过增加柱面数和每道扇区数的方式增加硬盘容量 实际的柱面数和每道扇区数均已突破了 BIOS 规定的 1024 道和每道 63 个扇区的限制, 为了使 BIOS 能接受这些参数, 人们借鉴了 SCSI 接口读写硬盘的方法, 发明了称为 LBA 方式的硬盘读写方法 (Logic Block Address, 逻辑块地址 ) 其思想是, 在保持硬盘扇区总数不变的前提下, 提供 BIOS 一个 C/H/S 在 1024/256/63 范围的假想硬盘参数 ( 逻辑参数 ), 然后由支持 LBA 方式的 BIOS 在内部转换成硬盘的实际物理参数, 进行硬盘的读写 例如, 一个物理参数为 C/H/S=4096/16/63 的硬盘可转换为一个逻辑参数为 C/H/S=1024/64/63 的 合法 硬盘, 即可欺骗 BIOS 所谓 LBA 是指用扇区的顺序号表示每 77

78 个扇区的地址 (LBA 号从 0 编号至最大扇区数减 1) 对于 CHS 扇区, 对应的 LBA 扇区号为 : LBA = C * 磁头数 * 每道扇区数 + H * 每道扇区数 + (S - 1) 硬盘驱动器硬件根据 LBA 号, 在内部进行变换 ( 对 BIOS 不透明 ), 即可找到相应的扇区 这种 LBA 扇区号是 24 位的 对于超过 1G 容量的硬盘, 必须通过 LBA 方式才能读写 ( 在 CMOS 设置中硬盘读写有 CHS/LARGE/LBA 三种方式可选 ) 此时在 CMOS 设置中所看到的 C/H/S 参数都不代表硬盘的实际物理参数, 只是表示硬盘的总容量而已 以上讲的通过 LBA 方式读写硬盘, 仍是通过传统的 INT 13H 读写, 未能突破 CHS=1024/256/63 的总扇区个数限制, 即 8.4G 的容量限制 90 年代中期, 随着 10G 以上容量的硬盘出现 ( 称为现代硬盘, 或 EDD 硬盘,Enhanced Disk Driver),Microsoft / IBM / Phoenix 等公司联合对 BIOS 进行了改造, 增加了 INT 13H Extension 部分 (AH=4x), 专门支持对特大硬盘的读写,97 年以后制造的 BIOS 都支持 INT 13H Extension INT 13H Extension 不再使用传统的 CHS 作为硬盘读写参数, 而是使用 LBA 号作为所读写扇区的物理地址, 由驱动器硬件在内部根据 LBA 号找到相应的扇区 LBA 方式是一种线性块地址表示方式 INT 13H Extension 规定 LBA 号用 64 位表示, 能表示的扇区数有 2 的 64 次方个, 最大容量为 8TG( 天文数字 ); 目前大多数硬盘可接受的是 32 位的 LBA 号 (Linux 中称为 LBA32), 能表示的扇区总数为 2 的 32 次方个, 即 4G 个, 能识别的最大硬盘容量为 4G*512=2T Phoenix 认为 LBA32 至少可用 15 年 其实, 在现代大容量硬盘的内部, 每道扇区数已不再相同, 从外圈到内圈, 每道扇区数由高至低变化, 与传统的 CHS 概念已不相同 对于现代大容量硬盘, 出厂时已低级格式化过, 若使用通用低级格式化程序对其进行低级格式化, 虽不会造成硬盘损坏, 但等于浪费时间 ( 驱动器内部会屏蔽这些低格操作 ) 若坚持低格, 请到硬盘制造商的网站上下载其专用的低格软件, 因为只有硬盘制造商自己才知道其硬盘的内部格式 Burn down your house to get rid of the termites! 一台 PC 要能读写大容量的硬盘, 除了 BIOS 要支持 INT 13H Extension( 即 LBA32) 外, 操作系统使用的硬盘驱动程序也必须使用 INT 13H Extension 读写硬盘,Win95 及以后的 Windows 版本, 及 Red Hat Linux 7 之后, 均支持 INT 13H Extension 但很多操作系统, 都要求操作系统内核本身必须安装在硬盘最前部的 8.4G 以内, 这是因为启动时, 这些操作系统仍使用的是传统的 INT 13H 读写硬盘, 在识别出硬盘类型, 装载硬盘驱动程序后, 才能开始使用 INT 13H Extension 进行硬盘读写 这是一个 Chick and Egg 问题 若想更全面了解 LBA32, 在 \\ \public files\documents & Course Materials ( 教学文档与学习资料 )\Assembly Programming ( 万金友 )\reference\int 13H Extension 子目录中, 有几篇精彩的资料 在 Red Hat Linux 8 安装时, 可选是否采用 LBA32 的高级选项 ( 对 Redhat 7, 要修改 /etc/lilo.conf, 将 linear 改为 lba32) 另外, 在装有 Windows 的硬盘上, 最好不要冒险将 Linux 引导程序 (LILO) 装在 MBR 中 ( 高级选项 ), 而是应装在分区的引导记录中, 否则 Linux 装完后, 你原来的 Windows 就可能就不能启动了 8 逻辑扇区读写 DOS/Win 操作系统在内部使用的是逻辑扇区号,C 盘或逻辑盘每个盘内部的扇区均从 0 开始独立编号, 直至该盘的最后一个扇区, 该编号称为逻辑扇区号 逻辑扇区号需转换成 CHS 扇区号, 才能被驱动器所接受 软盘的道面扇数 ( 扇区总数 = 磁道数 * 每道扇区数 * 面数 ) 软盘 磁道数 ( 编号 ) 每道扇区数 ( 编号 ) 面数 ( 编号 ) 扇区总数 ( 逻辑扇区号 ) 1.2M 80(0~79) 15(1~15) 2(0~1) 2400(0~2399) 1.44M 80(0~79) 18(1~18) 2(0~1) 2880(0~2879) 78

79 1.44M 软盘物理扇区与逻辑扇区编号的对应关系 物理扇区号 0 道 0 面 1 扇 0 道 0 面 2 扇 0 道 0 面 18 扇 逻辑扇区号 物理扇区号 0 道 1 面 1 扇 0 道 1 面 2 扇 0 道 1 面 18 扇 逻辑扇区号 物理扇区号 1 道 0 面 1 扇 1 道 0 面 2 扇 1 道 0 面 18 扇 逻辑扇区号 (1)CHS 转换成逻辑扇区号 L 的公式为 : L= C * 磁头数 * 每道扇区数 + H * 每道扇区数 + (S - 1) (2) 逻辑扇区号 L 转换成 CHS 的公式为 : S=(L MOD 每道扇区数 )+1 H=(L DIV 每道扇区数 )MOD 磁头数 C=(L DIV 每道扇区数 )DIV 磁头数辑扇区号到 CHS 扇区号的转换是由操作系统在内部自动完成的 读逻辑扇区只能使用 INT 25H( 对应 DEBUG 的 L 命令 ), 写逻辑扇区只能使用 INT 26H( 对应 DEBUG 的 W 命令 ) 用法如下 : 输入参数 : AL= 逻辑盘号 (0=A,1=B,2=C,3=D,4=E, ) DX= 起始逻辑扇区号 CX= 扇区个数 DS:BX= 读写缓冲区首地址返回参数 : CF=0 成功 CF=1 出错, 此时 AL= 出错码要注意, 由于 INT 25/26H 中断程序内部不是用 IRET 结束, 而是用 RETF 结束的, 所以在调用 INT 25/26H 后, 应立即跟一句 POPF 或 ADD SP,2 指令, 以使栈指针恢复正常 另外, 在 Win2K 中, 只能使用 INT 25/26/13H 对软盘进行读写 对硬盘读写只能在纯 DOS 环境中进行 ( 用软盘启动 ) DEBUG 的 L 或 W 命令用法如下 : -L( 或 W) 缓冲区首地址逻辑盘号起始逻辑扇区号扇区个数 9 DOS 逻辑盘结构 DOS 逻辑盘的结构每个逻辑盘内部, 从 0 号逻辑扇区开始, 依此是 : 引导记录 (1) FAT(9) 备份 FAT(9) 根目录表 (14) 磁盘数据区 (2847) 括号中为 1.44M 软盘各部分所占的扇区数 其中磁盘系统区 ( 引导记录 FAT 表 根目录表 ) 只能根据逻辑扇区号读写 ( 无对应簇号 ), 用 INT 25/26H 读写 磁盘引导记录 (DBR) DBR 位于逻辑盘中的 0 号逻辑扇区 DBR 分为两部分 :DOS 引导程序和 BPB(BIOS 参数块 ) 其中 DOS 引导程序完成 DOS 系统文件 (IO.SYS,MSDOS.SYS) 的定位与装载, 而 BPB 用来描述本 DOS 磁盘的规格参数,BPB 位于 DBR 偏移 0BH 处, 共 25 字节 它包含逻辑格式化时 (FORMAT) 使用的参数, 可供 DOS 计算磁盘上的文件分配表, 目录区和数据区的起始地址, 79

80 BPB 之后三个字提供物理格式化 ( 低格 ) 时采用的一些参数 引导程序或设备驱动程序根据这些信息将磁盘逻辑扇区号转换成 CHS 扇区号 表 :BPB 格式 : 偏移 意义 1.44M 盘的参数例子 (00H-02H) JMP 的机器码 : 跳至引导程序 EB H-0AH OEM 名和版本 IBM 3.3 0BH-0CH 每扇区字节数 0200H 0DH 每簇扇区数 01H 0EH-0FH 保留扇区数 0001H ( 指引导扇区本身所占的扇区 ) 10H FAT 表个数 02H 11H-12H 根目录项数 ( 允许最大数 ) 00E0H( 根最多 224 个文件或子目录 ) 13H-14H 扇区总数 ( 从 0 号逻扇始 ) 0B40H( 即 2880) 15H 磁盘介质说明符 F0H( 表示是 1.44M 软盘 ) 16H-17H 每 FAT 所占的扇区数 0009H 18H-19H 每磁道扇区数 0012H 1AH-1BH 磁头数 0002H 1CH-1FH 隐藏扇区总数见硬盘分区表, 软盘为 0 20H-23H 扇区总数见硬盘分区表, 软盘为 0 24H-25H 26H 27H-2AH 2BH-35H 36H-3DH 物理驱动器数 扩展引导签证 卷系列号 卷标号 文件系统号 对于 1.44M 软盘 : 引导记录起始逻辑扇区号 =0 (L ) FAT 起始逻辑扇区号 =1( 即保留扇区数 ) (L ) 备份 FAT 起始逻辑扇区号 = 保留扇区数 +FAT1 占扇区数 =1+9=10 (L A 9) 根目录表起始逻辑扇区号 = 保留扇区数 +FAT1 占扇区数 *2=1+9*2=19 根目录表扇数 =( 根表项数 * 每表项 32 字节 )/ 每扇 512 字节 =(224*32)/512=14 (L E) 数据区起始逻扇号 = 保留扇区数 + 每 FAT 扇数 *2+ 根目录表扇数 =1+9*2+14=33 (L ) 磁盘数据区的簇号文件中包含的实际内容及子目录中的文件目录列表, 均存放磁盘数据区中 DOS 将磁盘数据区中的扇区划分成簇 (Cluster 或 Allocation Unit), 每簇由几个扇区组成, 规定最小的一个簇号为 2 例如 1.44M 软盘每簇占 1 个扇区, 磁盘数据区中共有 =2847 个簇, 簇号从 2 至 2848 簇是 DOS 为文件存储分配磁盘空间的基本单位 若一个簇中包含的扇区数较多, 则文件尾簇将浪费较多空间 ; 太少则需要较宽的 FAT 表位数表示簇号 80

81 DOS 操作系统没有提供可直接使用簇号的中断可用, 读簇中内容时, 需将簇号转换成逻辑扇区号, 然后用 INT 25/26H 读写对应的逻辑扇区 转换关系 : 逻辑扇区号 = 数据区起始逻辑扇区号 +( 簇号 -2)* 每簇扇区数对 1.44M 软盘, 逻辑扇区号 =33+( 簇号 -2)*1 文件分配表 FAT 表是 DOS 文件组织结构的主要组成部分,FAT 表反映硬盘上所有簇的使用情况, 通过查文件分配表可以得知任一簇的使用情况 DOS 在给一个文件分配空间时总先扫描 FAT, 找到第一个可用的空闲簇, 将该空间分配给文件, 并将该簇的簇号填到相应的 FAT 表表项中, 作为该文件占用的上一个簇的后继簇, 最终, 每个文件所占用的数据空间在 FAT 表中会形成一个 簇号链 FAT 就是记录文件簇号拉链的一张表 FAT 的头两个域为保留域, 对 FAT12 来说是 3 个字节,FAT16 来说是 4 个字节 其中头一个字节是用来描述介质类型的, 其余字节为 FFH 所以数据区的簇号从 2 开始编起 FAT 表中每个表项中存放的是簇号, 对于软盘和小于 10M 的硬盘, 每个表项占 12 位宽 ( 即簇号用 12 位表示 ), 称为 FAT12 文件系统 ; 容量在 M 之间的硬盘使用 FAT16; 容量在 512M-2G 之间的硬盘可选使用 FAT16 或 FAT32; 容量在 2G 以上的硬盘只能使用 FAT32 12 位表项 16 位表项含义 FAT 表中的表项内容的含义 000H 0000H 本簇未被占用 FFFH FFFFH 本簇已占用, 且是某文件的最后一簇 FF7H FFF7H 本簇是坏簇 其它 (002H~FEFH) 其它 (0002H~FFEFH) 本簇已占用, 该值是某文件下一簇的簇号 一个文件所占用的首簇号 ( 链表表头 ) 并不存在 FAT 中, 而是存放在文件目录表表项中 ( 偏移 处的一个字 ),FAT 表中存放的是除该文件占用的首簇外其余簇的簇号, 该链表最终在 FAT 表中以 (F)FFFH 结束 设文件的当前簇号为 n, 在 FAT 表中查找其后继簇的方法如下 : FAT12 将 n*1.5 作偏移地址, 从 FAT 中取出该偏移处的一个字 若当前簇号 n 为偶数, 则取该字的低 12 位作为后继簇的簇号 ; 否则取该字的高 12 位作为后继簇号 将后继簇号作为当前簇号, 重复上述过程, 直到所取字为 FFFH 为止 FAT16 将 n*2 作偏移地址, 从 FAT 中取出该偏移处的一个字, 即后继簇的簇号 ; 将后继簇号作为当前簇号, 重复上述过程, 直到所取字为 FFFFH 为止 根目录表文件目录表是 DOS 文件组织结构的又一重要组成部分 分根目录表和子目录表两类 根目录表存于磁盘系统区中, 但子目录被当作一种特殊文件处理, 所以子目录表存于磁盘数据区中 DOS 为每个文件目录表中的每个表项分配 32 字节, 用于描述该目录中的每个文件或子目录的名字 属性等信息 8.3 格式文件目录表中每个表项的结构 文件目录主名扩展名属性保留时间日期首簇号文件长度 其中, 文件主名特殊首字节 :00H 代表未使用, E5H 代表此文件已被删除 另外,WINDOWS 的长文件名使用 保留 区域存放长名字符 81

82 属性字节中的含义 第 7 位 第 6 位 第 5 位 第 4 位 第 3 位 第 2 位 第 1 位 第 0 位 保留 保留 归档 子目录 卷标 系统 隐含 只读 (1) 若子目录位为 1, 表示该表项是一个子目录,0 表示是一个文件 (2) 若第 1 位至第 4 位全为 1( 即属性字节为 0FH), 表示本 32 字节是一个 Win95 长 名表项 建立和修改一个文件时的内部处理过程图解 现准备在磁盘上新建一个名为 TEST.TXT 的文件 假设在该文件建立前,FAT 表 ( 设表项为 12 位 ) 中的部分内容如下图所示 (FAT 表中前两个表项的内容 FFD 和 FFF 为系统内部所使用 ): FAT 表项内容 : FAT 表项编号 : FFD FFF FFF FF 初始建立文件时 (1) 首先为该文件在文件目录表中建立一个 32 字节的表项, 并登记文件名等信息 (2) 然后在 FAT 表中查找内容为 0 的表项, 假设第 002 个表项为所找到的第一个未用簇, 则 002 号簇将作为该文件的首簇号 将首簇号登记在刚建立的文件目录表表项中 (3) 将文件首簇的实际内容 ( 假设内容为 abc ) 写入数据区中 002 号簇所对应的各扇区中 (4) 修改 FAT 表, 将第 002 号表项的内容改为 FFFH, 表示 002 号簇是该文件的尾簇 (5) 将文件属性 ( 带归档标志 ) 日期 时间 文件长度等登记在文件目录表相应表项中 文件目录表项 : TEST TXT 首簇号 002 FAT 表项内容 : FFD FFF FFF FFF FF7 FAT 表项编号 : 文件数据区 数据区中内容 : 引导记录 FAT 表 FAT 表备份 根目录表 abc 2. 文件内容增加, 需再分配一个新簇时 (1) 在 FAT 表中查找内容为 0 的表项, 本次第 003 个表项为所找到的第一个未用簇, 则 003 号簇将作为该文件下一簇的簇号 (2) 修改 FAT 表 : 将第 002 个表项 ( 文件原来的尾簇号 ) 的内容改为 003, 表示 002 号簇的后继簇号是 003 (3) 将文件的新增内容 ( 假设内容为 mno ) 写入数据区中 003 号簇所对应的各扇区中 (4) 修改 FAT 表 : 将第 003 号个表项的内容改为 FFFH, 表示 003 号簇是文件的尾簇 (5) 将新的属性 ( 带归档标志 ) 日期 时间 文件长度等信息登记在文件目录表相应表项中 002 簇 文件目录表项 : TEST TXT 首簇号 002 FAT 表项内容 : FFD FFF 003 FFF FFF FF7 FAT 表项编号 :

83 文件数据区数据区中内容 : 引导记录 FAT 表 FAT 表备份根目录表 abc mno 002 簇 003 簇 3. 文件内容继续增加, 需再分配一个新簇时本次在 FAT 表中找到的第一个未用簇位于第 005 个表项中, 所以 005 号簇是该文件的下一簇的簇号 整个处理过程与对刚才分配 003 号簇时类似 如下图所示 ( 假设本次新增内容为 xyz ): 文件目录表项 : TEST TXT 首簇号 002 FAT 表项内容 : FFD FFF FFF FFF FF7 FAT 表项编号 : 文件数据区数据区中内容 : 引导 FAT FAT 备份根目录表 abc mno xyz 002 簇 003 簇 004 簇 005 簇 4. 至此, 该文件共占用簇号分别为 002,003,005 的三个簇 其中 003 号簇与 005 号簇之间存在文件碎片 (006 号簇先前已被其它文件占用 ) 建立一个子目录时的内部处理过程图解 假设在根目录中新建一个名为 \USR 的子目录 其处理过程与建立文件时基本类似 1. 首先在根目录表中为该子目录建立一个 32 字节的表项, 将子目录名 USR 等登记在该表项中 2. 然后在 FAT 表中查找内容为 0 的表项, 假设第 XXX 个表项为所找到的第一个未用簇, 则 XXX 号簇将作为该子目录的首簇号 将首簇号登记在根目录表中的相应表项中 3. 在数据区中对刚分配的那个簇 ( 即第 XXX 号簇 ) 进行初始化, 具体操作包括 : 将该簇各扇区中的内容全清为 0; 在该簇首扇区中建立一个名为. 的表项 ( 表示当前目录 ) 和一个名为.. ( 表示上级目录 ) 的表项, 并在每个表项中登记日期 时间等信息, 每个表项均占 32 字节 初始时, 子目录中只有这两个固定表项, 首簇中其余表项 ( 内容全为 0) 留给以后在该子目录中所建立的文件或下级子目录使用 4. 修改 FAT 表, 将第 XXX 号表项中的内容改为 FFFH, 表示第 XXX 号簇是该 USR 子目录的尾簇 以上过程结束后, 磁盘各部位中存储的内容如下图所示 : 子目录表位于数据区中文件数据区引导记录 FAT FAT 备份根目录表 002 号簇 xxx 号簇 DOS 首簇号 表项内容 FFF Windows 首簇号 表项编号 XXX USR 首簇号 XXX 每个表项均占 32 字节 每表项 32 字节 83

84 第二十七节编写中断服务程序 (TSR 程序 ) 中断服务程序也叫 TSR 程序 (Terminated but Stay Resident program, 终止但保持驻留的程序 ) 设计中断服务程序, 要编写安装部分 ( 相当于运载火箭 ) 和常驻内存部分 ( 相当于运载火箭所发射的卫星 ) 两部分程序 其中安装部分只运行一次, 其任务是负责将常驻部分驻留到内存中 常驻部分即通常所说的中断服务程序, 安装后便一直常驻在内存中, 以后每次调用该中断, 常驻部分都会被调用 设计常驻部分时要符合对中断服务程序的编写要求, 如不能调用不可重入的中断等 一 安装部分的编写 保存原中断程序入口地址到常驻部分中 设置新的中断程序入口地址 调用 INT 21H 的 AH=31H 号功能或用 INT 27H 将常驻部分驻留到内存中 1. 如何保存原中断入口地址事先须在常驻部分中定义一个双字类型的变量 ( 如 old_int_vector), 然后到中断向量表中取该原中断的入口地址保存到该变量中 取原中断入口地址当然可直接到 0:INT_VECTOR*4 处取, 但建议使用 INT 21H 的 AH=35H 号功能 : mov ah,35h ; 功能号 35H: 取中断入口地址 mov al,int_vector ; 所取的中断号 int 21h mov word ptr cs:old_int_vector,bx; 返回 es:bx= 中断程序的段地址 : 偏移 mov word ptr cs:old_int_vector+2,es 2. 如何设置新的中断入口地址设置新中断入口地址可直接修改 0:INT_VECTOR*4 处的值, 但建议使用 INT 21H 的 AH=25H 号功能 : mov ah,25h ; 功能号 25H: 设置中断入口地址 mov al,int_vector ; 所设置的中断号 push cs ; 使 ds:dx= 新中断程序的段地址 : 偏移 pop ds mov dx,offset new_int_proc int 21h 3. 如何使程序驻留内存常规程序使用 INT 21H 的 AH=4CH 号功能或 INT 20H( 只对 COM 程序 ) 结束, 但中断程序必须使用 INT 21H 的 AH=31H 号功能或 INT 27H( 只对 COM 驻留程序 ) 结束, 否则程序不能驻留内存 使用 INT 21H 的 AH=31H 号功能使程序驻留内存 ( 适于所有程序, 推荐使用 ) 功能 : 使程序驻留内存输入参数 : ah=31h al= 返回码 ( 可不设 ) dx= 驻留长度 ( 从 PSP 算起, 以小节为单位,1 小节 =16 字节 ) 返回参数 : 无 84

85 例如 : mov ax,3100h mov dx,offset INSTALL ;INSTALL 以前为应驻留部分的代码 add dx,100h ; 对 EXE 必须加 PSP 长度, 因对 EXE,CS!=PSP ; 但对 COM, 此句可省, 因 COM 的偏移已包含了 PSP(CS=PSP) mov cl,4 ; 驻留长度 /16, 转换成小节 shr dx,cl inc dx ; 考虑到可能有余数, 留一小节余量 int 21h ; 使驻留 使用 INT 27H 使程序驻留内存 ( 仅适于 COM 程序, 推荐淘汰 ) 功能 : 使程序驻留内存输入参数 : dx= 驻留长度 ( 从 PSP 算起, 以字节为单位 ) 例如 : mov dx,offset INSTALL ;INSTALL 以前为应驻留部分的代码 int 27h ; 使驻留 二 常驻部分的编写 (1) 第一种结构 : 先执行完原中断程序, 再执行新增加的部分 ( 如热键程序 ) 此类中断程序的结构如下 : pushf call dword ptr cs:old_int_vector 新增加的代码部分 iret (2) 第二种结构 : 先执行完新增加的部分, 再执行原中断程序 ( 如定时音乐程序 ) 此类中断程序的结构如下 : 新增加的代码部分 jmp dword ptr cs:old_int_vector 三 防止中断驻留程序重复驻留一个好的 TSR 程序应能防止重复驻留, 并提供将本 TSR 从内存中卸除的功能 在附件的 SETINT1C.ASM 和 SETINT9.ASM 两个程序都没有判断先前该程序是否已驻留内存的代码 但 SETDOSVE.ASM 程序包含了这部分代码 其思想是, 除将取版本号的 INT 21H 的 AH=30H 号功能驻留外, 同时设置并驻留了一段专用于判断本程序是否已留过的代码 ( 该例子设置的是 AX=F1F1H 这个 INT 21H 没有使用的功能 ) 在每次运行 SETDOSVE 程序时, 安装部分首先以 AX=F1F1H 调用 INT 21, 若返回 AX=1F1FH, 则表示我们的程序已经驻留过, 不应再次驻留内存, 否则说明未驻留过, 这时可将本程序驻留 四 TSR 程序举例见附件 SETINT1C.ASM SETINT9.ASM SETDOSVE.ASM 程序 五 查看内存中的中断驻留程序可使用 MEM 命令 ( 该程序位于 \winnt\system32 目录中 ), 列出内存中的驻留程序 简单查看, 可使用 MEM /C 命令 : 85

86 更详细的情况, 可使用 MEM /D 命令查看 : C>mem /d Address Name Size Type Interrupt Vector ROM Communication Area DOS Communication Area IO System Data CON System Device Driver AUX System Device Driver PRN System Device Driver CLOCK$ System Device Driver COM1 System Device Driver LPT1 System Device Driver LPT2 System Device Driver LPT3 System Device Driver COM2 System Device Driver COM3 System Device Driver COM4 System Device Driver 000A70 MSDOS System Data 0020C0 IO System Data KBD 000CD0 System Program HIMEM 0004E0 DEVICE= XMSXXXX0 Installed Device Driver FILES= 86

87 FCBS= LASTDRIVE= 0007D0 STACKS= COMMAND 000A20 Program 004B70 MSDOS Free BF0 COMMAND Environment REDIR 000A70 Program 005B80 DOSX 0087A0 Program 00E330 SETINT1C Environment 00E850 SETINT1C Program 00EA60 MEM Environment 00EF80 MEM Program 0264E0 MSDOS 079B00 -- Free -- 09FFF0 SYSTEM 03C000 System Program 0DC000 IO System Data MOUSE System Program 0DF360 MSDOS Free -- 0DF890 MSCDEXNT 0001D0 Program 0DFA70 DOSX Data 0DFB00 MSDOS 0004F0 -- Free bytes total conventional memory bytes available to MS-DOS largest executable program size bytes total contiguous extended memory 0 bytes available contiguous extended memory bytes available XMS memory MS-DOS resident in High Memory Area 其中显示的以下两行表示 SETINT1C 占用的内存空间及地址 : 00E330 SETINT1C Environment 00E850 SETINT1C Program Environment 表示其环境块所占用的内存空间, 环境块中存放的是本程序对应的环境 变量 ( 如 PATH 等设置 ) 若想观察该环境块, 可使用 DEBUG 命令 : -D E33:0 0E33:0000 4D 86 0E E 6E-6F E M..Q.annot run t 0E33: F 4D D-43 3A 5C E 4E 54 COMSPEC=C:\WINNT 0E33:0020 5C D C 43 4F 4D 4D 41 4E \SYSTEM32\COMMAN 0E33: E 43 4F 4D C-4C D.COM.ALLUSERSPR 0E33:0040 4F C 45 3D 43 3A-5C 44 4F D 45 7E OFILE=C:\DOCUME~ 0E33: C 41 4C 4C E \ALLUSE~1.APPDA 0E33: D 43 3A 5C 44 4F D 45 7E 31 5C 41 TA=C:\DOCUME~1\A 0E33: D 49 4E 49 7E 31 2E D 5C C DMINI~1.SC-\APPL Program 是程序本身所占用的内存空间 0E850H 是本程序对应的内存控制块 MCB 的段地址 (MCB 共 16 字节 ),MCB 之后是 256 字节的程序段前缀 PSP,PSP 之后就是我们的代码段 可使用 DEBUG 命令观察 : -D E85:0 87

88 0E85:0000 4D 86 0E E E E85:0010 CD 20 A6 0E 00 9A F0 FE-1D F0 DE B K. 0E85: FF FF FF..V... 0E85:0030 FF FF FF FF FF FF FF FF-FF FF FF FF 34 0E E6 FF E85: E E-FF FF FF FF E85: E85:0060 CD 21 CB !... 0E85: D -D 第二十八节在 C 语言中调用汇编子程序 ( 原版教材 437,440 页 ) 1) 调用约定问题 (calling convention) 混合语言编程, 只能在生成的目标模块 (OBJ) 一级进行连接 (link) OBJ 中包含的是一定格式的汇编码 要实现混合语言的连接, 必须明白语言的调用约定问题 程序设计语言的调用约定分 c 约定和 pascal 约定两大类 除 c 语言外, 其它语言 ( 包括汇编 ) 都使用 pascal 约定 其区分如下 : 大小写问题 (Case-Sentive) 在 c 约定生成的汇编码中, 符号严格按 c 程序中的大小写生成, 而 pascal 约定则将符合均转换成大写 下划线问题 (Underbar) c 约定生成的符号均自动加下划线, 而 pascal 约定则不加下划线 例如, 变量名 i 和函数名 add 生成的汇编码如下 : c 约定 :_i,_add pascal 约定 :I,ADD 参数压栈次序问题在调用函数时,c 约定是将函数参数倒序压栈 ( 从右往左 ), 而 pascal 约定则是正序压栈 ( 从左到右 ) 压栈参数谁负责处理当从函数调用返回时,c 约定规定由调用程序 (caller) 负责去除栈中的函数参数, 而 pascal 约定则规定由被调用程序 (callee) 自行负责去除栈中的函数参数 例如 add(int i,int j,int k) 的生成的 c 约定代码如下 (small 模式 ): 调用程序 : push _k push _j push _i call near ptr _add add sp,6 被调用程序 _add: _add proc near ret _add endp 而生成的 p 约定代码如下 : 调用程序 : push I push J push K call near ptr ADD 88

89 被调用程序 ADD: ADD proc near ret 8 ADD endp 其中 ret n 的含义是, 在 ret 弹栈的同时, 再从栈中额外地多弹掉 n 个字节 原因 : 因 c 语言中有些函数的参数个数可变 ( 有些 c 函数最右边的参数可缺省, 如 printf() 函数的参数个数可变 ), 所以只有 caller 才搞得清, 到底代入了几个参数, 所以栈中的函数参数只能由 caller 负责去掉 其缺点是, 若一个函数被反复调用, 则每个 caller 都要带重复的清栈代码, 生成的程序较长 采用 pascal 约定的语言, 参数个数固定, 所以可由 callee 负责统一清栈 所以 P 约定生成的程序短 相应地, 在 Win32 SDK 程序中, 函数可有 pascal cdecl 两种类型, 另外还有 stdcall 类型 其中 pascal 类型只有在 Win16( 如 Windows 3x) 中使用, 在 Win32 中已经被完全淘汰 stdcall 约定是 c 约定和 p 约定的综合, 除被调用函数 (callee) 负责清栈这一点同 p 约定外, 其它方面均同 c 约定 stadcall 约定规定由 callee 负责清栈的目的是为了使生成的 Win32 程序短些 Win32 SDK 内部的所有 API 均为 stdcall 类型 Win32 中的 CALLBACK 和 WINAPI 类型也均属 stdcall 类型 cdecl 约定即 c 约定, 在 Win32 程序中, 只有那些用 c 约定编写的函数或将被其它语言调用的 c 函数, 才应被声明为 cdecl 类型, 或用 extern C 括起来说明, 如 : // Sample.h #if defined( cplusplus) extern "C" { #endif int atoi( char *string ); long atol( char *string ); #if defined( cplusplus) } #endif 更详细地, 请查 MSDN 的关键字 stdcall, cdecl,winap,callback,extern C, declspec 等 2) 关于 C 语言生成的汇编码 1. 函数参数压栈时所占的字节数 char,int 占 2 字节 ; long,float 占 4 字节 ; double 占 8 字节 ; 近指针占 2 字节 ( 只有偏移 ); 远指针占 4 字节 ( 段地址和偏移 ) 2. 函数的返回值若函数返回值为 char int 或近指针, 则返回值须放于 AX 寄存器中 ; 若函数返回值为 long 或远指针, 则返回值的低字部分 ( 或远指针的偏移部分 ) 须放于 AX 寄存器中, 高字部分 ( 或远指针的段地址部分 ) 须放于 DX 寄存器中 3. 局部变量最开始的两个局部变量会自动使用 SI 或 DI 寄存器存储, 其余局部变量均存放在栈中 4. 全局变量全局变量和静态变量均存放于数据段 ( 也叫堆,heap) 中, 而不是栈中 89

90 5. 生成的段名对只生成一个代码段的编译内存模型 (tiny,small,compact) 代码段的段名为 _TEXT, 其它内存模型 (medium,large,huge) 生成的代码段段名为 模块名 _TEXT 数据段分 _DATA 段 ( 存放已初始化的全局变量 ) 和 _BSS 段 ( 存放未初始化的全局变量 ) 两种, 这两种数据段最后会被用 group 伪指令强行合成一个段组, 段组名为 DGROUP 将所有未初始化的全局变量专门放在一个段中的目的是为了使生成的 EXE 长度短 (BSS 段不占 EXE 长度,BSS 段只说明了要用到的内存大小, 在程序加载时再为 BSS 段分配空间 ) BSS 意为 block starded by symbol, 用于保存未初始化的符号 bss 是可执行文件中的一段 所谓的未初始化是说, 此段仅包含了变量的符号和相关信息, 由于变量具体的值还不知道, 所以未给这些变量分配空间 在程序被加载时,bss 段被扩充 ( 为变量分配空间 ) 并映射到内存中的 " 未初始化数据区 ", 而实际上相应的值被统一初始化为 0( 在高级语言的编译器中是这样做的 ) 注 : 如果 EXE 文件是被固化在 ROM 中, 则 EXE 文件的长度就很重要了, 仅当程序开始运行时, 才需为 BSS 中的数据分配空间 BSS 节对应数据段里未初始化的数据部分 我们不想让未初始化的数据占用文件空间, 但是进程映象必须保证能够分配足够的内存空间 BSS 节位于数据段尾部, 任何超过文件尺寸的定位都假设位于该节中 Stack free memory Heap _BSS _DATA static memory _TEXT _text: 代码段 _data 已初化的全局变量和静态变量 _bss 未初化的全局变量 Heap: malloc() / new 动态内存分配区 Stack: 函数返回地址 / 局部变量等 C 语言生成程序的内存映像 6. 声明被外部调用的过程凡是本模块中定义的全局变量和函数都须用 public 伪指令声明, 以便连接时, 其它模块能使用这些全局变量和函数 凡是在本模块中使用的在其它模块中定义的全局变量和函数, 均必须在本模块中用 extrn(extern) 伪指令说明其类型 7. 可以自由使用的寄存器在子程序中, 可自由使用 BX CX ES 寄存器 若使用其它寄存器, 必须进行保护 8. 编译内存模型问题 tiny,small 内存模型生成的代码和数据指针均为近指针 ; compact 模型生成的代码为近指针, 数据为远指针 ; medium 模型生成的数据为近指针, 代码为远指针 ; large,huge 模型生成的代码和数据指针均为远指针 90

91 生成的子程序的结构 (Standard Stack Frame) _subproc proc near ( 假设选择的是近代码 ) push bp mov bp,sp mov sp,bp pop bp ret _subproc endp 怎样使 c 语言生成汇编码, 以便进行分析以 Turbo C 为例 : C>tcc -S -ms v test.c 将产生对应的 test.asm 其中,-S( 要大写!) 表示要生成汇编码,-ms 表示以 small 内存模型编译 ( 其它模型 :-mt,- mm,-mc,-ml,mh),-v 表示要生成调试信息 怎样方便地分析 c 语言生成的汇编码可使用 Turbo Debugger 进行 c 和汇编码的对照分析 C>TD test.exe 注 : 若想在 Visual C 中观察生成的汇编代码片断, 可按 F10 或 F11 键, 跟踪 c 语言程序, 右击鼠标, 选 Go to Disassembly, 则出现汇编窗口 ( 选中 byte code 还会同时显示机器码 ), 可按 F10 单步跟踪执行 其中使用的都是 32 位寄存器, 如 eax,esp,ebp 等, 显示的是 32 位线性地址 char,int,long 等数据类型都分配 32 位内存空间 注意,char 类型数组, 每个 char 仍占 1 字节 局部数组在栈中分配空间时, 如 char s[20],s[0] 位于 20 字节栈空间的低端,s[19] 位于 20 字节栈空间的高端 跟踪时观察各寄存器值的方法与观察变量值的方法相同, 即在右下角 Watch 窗口中的 Name 栏中输入 寄存器名 [, 显示格式 ], 例如 : esp,0x ebp eax s[0],02x 以下是 TC 2.0 生成的汇编码举例 : /*TEST.C*/ int sum; main() { sum=add(10,20); } int add(int a,int b) { int t; t=a+b; return t; } 进入 _add 后, 执行完 mov bp,sp 后的栈顶框架如下 : bp+8->20 (b) bp+6->10 (a) bp+4->ip ( 返回的偏移 ) 91

92 bp+2->si (push si) bp+0->bp (push bp, mov bp,sp) /* 生成的 TEST.ASM 片段 */ _main proc near mov ax,20 push ax mov ax,10 push ax call near ptr _add pop cx pop cx mov word ptr dgroup:_sum,ax ret _main endp _add proc near push si push bp mov bp,sp mov si,word ptr [bp+6] add si,word ptr [bp+8] mov ax,si mov sp,bp pop bp pop si ret _add endp public _sum public _add public _main 更全面的例子见附件 16 3)C 语言调用汇编子程序的例子 4) 相关问题 1. 关于 END 问题由于在 C 语言初始化模块 c0s.obj 中已指明程序的入口地址是 main(), 所以在汇编程序中, 程序结束的 END 伪指令后不能再指定程序的入口地址, 否则连接时会出错 2. 怎样连接 c 语言和汇编语言生成的 OBJ 模块 a) 编译 & 汇编 对 c 语言进行编译 ( 不要进行连接 ) C>tcc -ms -c test.c 将生成 test.obj 其中 -c 表示 compile only 若要包括调试信息, 请加 -v 开关 以上用菜单操作也可 对汇编语言进行汇编 C>tasm add.asm 将生成 add.obj 若要包括调试信息, 请加 -zi 开关 92

93 b) 对 OBJ 进行连接 C>tlink c0s.obj+test.obj+add.obj,project.exe,,cs.lib 将生成 project.exe 其中, c0s.obj 是 small 内存模型对应的 c 语言初始化模块, 连接时必须作为第一个 OBJ 出现 其它模型对应的初始化模块分别为 c0t.obj, c0c.obj, c0m.obj, c0l.obj, c0h.obj 请查看 LIB 子目录中是否存在该模块文件 cs.lib 是 tiny 和 samll 内存模型对应的 c 语言标准库 其它模型对应的初始化模块分别为 cm.lib, cc.lib, cl.lib, ch.lib 请相看 LIB 子目录中是否存在对应的库文件 如果 c 语言中还用到了非标准库函数, 需再加入相应的库 ( 如 maths.lib,grahics.lib,emu.lib 或 fp87.lib 等 ) 要注意, 若以上的 c0s.obj 和 cs.lib 不在当前目录中 ( 一般在 LIB 目录中 ), 连接时, 需指明其所在路径 例如 : C>tlink lib\c0s.obj+test.obj+add.obj+lib\cs.lib+emu.lib,project.exe 其它说明 : tasm 汇编后, 默认将所有的符号全转换成大写, 可用 -mu 开关禁止 tasm 转换成大写 tlink 连接时, 默认不区分符号的大小写 若要区分大小写, 可使用 -c 开关 这是以上我们在 tasm 时未用 -mu 开关的原因 另外, 若想在 Turbo Debugger 中能得到汇编源程序与生成指令的完整对照 ( 即使生成的 EXE 中包含 DEBUG 信息 ), 必须在 TASM 汇编时带 /Zi 开关, 在 TLINK 时带 /v 开关 c) 实例 /*C 语言程序 TEST.C*/: extern int add(int,int); int sum; main() { sum=add(2,3); printf( sum=%d,sum); } ;;;;; 汇编程序 TESTADD.ASM:.model small.code public _add _add proc near push bp mov bp,sp mov ax,word ptr [bp+4] add ax,word ptr [bp+6] pop bp ret _add endp end 本汇编程序比自动生成的 _add 进行了优化, 执行完 mov bp,sp 后的栈顶框架如下 : bp+6->3 bp+4->2 bp+2->ip ( 返回的偏移 ) 93

94 bp+0->bp (push bp, mov bp,sp) 以上程序编译连接的步骤如下 : C>tcc -c -ms test.c C>tasm testadd.asm C>tlink lib\c0s.obj+test.obj+testadd.obj+lib\cs.lib,test.exe 生成 test.exe C>test 显示 sum=5 补充 :Win32 下 C 和汇编的混合编程混合编程的关键是两种语言的接口问题, 解决方法 : A. 在 C 程序中直接嵌套汇编代码 ; B. 由 C 主程序调用汇编子程序 ;( 使用更广, 功能更强 ) 当然汇编程序也可以调用 C 函数 C 语言中直接嵌入汇编代码关键字 asm, 为了向上兼容, 也支持 _asm 格式 : asm{ 汇编语句汇编语句 } 内嵌汇编中有一些限制, 如不能使用 byte,word,dword 等语句定义数据, 操作码必须使用有效的 80x86 指令 内嵌汇编语句的操作数是 : A 寄存器 ; B 局部变量 全局变量和函数参数 ; C 结构成员 ;( 可以直接用 结构名. 成员名, 如果结构的地址已存入寄存器中, 可用 [ 寄存器 ]. 成员名 ) C 程序调用汇编子程序该种方法使用最广, 功能最强,C 和汇编源程序各自分别编写, 遵循各自的书写规则 C 模块可调用汇编模块的子程序和全局变量, 反过来汇编模块可调用 C 模块的函数和全局变量 a) C 模块使用汇编模块中的变量 C 模块中的 char int 等数据类型和汇编模块中的数据类型的相互对应关系 : C 变量类型 汇编变量类型 大 小 char sbyte 1B short sword 2B int sdword 4B long sdword 4B unsigned char byte 1B unsigned short word 2B unsigned int dword 4B unsigned long dword 4B 指针 dword 4B 如果 C 模块需要调用汇编模块中的全局变量, 则在汇编模块中变量名前需加下划线开 头 94

95 例如 : 汇编模块中 : _strtitle sbyte Tongji University _xval sdword 100 用 public 声明允许外部模块访问该变量 : public _strtitle public _xval C 模块中用 extern 声明变量来自外部模块 : extern char strtitle[]; extern int xval; 之后, 在 C 模块中就可以使用这些变量了, 如 printf( %s, x=%d\n,strtitle,xval); 注意 : 在 C 模块中变量前必须去掉下划线, 因为在编译时, 会自动给这些变量名前加下划线, 这样在链接的时候才会一致 b) 汇编模块使用 C 模块中的变量在这里只要注意 C 模块中的变量在编译时会自动加一个下划线就 Ok 了 C 模块中用 public 声明变量可被外部模块调用 : public int a,b,c; 汇编模块中要使用 C 模块中声明的变量, 应使用 ENTRN 加以说明 : ENTRN _a:sdword, _b:sdword, _c:sdword 之后就可以在汇编语言中使用这些变量了, 如 MOV EAX,_a c) C 模块调用汇编模块中的子程序 汇编模块中子程序格式 : getnum PROC C x:sdword MOV eax,x ; 参数 x 在堆栈中 MOV eax,1 ; 返回值 RET getnum ENDP C 模块中用 extern 声明函数 : extern int getnum(int x); // 由于子程序的返回值为 eax, 所以返 // 回类型为 int 之后就可以在 C 模块中调用汇编子过程了 int num = getnum(x); d) 编译链接过程 具体步骤如下 : C>cl /c MyWork1.c 95

96 C>ml /c /coff MyWork2.asm ; 生成 coff 格式的 obj 文件, 并不直接生成 exe 文件 ; C>link MyWork1.obj MyWork2.obj /out:mywork.exe /subsystem:console; 表明程序为 Windows 下的控制台程序 ; 汇编模块调用 C 函数 在汇编模块使用 PROTO 声明 C 函数的名称 调用方式 参数类型等, 如 : function1 proto C px:ptr sdword, py:ptr sdword, pz:ptr sdword function2 proto C x:dword, y:dword, z:dword C 模块中用 extern 声明函数 : extern void function1(int *px,int *py,int *pz); extern int function2(int x,int y,int z); 96

97 第四部分参考资料 ( 网上 download 资料 ) 附件 0. Debug 资料大全 Debug-PC 之开山老祖 Debug 原意是杀虫子 这里是机器调试工具 其实,Debug 的由来, 还有一则趣闻, 在早期美国的一计算机房中, 科学家正在紧张的工作 同时, 许多台大型的计算机也在不停的运行着 大概是由于机器过热, 引来许多的小虫子, 以至于计算机无法正常运行 科学家们只好停下来捉虫子, 虫子捉完了, 计算机运行也正常了, 后来, 这个名词就沿用至今了 虽然, 现在好的软件越来越多了, 但是有些, 我们只需动手, 用 Debug 就可解决, 且快而好! 接下来, 我们就一起学习 Debug 在各方面的运用吧!( 在杀毒 加解密 系统...) 下面我和大家一起学习一些 Debug 的用法! DEBUG 是为汇编语言设计的一种高度工具, 它通过单步 设置断点等方式为汇编语言程序员提供了非常有效的调试手段 一 DEBUG 程序的调用在 DOS 的提示符下, 可键入命令 : C:\DEBUG [D:][PATH][FILENAME[.EXE][PARM1][PARM2] 其中, 文件名是被调试文件的名字 如用户键入文件, 该文件必须为可执行文件 (EXE), 则 DEBUG 将指定的文件装入存储器中, 用户可对其进行调试 如果未键入文件名, 则用户可以用当前存储器的内容工作, 或者用 DEBUG 命令 N 和 L 把需要的文件装入存储器后再进行调试 命令中的 D 指定驱动器 PATH 为路径,PARM1 和 PARM2 则为运行被调试文件时所需要的命令参数 在 DEBUG 程序调入后, 将出现提示符 -, 此时就可用 DEBUG 命令来调试程序 二 DEBUG 的主要命令 1 显示存储单元的命令 D(DUMP), 格式为 : -D[address] 或 -D[range] 例如, 按指定范围显示存储单元内容的方法为 : -d E4:0100 c c c G...8.G...G... 18E4: bb e CD B 37..;..h..M PQVW.7 18E4:0120 8B 其中 0100 至 0120 是 DEBUG 显示的单元内容, 左边用十六进制表示每个字节, 右边用 ASCII 字符表示每个字节, 表示不可显示的字符 这里没有指定段地址,D 命令自动显示 DS 段的内容 如果只指定首地址, 则显示从首地址开始的 80H 个字节的内容 如果完全没有指定地址, 则显示上一个 D 命令显示的最后一个单元后的内容 2 修改存储单元内容的命令有两种 输入命令 E(ENTER), 有两种格式如下 : 第一种格式可以用给定的内容表来替代指定范围的存储单元内容 命令格式为 : -E address [list] 例如,-E DS:100 F3 XYZ 8D 其中 F3,X,Y,Z,8d 和各占一个字节, 该命令可以用这五个字节来替代存储单元 DS: 0100 到 0104 的原先的内容 第二种格式则是采用逐个单元相继修改的方法 命令格式为 : -E address 例如,-E DS:100 97

98 则可能显示为 : 18E4: 如果需要把该单元的内容修改为 78, 则用户可以直接键入 78, 再按 " 空格 " 键可接着显示下一个单元的内容, 如下 : 18E4: B.- 这样, 用户可以不断修改相继单元的内容, 直到用 ENTER 键结束该命令为止 3 填写命令 F(FILL), 其格式为 : -F range list 例如 :-F 4BA: F3 xyz 8D 使 04BA:0100~0104 单元包含指定的五个字节的内容 如果 list 中的字节数超过指定的范围, 则忽略超过的项 ; 如果 list 的字节数小于指定的范围, 则重复使用 list 填入, 直到填满指定的所有单元为止 4 检查和修改寄存器内容的命令 R(register), 它有三种格式如下 : 1) 显示 CPU 内所有寄存器内容和标志位状态, 其格式为 : -R 例如,-r AX=0000 BX=0000 CX=010A DX=0000 SP=FFFE BP=0000 SI=0000 DI=0000 DS=18E4 ES=18E4 SS=18E4 CS=18E4 IP=0100 NV UP DI PL NZ NA PO NC 18E4:0100 C MOV WORD PTR [0204],0138 DS:0204=0000 2) 显示和修改某个寄存器内容, 其格式为 : -R register name 例如, 键入 -R AX 系统将响应如下 : AX F1F4 : 即 AX 寄存器的当前内容为 F1F4, 如不修改则按 ENTER 键, 否则, 可键入欲修改的内容, 如 : -R bx BX 0369 :059F 则把 BX 寄存器的内容修改为 059F 3) 显示和修改标志位状态, 命令格式为 : -RF 系统将响应, 如 : OV DN EI NG ZR AC PE CY- 此时, 如不修改其内容可按 ENTER 键, 否则, 可键入欲修改的内容, 如 : OV DN EI NG ZR AC PE CY-PONZDINV 即可, 可见键入的顺序可以是任意的 5 运行命令 G, 其格式为 : -G[=address1][address2[address3 ] 其中, 地址 1 指定了运行的起始地址, 如不指定则从当前的 CS:IP 开始运行 后面的地址均为断点地址, 当指令执行到断点时, 就停止执行并显示当前所有寄存器及标志位的内容, 和下一条将要执行的指令 6 跟踪命令 T(Trace), 有两种格式 : 1) 逐条指令跟踪 -T [=address] 从指定地址起执行一条指令后停下来, 显示所有寄存器内容及标志位的值 如未指定地址则 98

99 从当前的 CS:IP 开始执行 2) 多条指令跟踪 -T [=address][value] 从指定地址起执行 n 条指令后停下来,n 由 value 指定 7 汇编命令 A(Assemble), 其格式为 : -A[address] 该命令允许键入汇编语言语句, 并能把它们汇编成机器代码, 相继地存放在从指定地址开始的存储区中 必须注意 :DEBUG 把键入的数字均看成十六进制数 8 反汇编命令 U(Unassemble) 有两种格式 1) 从指定地址开始, 反汇编 32 个字节, 其格式为 : -U[address] 例如 : -u100 18E4:0100 C MOV WORD PTR[0204], E4:0106 C MOV WORD PTR[0206], E4:010C C MOV WORD PTR[0208], E4:0112 BBO4O2 MOV BX, E4:0115 E80200 CALL 011A 18E4:0118 CD20 INT 20 18E4:011A 50 PUSH AX 18E4:011B 51 PUSH CX 18E4:011C 56 PUSH SI 18E4:011D 57 PUSH DI 18E4:011E 8B37 MOV SI,[BX] 如果地址被省略, 则从上一个 U 命令的最后一条指令的下一个单元开始显示 32 个字节 2) 对指定范围内的存储单元进行反汇编, 格式为 : -U[range] 例如 : -u100 10c 18E4:0100 C MOV WORD PTR[0204], E4:0106 C MOV WORD PTR[0206], E4:010C C MOV WORD PTR[0208],0202 或 -u E4:0100 C MOV WORD PTR[0204], E4:0106 C MOV WORD PTR[0206], E4:010C C MOV WORD PTR[0208],0202 可见这两种格式是等效的 9 命名命令 N(Name), 其格式为 : -N filespecs [filespecs] 命令把两个文件标识符格式化在 CS:5CH 和 CS:6CH 的两个文件控制块中, 以便在其后用 L 或 W 命令把文件装入存盘 filespecs 的格式可以是 : [d:][path] filename[.ext] 例如, -N myprog -L 99

100 - 可把文件 myprog 装入存储器 10 装入命令 L(Load), 有两种功能 1) 把磁盘上指定扇区范围的内容装入到存储器从指定地址开始的区域中 其格式为 : -L[address[drive sector sector] 2) 装入指定文件, 其格式为 : -L[address] 此命令装入已在 CS:5CH 中格式化了文件控制块所指定的文件 如未指定地址, 则装入 CS: 0100 开始的存储区中 11 写命令 W(Write), 有两种功能 1) 把数据写入磁盘的指定扇区 其格式为 : -W address drive sector sector 2) 把数据写入指定的文件中 其格式为 : -W[address] 此命令把指定的存储区中的数据写入由 CS:5CH 处的文件控制块所指定的文件中 如未指定地址则数据从 CS:0100 开始 要写入文件的字节数应先放入 BX 和 CX 中 12 退出 DEBUG 命令 Q(Quit), 其格式为 : -Q 它退出 DEBUG, 返回 DOS 本命令并无存盘功能, 如需存盘应先使用 W 命令 问题 : 初学者问一个低级问题, 执行 debug-a 后, 如果有一行输入错误, 如何更改这一行? 回答 : 加入进行如下输入 : D:\PWIN95\Desktop>debug -a 2129:0100 movax, :0103 movbx, :0106 movcx, :0109 此时, 发现 mov bx,200 一句错误, 应为 mov bx,20, 可以敲回车返回 "-" 状态, 然后输入 : -a Debug 实战 1. 查看主板的生产日期, 版本 D ffff:05 D fe00:0e 2. 模拟 Rest 键功能 A :100 jmp ffff:0000 :105 g 3. 快速格式化软盘 L * 插入一张己格式化软盘 W * 放入一张欲格式化软盘注 :* 分别为 :720K e 1.2M id 1.44M

101 4. 硬盘格式化两种方法 (1)G=c800:05 (2) A 100 mov ax,0703 mov cx,0001 mov dx,0080 int 13 int 3 g 加速键盘 A mov ax,0305 mov bx,0000 int 16 int 20 rcx 10 n fast.com w q 6. 关闭显示器 ( 恢复时, 按任意键 ) A mov ax,1201 mov bl,36 int 10 mov ah,0 int 16 mov ax,1200 int 10 rcx 10 n crtof.com w q 7. 硬盘 DOS 引导记录的修复在软驱中放入一张己格式化软盘 debug -l w 把软盘放入故障机软驱中 debug -l w q 8. 清 coms 中 setup 口令 debug -a mov bx,0038 mov cx,0000 mov ax,bx out 70,al 101

102 inc cx cmp cx,0006 jnz 0106 int 20 -rcx :20 -nclearpassword.com -w -q 注 : 以上适合 super 与 dtk 机, 对于 ast 机, 因为他的口令放在 coms 的 4ch-51h 地址处, 只要将 :mov bx,0038 改为 : mov bx,004c 即可 9. 将 coms 数据清为初始化 -o 70,10 -o 71,10 -g -q 10. 将硬盘主引导记录保存到文件中 debug -a mov ax,0201 mov bx,0200 mov cx,0001 mov dx,0080 int 13 int 3 -rcx :200 -nboot.dat -w -q 11. 调用中断实现重启计算机 ( 可以成文件 ) debug -a int 19 int 20 -rcx :2 -nreset.com -w -q 标志名称 溢出 OF 表 1 DEBUG 中标志位的符号表示 方向 DF 中断 IF 负号 SF 零 ZF 辅助进位 AF 奇偶 PF 进位 CF 置位状态 OV DN EI NG ZR AC PE CY 复位状态 NV UP DI PL NZ NA PO NC 命令格式 表 2 DEBUG 命令及其含义 功能说明 102

103 [ 地址 ] 输入汇编指令 C [ 范围 ] 起始地址 对由 范围 指定的区域与 起始地址 指定的同大小区域进行比较, 显示不相同的单元 D [ 范围 ] 显示指定范围内的内存单元内容 E 地址字节值表 用值表中的值替换从 地址 开始的内存单元内容 F 范围字节值表 用指定的字节值表来填充内存区域 G [= 起始地址 ] [ 断点地址 ] 从起点 ( 或当前地点 ) 开始执行, 到终点结束 H 数值 1 数值 2 显示二个十六进制数值之和 差 端口地址 从端口输入 L [ 地址 [ 驱动器号扇区扇区数 ]] 从磁盘读 M 范围地址 把 范围 内的字节值传送到从 地址 开始的单元 N 文件标识符 [ 文件标识符 ] 指定文件名, 为读 / 写文件做准备 O 端口地址字节值 向端口输出 P [= 地址 ] [ 指令数 ] 按执行过程, 但不进入子程序调用或软中断 Q 退出 DEBUG, 不保存正在调试的文件 R [ 寄存器名 ] 显示和修改寄存器内容 S 范围字节值表 在内存区域内搜索指定的字节值表 如果找到, 显示起始地址, 否则, 什么也不显示 T [= 地址 ] [ 指令数 ] 跟踪执行, 从起点 ( 或当前地点 ) 执行若干条指令 U [ 范围 ] 反汇编, 显示机器码所对应的汇编指令 W [ 地址 [ 驱动器号扇区扇区数 ]] 向磁盘写内容,(BX CX) 为写入字节数 103

104 附件 1. CMOS 参数结构 CMOS 实际上存放的是计算机的系统时钟和硬件配置方面的一些信息, 供系统引导时读取 ; 同时初始化计算机各个部件的状态, 总共有 128 个字节, 存放在 RAM 芯片中 具体内容如下 ( 以 Award CMOS 为例 ): a b c d e f H FF FF FF 秒秒报警分分报警小时时报警星期日 H 月年寄存器 A 寄存器 B 寄存器 C 寄存器 D 诊断下电 H E 00 F F 软驱密码域硬盘设备基本内存扩充 H 7C 00 2E F 内存硬盘类型 密码数据位 a b c d e f H E 未知 H 0F 00 FF 00 FF 00 E F 未知 H C FF 00 FF 00 FF 00 FF 00 世纪值 > 未知 H 7D AA 00 0F B 00 E 未知 上述的内容参考了其他资料, 所以不一定完全正确 在 38H-3BH 这四个字节中, 由于 39H 和 3BH 这两个字节一直为 00H, 所以就略过, 那么 CMOS 密码的关键就集中到了 38H 和 3AH 这两个字节上 先介绍一点 Award 的密码规则,Award 允许一位至八位密码, 每一个字符的范围由 20H-7FH, 也就是由空格到 ASCII 码的 127 号 想必大家已经发现了, 八个字符要放到两个字节中去, 好象不压缩一下是不行的 的确,Award 是将其压缩了, 但是不是普通的压缩方法, 我想 Award 另有将其加密的想法, 因为在 CMOS 中空位还很多, 要想放八个字节看来是没有什么问题的, 不过这么裸露的密码就更加没有什么用处了 通常的压缩方式有无损压缩, 如 zip,arj 等, 或者是有损压缩, 象 mpeg,jpeg 等 但是对这么几个字节, 这些方法就没有什么用武之地了, 而且压缩过的东西, 应该是可以还原的, 否则压来压去就没有什么意义了 不过 Award 的方法就不同了, 他不仅仅进行了超级的有损压缩用的是 HASH 算法, 而且这种压缩是不可还原的, 下面就给出他的加密压缩方法 ( 以下数值, 运算均基于 16 进制 ): 假如有一密码, 八位, 记为 :ABCDEFGH( 每一位的取值范围为 20H-7FH), 将其按下列公式运算 : H+4*G+10*F+40*E+100*D+400*C+1000*B+4000*A 将结果按由低到高保存到 :H1,H2,H3, 字节中, 然后将 H2 保存到地址 :3AH 中, 将 H1 和 H3 的和保存到 38H 中 如果密码不足八位, 以此类推 下面举一实例 : 我的密码为 :r*vte,ascii 码为 :72H 2AH 76H 74H 65H, 按公式运算得 :72* A* * *4 + 65=8615, 于是 H1=00H,H2=86H,H3=15H, 所 104

105 以 3AH 的值为 86H,38H 的值为 15H 看来密码就这么简单, 在你每次输入密码的时候,BIOS 将其算算, 再与 CMOS 中的值比较一下, 如果一样就放行, 否则免谈 在 CMOS SETUP 中的 BIOS FEATURES SETUP 选项中有 SECURITY OPTION 一栏 若把它设为 SETUP 状态, 则只有在进入 CMOS SETUP 时才询问密码 若把它设为 SYSTEM ( 或 ALWAYS) 状态, 则无论正常引导或进入 CMOS SETUP 都要询问密码 当接通电源时, 首先被执行的是 BIOS 中的加电自检程序 POST 对整个系统进行检测, 包括对 CMOS RAM 中的配置信息作累加和测试 该累加和与原来的存贮结果进行比较, 当两者相吻合时 CMOS RAM 中的配置有效, 自检继续进行 ; 当两者不相等时, 系统报告错误, 要求重新配置, 并自动取 BIOS 的默认值设置, 原有口令被忽略, 此时可进入 BIOS SETUP 界面 因此, 当口令保护被设为 Setup 级时可以利用这一点往 CMOS RAM 中的任一单元写入一个数, 破坏 CMOS 的累加测试值, 即可达到清除口令的目的 CMOS 在 DOS 系统中的访问端口为 : 地址端口 70h, 数据端口 71h 105

106 附件 2. BIOS 数据区说明 :(V1.0) 本网页内容, 对于普通 DIY 来说是没有意义的 ; 但对于某些 高手 可是很重要的 本页只是让大家了解一下 BIOS 各数据区的内容说明 段地址 :00H 偏移类型内容 0000H 256 双字中断向量表 0300H 256 字节在自检和引导时作为缓冲区使用 400H 字计算机上 0 号 RS232-1 适配器的基地址, 通常为 3F8H 402H 字计算机上 1 号 RS232-1 适配器的基地址, 通常为 2F8H 404H 字计算机上 2 号 RS232-1 适配器的基地址 406H 字计算机上 3 号 RS232-1 适配器的基地址 408H 字计算机上 0 号并行打印机适配器的基地址, 通常为 378H 40AH 字计算机上 1 号并行打印机适配器的基地址 40CH 字计算机上 2 号并行打印机适配器的基地址 40EH 字计算机上 3 号并行打印机适配器的基地址 (PS2 型此值为扩展 BIOS 数据区段地址 ) 410H 字该字保存与计算机连接的设备编码表,BIOS 中断 11H( 设备测定 ) 可返回此信息 位 0 软驱安装标志, 此位为 0 表示没有软驱 1 数字协处理器安装标志, 此位为 0 表示未安装协处理器 3-2 系统板 RAM 的大小, 适用于一些旧机型,PS2 型未使用 00=16K,01=32K,10=48K, 11=64K) 5-4 初始显示方式 (00=AG,01=CGA-40,10=CGA-80,11=MDA-80) 7-6 软驱的数量, 公当位 0 为 1 时有效,00=1,01=2,10=3,11=4 8 DMA 标志 9-11 所连 RS232 适配器数 12 连有游戏 I/O 13 不用 (PS2 型为内置 MODEM 安装标志, 此位为 0 表示没有安装 ) 所连打印机适配器数 412H 字节 初始测试标志 ( 红外线键盘连接错误单元 /?) 413H 字 该字给出打印机可用 RAM 的容量, 基本内存容量为 0-10K, 以千字节为单位 BIOS 中断 12H( 内存大小测定 ) 可返回此信息 415H 字 I/O 通道的存储器容量 (PS2 型,BIOS 控制标志 ) 417H 字节 这是第一个键盘状态字, 通过编码, 使每位均有特定的含义, 具体格式如下 : 位 0 表示键盘右边的 Shift 键当前是否被按下 (1 表示按下,0 表示未按下 ) 1 表示键盘左边的 Shift 键当前是否被按下 (1 表示按下,0 表示未按下 ) 2 表明 Ctrl 键当前是否按下 (1 表示按下,0 表示未按下 ) 3 表明 Alt 键当前是否按下 (1 表示按下,0 表示未按下 ) 4 屏幕 (Scroll) 锁定开关键状态 (1 表示屏幕锁定处于开,0 表示关 ) 5 数字 (Num Lock) 锁定开关键状态 (1 表示数字锁定处于开,0 表示关 ) 6 大写字母 (Caps Lock) 开关键状态 (1 表示 Caps Lock 处于开,0 表示关 ) 7 插入状态, 它表明 Ins 键是否已按下, 以使计算机进入 插入 方式,1 表示插入状态正工作,0 表明未动作 418H 字节 这是第二个键盘状态字, 其格式如下 : 位 0 表示键盘左边 Ctrl 键当前是否被按下 (1 表示按下,0 表示未按下 ) 1 表示键盘左边 Alt 键当前是否被按下 (1 表示按下,0 表示未按下 ) 2 如按下 Ctrl+Alt+Del 键, 则该位为 1 3 如果系统键 (Ctrl 和 Num Lock) 接下且保持住, 则该位为 1, 当这个系统键依次按下时, 106

107 BIOS 暂停处理, 直至下键按下为止 但它仍响应中断 4 表明屏幕 (Scrool) 锁定键当前是否按下 (1 表示按下,0 表示未按下 ) 5 表明数字 (Num Lock) 锁定键当前是否按下 (1 表示按下,0 表示未按下 ) 6 表明大写字母 (Caps Lock) 锁定键当前是否按下 (1 表示按下,0 表示未按下 ) 7 表明 Ins 键当前是否按下 (1 表示按下,0 表示未按下 ) 419H 字节为 Alt 和数字键盘键入的数而保留 ( 按住 ALT+ 数字, 可直接得到相应的 ASCII 码 ) 41AH 字指向键盘缓冲区首址 41CH 字指向键盘缓冲区尾址, 当该值等于前一字的值时, 说明缓冲区满 41EH 43EH 43FH 32 字节 字节 字节 循环键盘缓冲区, 它保存键盘键入的字符, 直到程序可以接收这些字符为止, 前两个字指向此缓冲区的当前是首和尾 表示磁盘驱动器的搜索状态,0-3 位分别对应于驱动器 如果这些位中有一位为 0, 则表示在搜索磁道之前, 必须重新校准相应的驱动器 位 4-6 未使用, 位 7 为中断标志位, 为 1 表示中断发生 表示磁盘驱动器的马达状态,0-3 位分别对应于驱动器 0-3, 如果某位被置为 1, 则相应驱动器的马达正在转动 位 4-6 未使用, 位 7 为 1 表示现行操作是写 440H 字节 保存一个表明驱动器马达接通多长时间的计数, 每个时钟节拍, 计数减 1, 当计数为 0 明马达停转 ( 根据 INT8 计时 ) 441H 字节 表明磁盘工作状态, 它被编码, 通过使相应位置 1 来表示一个特定的状态, 格式如下 : 值 00H 正确 01H 送给磁盘控制器的是无效命令 02H 在盘上未找到地址标记 03H 试图在有写保护的盘上写操作 04H 所请求扇区未找到 08H 驱动器 DMA 错 09H 试图使 DMA 对 64KB 存储体进行存取 10H 循环冗余校验 (CRC) 错 20H NEC 磁盘控制器片出现错误 40H 无效的查找操作 80H 延时, 没有响应 442H 7 字节 从 NEC 磁盘驱动器返回的七个字节状态信息 ( 参见 FDC) 449H 字节 指明当前视频方式, 参见 INT 10H 44AH 字 指明显示屏幕的当前列数 44CH 字 指明一个显示页面的字节数, 它随时视频方式的不同而变化 80*25 方式 =1000H 字节, 40*25 方式 =800H 字节, 图形方式 =4000H 字节 44EH 字 指明当前显示页面的地址, 即显示在当前显示屏幕的显示页面 450H 460H 8 字 字节 每个字均表示有关显示页面内当前光标的位置, 每个字的第一字节表示列, 第二字节表示行 ( 改变这个字节并不能立刻改变显示 ) 表明光标的形状, 此字节表示光标字符点阵的最下一行的行号,10H 功能调用 1 设置此光标形状 ( 不要直接更改此字节 ) 461H 字节 此字节表示光标字符点阵的最上一行的行号 10H 功能调用 1 设置此光标形状 ( 不要直接更改此字节 ) 462H 字节 表明工作显示页面号, 由 10H 功能调用 5 设置 463H 字 表明当前工作显示板的口地址 3BCH= 单色,3D4H= 彩色 465H 字节 表明 6845 芯片的方式寄存器的当前值 ( 端口 :3X8H) 466H 字节 表示当前显示控制面板的设置 10H 功能调用 0BH 可设置当前面板 ( 端口 :3D9H) 467H 46CH 5 字节 双字 PC 中, 这 5 个字节用以表示磁带控制的定时计数字 CRC 寄存器字和最后输入数值字节, 在 AT 中, 这 5 个字节作为端口使用, 从 467H 开始的双字长是一个指针, 它指向 BIOS 开关使 80X86 由保护虚地址方式转到实地址方式时控制返回的位置 这是 BIOS 作为时钟计数器的一个双字单元, 时钟第步进一次, 此值增加一次, 其值为 0, 表示一天开始 ( 午夜 ), 当此计数器达到一天结束的值时, 计数器清 0, 且字节 470H 置 1 中断 1AH 功能调用 0 可从此双字单元中读取一天的时间 107

108 470H 字节 这是一个时钟翻转字节 当时钟计数器达到一天结束且复位时, 此字节置 1 以表明新的一天开始 中断 1AH 功能调用 0 在读取这一天的时间后, 将此字节复位 471H 字节 位 7 为 1 表示 BREAK 键按下 (INT 9 设置此标志 ) 472H 字 由软件设置复位功能标志或直接跳转 FFFF:0 重启动 值 1234H 热启动 5678H 系统中止 9ABCH 在制造商检测时使用 474H 字节 硬盘状态 值 00H 正确 01H 送给磁盘控制器的是无效命令或参数 02H 在盘上未找到地址标记 03H 试图在有写保护的盘上进行写操作 04H 所请求扇区未找到 05H 重新复位失败 07H 操作失效 08H DMA 错 09H 试图使 DMA 对 64K 存储体进行存取 0AH 坏的扇区标志 0BH 坏磁道已清除 0DH 扇区号 格式错 0EH 控制数据地址已清除 0FH DMA 超出限制 10H 循环冗余校验 CRC 错 11H ECC 数据错 20H NEC 磁盘控制器片出现错误 40H 无效的查找操作 80H 延时, 没有响应 AAH 没准备好 BBH 发生错误, 定义不正确 CCH 写错误 E0H 寄存器错误 FFH 磁盘检测失败 475H 字节 硬盘设备数 476H 字节 磁盘适配器控制 477H 字节 硬盘适配器端口 478H 字节 测试打印机 0 的超时值 479H 字节 测试打印机 1 的超时值 47AH 字节 测试打印机 2 的超时值 47BH 字节 测试打印机 3 的超时值 (PS2 型除外 ) 47CH 字节 测试 0 号 RS232 超时值 47DH 字节测试 1 号 RS232 超时值 47EH 字节测试 2 号 RS232 超时值 47FH 字节测试 3 号 RS232 超时值 480H 字指向存放键盘输入字符的循环缓冲区首址 482H 字指向存放键盘输入字符的循环缓冲区尾址 484H 字节显示字符的列数 其值为显示字符的列数减 1(EGA 以上有效 ) 485H 字每个字符高度 (EGA 以上有效 ) 487H 字节显示控制状态 (EGA 以上有效 )1 108

109 位 0 光标仿真模式状态 (1 为开启 ) 1 单色显示系统状态 (1 为启用 ) 2 保留 3 显示系统空闲状态 (1 为空闲 ) 4 保留 6-5 显存容量 (00=64K,01=128K,10=192K,11=256K) 7 显示模式可用状态 488H 字节 显示控制状态 2(EGA 以上有效 ) 位 0 SW1(1= 关闭 ) 1 SW2(1= 关闭 ) 2 SW3(1= 关闭 ) 3 SW4(1= 关闭 ) 4? 5? 6? 7? 489H 字节 显示控制状态 3(MCGA 或 VGA 有效 ) 位 0 VGA 模式状态 1 灰度模式状态 2 单色显示状态 3 使用默认模式 保留 6 显示状态开关 7 -- 值位 7 位 线模式 线模式 线模式 1 1 保留 48AH 字节 显示适配器 DCC 索引 48BH 字节 最后磁盘数据率 位 3-0 保留 5-4 步进时间 7-6 数据传输率 48CH 字节 硬盘状态 48DH 字节 硬盘错误 48EH 字节 硬盘中断标志 48FH 字节 位 0 为 1, 表示硬盘和软盘使用一个控制卡 490H 字节 驱动器 0 介质状态 491H 字节 驱动器 1 介质状态 492H 字节 驱动器 0 的起始状态 493H 字节 驱动器 2 的起始状态 494H 字节 驱动器 0 磁道数 495H 字节 驱动器 1 磁道数 109

110 496H 字节键盘类型和方式, 各位含义为 : 位 0 E1H 隐含码最后 1 E0H 隐含码最后 2 右 Ctrl 键按下 3 右 Alt 键按下 4 101/102 键盘 5 若读标识和键盘, 则强置 Num Lock 6 最后的字符是第一个 ID 字符 7 读键盘的 ID 497H 字节键盘标志 位 0-2 LED 状态位 3 保留 4 收到消息 5 重发接收标志 6 方式指示器更新 7 键盘传送错误标志 498H 双字等待完成标志的偏移地址 49AH 双字用户等待计数 ( 低位字 ), 以微秒为单位 49EH 字用户等待计数 ( 高位字 ), 以微秒为单位 4A0H 字节 RTC 等待激活标志 80 表示等待时间已过 4A1H 7 字节这 7 个字节用于局域网 4A8H 双字这双字指向保存视频系统的指针表 指针表格式为 : 偏移值 类型 指向 00H DD 视频参数 04H DD 参数保存区 08H DD 字母字符集 0CH DD 图形字符集 10H DD 第二个保存指针表 14H DD 保留 18H DD 保留 第二个指针表格式为 : 偏移值 类型 功能或指向 00H DW 这个表的字节 02H DD 组合码表 06H DD 第二个字母字符集 0AH DD 用户调色板表 0EH DD 保留 12H DD 保留 16H DD 保留 4ACH 8 字节 保留 4B4H 字节 键盘 NMI 控制标志 ( 可变 ) 4B5H 双字 键盘中断中标志 ( 可变 ) 4B9H 字节 端口 60 单字节队列 ( 可变 ) 4BAH 字节 最后的键盘扫描码 ( 可变 ) 4BBH 字节 NMI 缓冲头位置 ( 可变 ) 4BCH 字节 NMI 缓冲头位置 ( 可变 ) 4BDH 16 字节 NMI 扫描码缓冲 ( 可变 ) 4CEH 字 日期计数 ( 可变 ) 4F0H 16 字节? 110

111 附件 3. PC I/O 地址分配 I/O 地址功能 用途 0 DMA 信道 0, 内存地址寄存器 (DMA 控制器 1(8237)) 1 DMA 信道 0, 传输计数寄存器 2 DMA 信道 1, 内存地址寄存器 3 DMA 信道 1, 传输计数寄存器 4 DMA 信道 2, 内存地址寄存器 5 DMA 信道 2, 传输计数寄存器 6 DMA 信道 3, 内存地址寄存器 7 DMA 信道 3, 传输计数寄存器 8 DMA 信道 0-3 的状态寄存器 AH DMA 信道 0-3 的屏蔽寄存器 BH DMA 信道 0-3 的方式寄存器 CH DMA 清除字节指针 DH DMA 主清除字节 EH DMA 信道 0-3 的清屏蔽寄存器 FH DMA 信道 0-3 的写屏蔽寄存器 19H DMA 起始寄存器 20H-3FH 可编程中断控制器 1(8259) 使用 40H 可编程中断计时器 (8253) 使用, 读 / 写计数器 0 41H 可编程中断计时器寄存器 42H 可编程中断计时器杂项寄存器 43H 可编程中断计时器, 控制字寄存器 44H 可编程中断计时器, 杂项寄存器 (AT) 47H 可编程中断计时器, 计数器 0 的控制字寄存器 48H-5FH 可编程中断计时器使用 60H-61H 键盘输入数据缓冲区 61H AT:8042 键盘控制寄存器 /XT:8255 输出寄存器 62H 8255 输入寄存器 63H 8255 命令方式寄存器 64H 8042 键盘输入缓冲区 /8042 状态 65H-6FH 8255/8042 专用 70H CMOS RAM 地址寄存器 71H CMOS RAM 数据寄存器 80H 生产测试端口 81H DMA 信道 2, 页表地址寄存器 82H DMA 信道 3, 页表地址寄存器 83H DMA 信道 1, 页表地址寄存器 87H DMA 信道 0, 页表地址寄存器 89H DMA 信道 6, 页表地址寄存器 8AH DMA 信道 7, 页表地址寄存器 8BH DMA 信道 5, 页表地址寄存器 8FH DMA 信道 4, 页表地址寄存器 93H-9FH DMA 控制器专用 A0H NM1 屏蔽寄存器 / 可编程中断控制器 2 A1H 可编程中断控制器 2 屏蔽 C0H DMA 信道 0, 内存地址寄存器 (DMA 控制器 2(8237)) C2H DMA 信道 0, 传输计数寄存器 C4H DMA 信道 1, 内存地址寄存器 C6H DMA 信道 1, 传输计数寄存器 C8H DMA 信道 2, 内存地址寄存器 CAH DMA 信道 2, 传输计数寄存器 CCH DMA 信道 3, 内存地址寄存器 CEH DMA 信道 3, 传输计数寄存器 D0H DMA 状态寄存器 D2H DMA 写请求寄存器 D4H DMA 屏蔽寄存器 D6H DMA 方式寄存器 111

112 D8H DMA 清除字节指针 DAH DMA 主清 DCH DMA 清屏蔽寄存器 DEH DMA 写屏蔽寄存器 DFH-EFH 保留 F0H-FFH 协处理器使用 100H-16FH 保留 170H 1 号硬盘数据寄存器 171H 1 号硬盘错误寄存器 172H 1 号硬盘数据扇区计数 173H 1 号硬盘扇区数 174H 1 号硬盘柱面 ( 低字节 ) 175H 1 号硬盘柱面 ( 高字节 ) 176H 1 号硬盘驱动器 / 磁头寄存器 177H 1 号硬盘状态寄存器 1F0H 0 号硬盘数据寄存器 1F1H 0 号硬盘错误寄存器 1F2H 0 号硬盘数据扇区计数 1F3H 0 号硬盘扇区数 1F4H 0 号硬盘柱面 ( 低字节 ) 1F5H 0 号硬盘柱面 ( 高字节 ) 1F6H 0 号硬盘驱动器 / 磁头寄存器 1F7H 0 号硬盘状态寄存器 1F9H-1FFH 保留 200H-20FH 游戏控制端口 210H-21FH 扩展单元 278H 3 号并行口, 数据端口 279H 3 号并行口, 状态端口 27AH 3 号并行口, 控制端口 2B0H-2DFH 保留 2E0H EGA/VGA 使用 2E1H GPIP(0 号适配器 ) 2E2H 数据获取 (0 号适配器 ) 2E3H 数据获取 (1 号适配器 ) 2E4H-2F7H 保留 2F8H 2 号串行口, 发送 / 保持寄存器 (RS232 接口卡 2) 2F9H 2 号串行口, 中断有效寄存器 2FAH 2 号串行口, 中断 ID 寄存器 2FBH 2 号串行口, 线控制寄存器 2FCH 2 号串行口, 调制解调控制寄存器 2FDH 2 号串行口, 线状态寄存器 2FEH 2 号串行口, 调制解调状态寄存器 2FFH 保留 300H-31FH 原形卡 320H 硬盘适配器寄存器 322H 硬盘适配器控制 / 状态寄存器 324H 硬盘适配器提示 / 中断状态寄存器 325H-347H 保留 348H-357H DCA H-36FH PC 网络 372H 软盘适配器数据输出 / 状态寄存器 375H-376H 软盘适配器数据寄存器 377H 软盘适配器数据输入寄存器 378H 2 号并行口, 数据端口 379H 2 号并行口, 状态端口 37AH 2 号并行口, 控制端口 380H-38FH SDLC 及 BSC 通讯 390H-393H Cluster 适配器 0 3A0H-3AFH BSC 通讯 112

113 3B0H-3B H MDA 视频寄存器 3BCH 1 号并行口, 数据端口 3BDH 1 号并行口, 状态端口 3BEH 1 号并行口, 控制端口 3C0H-3CFH EGA/VGA 视频寄存器 3D0H-3D7H CGA 视频寄存器 3F0H-3F7H 软盘控制器寄存器 3F8H 1 号串行口, 发送 / 保持寄存器 (RS232 接口卡 1) 3F9H 1 号串行口, 中断有效寄存器 3FAH 1 号串行口, 中断 ID 寄存器 3FBH 1 号串行口, 线控制寄存器 3FCH 1 号串行口, 调制解调控制寄存器 3FDH 1 号串行口, 线状态寄存器 3FEH 1 号串行口, 调制解调状态寄存器 3FFH 保留 113

114 附件 4. 全面了解 IRQ 对于大多数 DIY 高手来说, 电脑的 IRQ 设置是 轻而易举 的事情 但对于一些初涉此道的 菜鸟 朋友, 如何熟悉 掌握它们, 还要经过一个了解 熟悉 掌握的过程 我们这篇文章就是希望能够帮助您认识 IRQ 并且熟练地掌握它们 什幺是 IRQ IRQ 全称为 Interrupt Request, 即 中断请求 的意思 ( 以下使用 IRQ 称呼 ) IRQ 的作用就是在我们所用的电脑中, 执行硬件中断请求的动作, 用来停止其相关硬件的工作状态 我们可以举一个日常事例来说明, 假如你正在给朋友写 , 突然电话铃响了, 那幺你就需要放下手中的笔去接电话, 通话完毕后再继续写信 这个例子就体现了中断及其处理的过程 : 电话铃声使你暂时中止当前的工作, 而去处理更为急需处理的事情 接电话, 当接完电话后, 再回过头来继续原来的工作 在这个例子中, 电话铃声就可称为 中断请求, 而你暂停写信去接电话的动作就是 中断响应, 接电话的过程则是 中断处理 在使用电脑的过程中, 每当我们按一下键盘上的按键, 就会产生一个键盘中断信号, CPU 就要停下正在处理的工作来处理这个信号, 记录下刚才是哪个键被按下了, 如果按下的这个键对应于某一个操作, 就要优先进行这个操作, 然后再处理按键前的工作 如果这时键盘同其它硬件设备的中断有冲突 ( 即键盘和另外一个硬件设备共享一个中断, 这种情况好比家中有两部电话放在一起, 但其振铃声调却完全一样, 这样, 必然造成接电话时不知该接哪一部的混乱状态 ), 那幺计算机就无法判断刚刚到达的信号是来自键盘的还是来自其它硬件设备的, 因此就可能会引发出一些问题 可见 IRQ 在计算机应用中的重要性, 因此将中断合理分配, 让它们之间没有冲突, 是保证电脑稳定运行的关键问题之一 认识 IRQ 计算机中的中断根据信号产生的来源可分为 : 硬件中断和软件中断 硬件中断多由外围设备和计算机系统控制器发出, 软件中断一般由软件命令产生 在硬件中断中又有 可屏蔽中断 和 不可屏蔽中断 之分 顾名思义, 可屏蔽中断可以由计算机根据系统的需要来决定是否进行接收处理或是延后处理 ( 即屏蔽 ); 而不可屏蔽中断便是直接激活相应的中断处理程序, 它不能也不会被延误, 我们常说的 IRQ 中断就是可屏蔽的硬件中断 irq 分配表中断 0 系统计时器中断 1 键盘中断 2 可编程中断控制器中断 3 com2 中断 4 com1 中断 6 软盘控制器中断 7 并口 1 中断 8 系统 cmos/ 时钟中断 12 ps/2 鼠标中断 13 数学协处理器中断 14 第一 ide 控制器中断 15 第二 ide 控制器在以前的电脑系统中, 各硬件的 IRQ 是由一个中断控制器 8259 或是 8259A 的芯片 ( 现在此芯片大都集成到其它的芯片内 ) 来进行控制的 目前共有 16 组 IRQ, 去掉其中用来做桥接的一组 IRQ, 实际上只有 15 组 IRQ 可供硬件调用 而这些 IRQ 都有自己建议的配置 ( 见 IRQ 分配表 ) 从上表中我们可以看到, 只有 共 4 个中断没有被占用, 可以给用户用做新添硬件设备使用, 其中显卡要独占一个中断, 声卡一般来说也会占用两个中断, 它们分别用于 MIDI 接口和 WAVE 的播放 114

115 现在的 Windows 操作系统已经运用 PNP 技术, 这种 即插即用 的功能可以将 IRQ 进行自动分配, 大大简化了用户的操作 不过这种 PNP 技术也有它的弱点, 就是如果操作系统不能正确识别出要安装的新设备, 那幺自动分配 IRQ 时就可能会和其它硬件设备产生冲突 遇到这种情况, 只要将新旧两个硬件的 IRQ 配置手动调开就可以解决了 115

116 附件 5. 操作系统实践经验 ( 定时器 ) 首先我们来了解一下 PC 机的时钟是如何工作的,PC 机采用一块 8253 定时器芯片计算系统时钟的脉冲, 若干个系统时钟周期转换成一个脉冲, 这些脉冲序列可以用以计时, 也可以送入计算机的扬声器产生特定频率的声音 8253 定时器芯片独立于 CPU 运行, 它可以象实时时钟那样,CPU 的工作状态对它没有任何影响 8253 芯片有三个独立的信道, 每个信道的功能各不相同, 三个信道的功能如下 : 信道 0: 为系统时钟所用, 在启动时由 BIOS 置入初值, 每秒钟约发出 18.2 个脉冲, 脉冲的计数值存放在 BIOS 数据区的 0040:006c 存储单元中 ( 注意, 这个单元的内容对我们非常有用!), 信道 0 的输出脉冲作为申请定时器中断的请求信号, 还用于磁盘的某些定时操作, 如果改变了信道 0 的计数值, 必须确保在 CPU 每次访问磁盘以前恢复原来的读数, 否则将使磁盘读写产生错误 信道 1: 用于控制计算机的动态 RAM 刷新速率, 一般情况下不要去改变它 信道 2: 连接计算机的扬声器, 产生单一的方波信号控制扬声器发声 8253 定时器芯片的每一个信道含有 3 个寄存器,CPU 通过访问 3 个端口 ( 信道 0 为 40h, 信道 1 为 41h, 信道 2 为 42h) 来访问各个端口的 3 个寄存器,8253 每个端口有 6 种工作模式, 当信道 0 用于定时或信道 2 用于定时或发声时, 一般用模式 3 在模式 3 下, 计数值被置入锁存器后立即复制到计数器, 计数器在每次系统时钟到来时减 1, 减至 0 后一方面马上从锁存器中重新读取计数值, 另一方面向 CPU 发出一个中断请求 (INT 1CH 中断, 很有用 ), 如此循环在输出线上高低电平的时间各占计数时间的一半, 从而产生方波输出 对 8253 定时器芯片编程是通过命令端口寄存器 43h 来实现, 它决定选用的信道 工作模式 送入锁存器的计数值是一字节还是两字节 是二进制码还是 BCD 码等工作参数, 端口 43h 各位的组合形式如下 : 位 0 若为 1 则采用二进制表示, 否则用 BCD 码表示计数值 位 3-1 工作模式号, 其值 (0-5) 对应 6 种模式 位 5-4 操作的类型 :00: 把计数值送入锁存器 ; 01: 读写高字节 ; 10: 读写低字节 ; 11: 先读写高字节, 再读写低字节 ; 位 7-6 决定选用的信道号, 其值为 0-2 对 8253 芯片编程的三个步骤 : 1. 设置命令端口 43h, 2. 向端口发送一个工作状态字节, 3. 确定定时器的工作方式 ; 若是信道 2, 给端口 61h 的第 0 位和第 1 位置数, 启动时钟信号, 当第 1 位置 1 时, 信道 2 驱动扬声器, 置 0 时用于定时操作 ; 将一个字的计数值, 按先低字节后高字节的顺序送入信道的 I/O 端口寄存器 ( 信道 0 为 40h, 信道 1 为 41h, 信道 2 为 42h) 当第 3 个步骤完成后被编程的信道马上在新的状态下开始工作 由于 8253 的三个信道都独立于 CPU 运行, 所以在程序结束以前要恢复各信道的正常状态值 在游戏中我们只使用信道 0, 怎样对其进行编程呢? 首先得确定放入锁存器的 16 位的计数值 : 16 位的计数值 = MB/ 希望的频率其中 MB 是系统振荡器的频率 由上式可知, 计数器所能产生的值是 18.2Hz MHz, 这已经足够了, 可以满足我们游戏的要求 以下是对 8253 定时器芯片信道 0 编程的函数 : #define T60HZ 0x4dae #define T50HZ 0x5d37 #define T40HZ 0x7468 #define T30HZ 0x965c #define T20HZ 0xe90b #define T18HZ 0xffff #define LOW_BYTE(n) (n&0x00ff) #define HI_BYTE(n) ((n>>8)&0x00ff) int far *clk=(int far *)0x c; 1. 改变时间定时器值的函数 : void ChangTime(unsigned cnt) { outportb(0x43,0x3c); outportb(0x40,low_byte(cnt)); outportb(0x40,hi_byte(cnt)); } 2. 延时函数 : void Delay(int d) { 116

117 int tm=*clk; while(*clk-tm<d); } 上面定义的指针 *clk 指向 BIOS 数据区的 0040:006c 存储单元, 该单元中存放着定时器的计数值, 我们可以根据该单元的内容计算差值来达到延时的目的 需要注意的是, 由于改变定时器计数值的操作会与保护模式下的代码发生冲突, 所以不能在 WINDOWS 的 DOS 仿真环境下改变定时器, 必须在纯 DOS 环境里使用 改变了定时器值以后, 程序结束以前必须恢复原来的值, 如果不恢复原来的 18.2 次的计数值, 在读写磁盘操作时将引起读写错误甚至死机 我们将时钟设置成每秒 60HZ 这样调用函数 :ChangTime(T60HZ); 在游戏中延时一定时间这样调用函数 :Delay(10); 117

118 附件 6. 认识中断请求 IRQ( 图 ) 一 了解 IRQ 家族 IRQ 全称为 Interrupt Request, 即是 中断请求 的意思 ( 以下使用 IRQ 称呼 ) IRQ 的作用就是在我们所用的计算机中, 执行硬件中断请求的动作, 用来停止其相关硬件的工作状态, 比如我们在打印一份图片, 在打印结束时就需要由系统对打印机提出相应的中断请求, 来以此结束这个打印的操作 在每台电脑的系统中, 是由一个中断控制器 8259 或是 8259A 的芯片 ( 现在此芯片大都集成到其它的芯片内 ) 来控制系统中每个硬件的中断控制 目前共有 16 组 IRQ, 去掉其中用来作桥接的一组 IRQ, 实际上只有 15 组 IRQ 可供硬件调用 这 16 组 IRQ 的主要用途如下表 : 二 掌握 IRQ 家族的相处之道现在的 windows 操作系统已经运用 PNP 技术, 这种 即插即用 的功能可以将中断进行自动分配, 大大简化了用户的操作 不过这种 PNP 技术也有它的弱点, 那就是如果不能认出要安装的新设备, 那幺自动分配中断时就会产生冲突 我们日常所用的, 对于 IRQ 的设置也不尽相同, 所以在安装新硬件的时候, 系统往往并不能自动检测正确的 IRQ 来分配给所用调用的硬件, 这就会造成此硬件设备或是原来的旧硬件出现不能正常工作的现像 现在新的硬件产品层出不穷, 各种产品又相互兼容, 功能类似, 这就导致了操作系统常常不能正确检测出新设备, 中断冲突也就不可避免了 其实这是因为系统自动将该硬件的 IRQ 分配给了其它与此 IRQ 相同的硬件上, 从而发生冲突使硬件不能正常工作 一般如果遇到这种情况, 只要将新旧两个硬件的 IRQ 配置手动调开就可以解决了 手动配置 IRQ 时, 最好检查有无保留中断 (IRQ), 不要让其它设备使用该中断号, 以免引起新的中断冲突, 造成系统死机 以下使用目前比较受欢迎的 KT266A 主板 Epox 8KHA+ 为例, 介绍 IRQ 家族的和平相处之道 我从一些外国网站的论坛知道有关 Epox 8KHA+ 在 Bios 将 Set PnP OS 选项设定为 NO 的时候,IRQ 的自动配置情况 : 118

119 从以上默认的 IRQ 自动配置可以得出以下配件最佳安装方法一览表 : 只要我们把配件安装正确,BIOS 按照出厂时的设置, 这时系统会自动设置 IRQ, 使得各个 IRQ 合理分配, 使系统工作正常 三 解决 IRQ 冲突常见的 IRQ 冲突现像有系统不能正确检测出新设备 有些硬件工作不正常 ( 如声卡不发声 ), 严重的会出现死机 这往往没有正确安装硬件或手动调整 IRQ 不当引起的 要解决中断冲突, 首先我们要知道系统中冲突的设备, 做法是在控制面板中双击 系统 图标, 查看设备管理器中的各设备 一般有? 和! 的设备要注意了, 有问题的设备就是它们了 解决方法有分两步做 : 第一步 先删去有? 和! 的设备, 然单击刷新, 让计算器自己再认一遍这些设备 这样做是因为部分有? 和! 的设备可能是驱动程序安装有误, 再重装一遍或升级驱动程序可解决问题 第二步 如果上面一步还是不能解决问题, 现在多半是中断冲突了, 那我们只能手动调整来解决中断冲突 在系统 => 设备管理器 => 属性中我们可以看到系统资源分配的情况, 通过查看此项就可从中了解到哪些系统资源被占用, 哪些系统资源还没有用, 用户做相应的调整即可 ( 通常换另外一条插槽再手动配置 IRQ, 问题就解决了 ) 以下使用 Epox 8KHA+ KT266A 主板为例, 介绍手动配置硬件 IRQ 时的安装方法和最优的设置方法 : 1 开机, 进入 CMOS 设置界面, 它是 AWARD 公司的 BIOS, 进入 PNP/PCI CONFIGURATION ( 见图一 ) 119

120 2 将 PNP OS Installed 改为 Yes, 将 Resources controlled By 改为 Auto, 利用方向箭头和 +,- 符号键来设置 INT Pin X(x=1,2,3,4) 在菜单左边的 INT Pin X 的新设置值 ( 红色部分 ), 在右边显示设置的设备 例如 INT Pin 1 设定为 11, 对应 IRQ 为 11 的设备 ( 显卡 ) 在右边帮助栏显示出来 ( 见图二 ) 完成对 INT Pin X 的设置后保存 ( 按 F10) 后重激活 激活后计算器检测正常,Windows 的 PNP 功能会找到并且安装新硬件. 以下是手动配置硬件 IRQ 时的安装方法和最优 IRQ 值的设置一览表 : 120

121 四 设置 IRQ 时注意的问题 笔者的计算机在 bios 的设定如下 : PnP OS -> NO Modem use IRQ -> N/A Unika GeForce Mx200-> IRQ 11 SB live! Value -> IRQ 5 Star Internal Modem ->IRQ 10 onboard sound ->DISABLED game port -> DISABLED midi port -> DISABLED 但事实上在 windows 的系统信息中显示以下配置 : Unika GeForce Mx200 -> 11 SB Live! Value -> IRQ 10 Star Internal Modem -> IRQ 3 USB controller -> IRQ 3 ACPI -> IRQ 9 为什幺会出现这种情况呢? 原来如果手动配置 INT Pin 4( 控制 PCI 插槽 4 和 6, 并且控制主板上的 USB) 分配断点 9, 那幺当你安装支持 ACPI 的 Windows 操作系统时, PCI 插槽 4 和 6 和主板上的 USB 控制器的实际断点会被分配其它空闲的中断资源 因为安装时 Windows 默认打开 ACPI 功能, 并且会占用 IRQ 9 或 7 或 11 其中一个 IRQ, 通常 Windows 操作系统的 ACPI 断点默认是 9 如果关闭 ACPI, 你的系统会减少一点发热并可以提高 3 D 的性能 但如果在打开 ACPI 功能时一切运作正常, 我建议不要改动这项设置 因为如果关闭 ACPI, 就不能使用即插即用功能, 这时会出现 Windows 不能探测任何新安装的硬件, 也可能会出现多个设备一起使用同一个 IRQ( 例如声卡, 内置 modem, 显卡都使用 IRQ 11) 一些 VIA KT133A 芯片主板在安装支持 ACPI 的 Windows 2000 或 Win XP 时, 会使主板自带的 modem ( 或内置 modem) 的 IRQ 自动设为 9, 和 ACPI 功能共享中断 如果你不使用主板自带的 modem 或内置 modem, 那幺要将 Modem Use IRQ" 设为 N/A ( 默认中断请求是 3 ) 你将 "Integrated Peripheral \ Super IO Device\Onboard Serial Port 2" 设为 DISABLED 并且在 Power Management Setup\Modem Use IRQ 设为 DISABLED 来屏蔽 com1 通信口 (com1 的默认中断请求是 3), 这样 Epox 8KHA+ 主板 ( 其它 VIA KT266A 芯片主板也一样 ) 会根据 bios 里的设置而自动合理分配各个中断 这时 PCI 插槽 4 和 6 和主板上的 USB 控制器的实际断点自动分配为 3 另外创新的一些声卡如 SBLive 是需要 2 个 IRQ, 其中一个对当前的声卡的支持 (IRQ 10), 而另一个 IRQ (IRQ 5) 用于对那些仍然需要声霸卡 (Sound Blaster) 兼容模式的老游戏的支持 用户可以在设备管理器中, 展开声音视频游戏控制器中看见 Legacy Audio Drivers, 双击进入看它是否占用任何 IRQ, 如果用户不玩老游戏 ( 如比较旧的 DOS 游戏 ) 你可以在 Legacy Audio Drivers 的属性框中选择禁用该设备 五 其它技巧 1. 删除设备的驱动程序, 关机后将外设拨出, 置重新安装, 让系统重新检测 2. 如果你使用内置调制解调器, 可以在 bois 菜单中关闭 com2, 这可以节省出 IRQ3, 供内置调制解调器使用 3. 屏蔽那些暂时不需要使用的硬件, 例如 USB 控制器, 节省出 IRQ 以供其它急需使用的重要设备 121

122 附件 7. PC 机高号中断编程 8259 初始化及中断服务程序处理 8259A Initialization and Interrupt Serve Program Processing for Higher IRQ in IBM PC 作者龚建伟 J.W. Gong 摘要本文对 PC 机中高号中断 (IRQ8~IRQ15) 编程时如何初始化 8259 可编程中断控制器和中断服务程序处理进行了说明, 给出了 Turbo C++3.0 编写的 8259 初始化程序和中断服务程序实例 关键词 8259A 可编程中断控制器 ; IBM PC 中断编程 在 IBM PC 及其兼容机中, 通过 CPU 的 NMI( 非屏蔽中断 ) 和两个 8259A 可编程中断控制器芯片为系统提供了 16 级中断, 硬件中断结构如图 1 所示 1, 两片 8259A 构成主从式级联控制结构, 与 CPU 相连的称为主片, 下一层的称为从片, 从片中断请求信号 INT 与主片的 IRQ2 相连 IBM PC 机中保留给用户可随意编程的中断号有 IRQ10 IRQ11 IRQ12 和 IRQ15, 这些中断信号都在 8259A 从片上 8259A 的详细资料请参阅有关手册, 本文仅列出大多数 PC 硬件手册中未提及的编程资料, 然后说明 PC 机中 8259A 中断控制器的编程初始化过程和如何处理中断服务程序 图 1 IBM PC 机中由 8259A 管理的 16 级中断均有规定的中断向量存储地址, 主片中 IRQ0-IRQ7 分别对应 08H- 0FH, 从片中 IRQ8-IRQ15 分别对应 70H-77H 主片的中断控制寄存器 ICR 和中断屏蔽寄存器 IMR 的口地址分别为 20H 和 21H, 从片的相应寄存器口地址分别为 A0H 和 A1H 中断初始化编程时, 当用主片中 IRQ0-IRQ7 时, 只须在屏蔽寄存器中打开相应中断, 在中断服务程序中, 中断结束后, 发一次中断结束命令 EOI; 而涉及从片中 IRQ7-IRQ15 高号中断时, 除在从片中的屏蔽寄存器中打开相对应的中断, 还须打开主片中的 IRQ2, 且在中断服务程序中中断结束时, 要发两次 EOI 命令, 分别使主片和从片执行中断结束命令 下面就 IRQ11 的初始化和中断服务程序处理给出 Turbo C 的源代码编程说明 首先说明一个中断指针 oldvect 以保存原来的中断向量, 在中断服务程序 ser_program() 结束后, 分别向主片和从片的中断控制寄存器 ICR 送中断结束信号 EOI void interrupt(*oldvect)(...); // 设置原中断向量保存指针 void interrupt ser_program(...) { {......} // 中断服务程序代码 outportb(0xa0,0x20); // 向从片 ICR 送 EOI 命令 122

123 outportb(0x20,0x20); // 向主片 ICR 送 EOI 命令 } 中断初始化时要先保存 IRQ11 对应的地址 73H 存储的原中断向量, 然后将自己的中断服务程序入口地址装入, 再分别打开主片 IRQ2 和从片 IRQ11 void Interrupt_Enable(void) { int temp; {......} // 其它初始化代码 oldvect = getvect(0x73); // 保存原中断向量 setvect(0x73,ser_program); // 装入中断服务程序入口地址 temp = inportb(0x21) & 0xFB;// 打开主片 IRQ2 outportb(0x21, temp); temp = inportb(0xa1) & 0xF7;// 打开从片 IRQ11 outportb(0xa1, temp); } 最后, 不要忘记在程序关闭前关中断和恢复原中断向量 void Interrupt_Disable(void) { int temp; setvect(0x73, oldvect); // 恢复原中断向量 temp = inportb(0x21) ~(0xFB);// 关主片 IRQ2 outportb(0x21, temp); temp = inportb(0xa1) ~(0xF7);// 关从片 IRQ11 outportb(0xa1, temp); } 以上仅给出了初始化和中断服务程序处理的必要源代码, 如感兴趣, 可与作者联系索要结合多串口中断收发数据的 Turbo C++ 源程序 ( 在 Turbo C++3.0 下编译 ), 本人在做 PC104 时用到了多串口 参考文献 1 Thom Hojam( 美 ). PC 软硬件技术资料大全. 清华大学出版社,

124 附件 8. 中断的作用及其资源检测一 中断的作用及其资源检测 ---- 操作系统一般最多允许 16 种不同的设备向 CPU 提出中断申请 每一种中断称为硬件中断或者 IRQ 级别 通常, 一个 IRQ 级别只能配置给一个设备, 但在具有 MicroChannel 纯 EISA 或者 PCI 总线结构的机器中可以共享 IRQ 然而在大多数情况下,EISA 和 PCI 又经常与老式的 ISA 总线插槽混合使用, 因此目前大多数主板实际上无法实现中断共享 通常的 IRQ 设置如表一所示 : ---- 表 1 通常的 IRQ 设置 IRQ 级别用途 说明 0 定时器主板上的硬布线, 不可更改 1 键盘主板上的硬布线, 不可更改 2 级联到第二个中断控制器是否可用取决于主板设计, 最好不用 3 COM2 or COM4 4 COM1 or COM3 5 LPT2 第二个并口一般不用, 其他设备可以用 IRQ5 6 软盘控制器 7 LPT1 第一个并口 8 实时时钟主板上的硬布线, 不可更改 9 未用 10 未用 11 未用 12 PS/2, Inport 鼠标显示卡 13 算术协处理器用预处理算术协处理其错误 14 硬盘控制器 15 未用 ---- 计算机中断资源的分配和占用情况的报告在 MS-DOS 下, 可以通过运行 MSD 程序获得 在 Windows 95 下, 可以通过系统诊断功能方便获得, 当然也可以采用第三方系统测试和诊断软件如 WinBench97 等 以 Windows 95 中文版为例, 具体方法如下 : ---- 在 我的电脑 上单击鼠标右键, 选择 属性 项, 显示 系统属性 窗口, 在 设备管理 标签上单击左键, 出现本机器配置硬件设备一览表 在 计算机 上双机鼠标, 进入如下图 1 所似的窗口设置 : 124

125 图 1 Win95 下的计算机中断资源的配置与管理 ---- 不同硬件配置的机器中断分配和占用情况不同, 比如某计算机中断占用情况如下 : 中断级别基本用途 00 定时器系统时钟 使用该中断的硬件 01 键盘标准 101 键盘或者 Microsoft 自然键盘 02 级联到第二中断控制器可编程控制器 03 COM2 or COM4 通讯端口 COM4, 内置 Modem 03 COM2 or COM4 通讯端口 COM2, 主板内置 04 COM1 or COM3 通讯端口 COM1, 主板内置 05 LPT2 Creative Labs Sound Blaster 16 or AWE 软盘控制器标准软盘控制器,1.44M 07 LPT1 打印端口 (LPT1) 08 实时时钟系统 CMOS/ 实时钟 09 未用未用 10 未用 NE2000 Compatible(ISA) 11 未用未用 12 PS/2, Inport 鼠标 IRQ Holder for PCI Steering 12 显示卡 S3 Vision 868 PCI 13 算术协处理器数值数据处理器 14 硬盘控制器 1 Intel 82371FB PCI Bus Master IDE Controller 14 Primary IDE Controller(dual fifo) 15 硬盘控制器 2 Intel 82371FB PCI Bus Master IDE Controller 15 Primary IDE Controller(dual fifo) 二 中断级别的选择与设置 ---- 我们以网卡为例, 描述硬件中断级别的选择与设置方法 ---- 网卡是通过 IRQ 中断通知 CPU 响应 LAN 网卡请求的 LAN 网卡有权这样操作 CPU 主要是因为网卡的缓冲区容量有限, 如果 CPU 不能尽快取得这些数据, 那么当后续数据进入网卡缓冲区时, 就会覆盖当前缓冲器的数据并刷新冲区 ---- 配置 LAN 网卡时, 要为网卡设置一个 IRQ 等级 对于某些旧式网卡, 可通过卡上的开关或者跳线设置其 IRQ; 而对于新式网卡, 则通过运行设置程序, 改变 Flash Rom 内的设定信息的方式完成 该程序首先对用户系统进行检测, 寻找一个合适的 IRQ(IO 地址也一样 ), 然后建议用户采用这些设置 125

126 ---- 有些人把他们的网卡中断级别设置为 IRQ2, 这里有潜在的隐患 原因还得从 8 位 PC/XT 机器说起 PC/XT 上的 IRQ2 可以随意使用, 但在高档 PC 机器上却有特殊作用 ---- 早期的 PC/XT 机器只有一个中断控制器, 也就是 Intel8259 芯片 8259 最多支持 8 个中断,PC/XT 机器把通道 0 和通道 1 分别连接到系统定时器 ( 每秒计数 18.2 次的时钟电路 ) 和 8255 键盘控制器 ---- 由于 IBM 希望保证键盘和定时器具有最高优先级, 因此将这两个中断进行固化 在 8259 中, 两个中断同时发生时, 中断级别越低的优先级越高 中断 3,4 分别用作 Com2 和 Com1, 因为 Com2 支持 Modem, 而 Com1 支持打印机, 显然 Modem 的优先级要高一些 ---- 中断 5 6 和 7 分别被硬盘控制器 软盘控制器和并行口占用 ---- 随着第一台 16 位 PC 兼容机 IBM/At 的推出 市场上扩展设备的势头很旺, 8 个中断级已明显不足 于是,IBM 决定增加一个 8259 芯片, 但强行在主板上增加一个额外的 8259 会产生向下兼容的问题, 因此 IBM 决定采取迂回的方法, 悄悄加入 IBM 的做法是 : 首先获取新的 IRQ8-IRQ15, 通过其输出端 1NT 统一发送,1NT 又与 IRQ2 相连 一旦有 IRQ8 到 IRQ15 的请求信号,1NT 便发出请求信号, 这就使 IRQ2 好象是由 1NT 产生的中断 而 PC BIOS 却知道只要 IRQ2 中断产生, 就要去检查第二个 8259, 找出真正发出中断请求的 IRQ 同时,IBM 还同时放弃了 IRQ5 的占用, 因此 AT 以及以后的机器的硬盘控制器不再占用 IRQ 因此, 不要占用 IRQ2, 因为 IRQ2 已经作为连接 IRQ8-IRQ15 的大门 一定要使用 IRQ2 时候, 要通知软件已经将网卡设置为 1NT 由于 IRQ2 与 1NT 连接在一起, 因此在系统中其功能相当 ---- 由于 IRQ8-IRQ15 是通过 IRQ2 连入主机的, 它们实际上继承了 IRQ2 的优先级 即 IRQ8-IRQ15 的优先级高于 IRQ3-IRQ7 所以, 安全的 IRQ 是 和 15, 应避免使用其他的 IRQ 用户可将这些 IRQ 用于下列硬件设备 声霸卡, 对于 8 位声霸卡, 只能选择 IRQ5 LAN 网卡 SCSI 主适配器三 合理而有效地利用中断资源 安装多个网卡 ---- 中断 09,10,11 可以为网卡所用 一个机器甚至可以安装三个以上的网卡, 不过实际上两个网卡足够了, 留下一个高中断可以安装 PCI 的声卡, 以便空缺出中断 5, 留作下文所述的用途 此外, 最好选择 PnP 的 PCI 网卡 因为如今流行的的 Pentium 或者 PII 主板上的 ISA 扩展槽最多不超过 4 个,PCI 为 4 个, 逐步流行 5 个, 因此 ISA 只留下 3 个扩展槽 安装多个 Modem ---- 我还没有发现超过 8 位的 Modem, 更不可能为 PCI 方式了, 除非 Cable Modem 或者 CDSL Modem 传输带宽超过了 50M 至少目前, 内置 Modem 都采用 ISA 插槽, 16 位声卡, 或 ISA 网卡服务也要占用这些插槽, 因此需要合理安排, 巧妙使用 实现在一个机器上安装两个以上的 Modem, 可以节约多串口卡或终端服务器的的投资, 对于建立在 NT 和 Win9x 系统上的中小型远程信息服务系统来说, 这是经济可行的方案 ---- 具体方法如下 : ---- 选择 PS/2 鼠标,Com1 和 Com2 可以选择连接内置或者外置的 Modem, 分别占用中断 3 和 4 第三个 Modem, 只能是内置的并带有中断选择调线的, 端口可以选择 Com3 或者 Com4, 中断则通过调线设定为 5 这样通过 3 条电话线路, 利用 NT/95, 就可以设置一个中小型的远程信息服务系统, 同时实现拨入 / 拨出服务或者 3 人同时在线, 且几乎不需额外的设备投资 四 综述 ---- 清楚地了解计算机中断资源的配置情况, 再结合 I/O 地址分析, 不仅可以避免并排除一些系统升级和扩充时所出现的 冲突, 也可以灵活地改变一些外设的中断响应级别, 并充分利用有限的系统资源, 最大限度发挥计算机性能的目的 欢迎 切磋 交流 126

127 附件 9. Intel 简介 这是一颗足以取代 8250 的 UART (Universal Asynchronous Receiver Transmitter). UART 是用来转换并行传输的资料与串行传输的资料, 应此他是 Modem 与计算机间的重要桥梁. 当使用高速 Modem 接收资料时, 资料大量涌入, CPU 的工作又十分忙碌, 一个好的 UART 便能适时的负起协调的工作. 并列 串行 电话线 Computer UART Modem ~~~~~~~~~~~ PC RS-232 高速 Modem 高速 Modem : 只要是超过 4800 bps 的 Modem 都称之. 我以下解释的是外接式 Modem, 非内接 ( 插卡的 ) 式. 现在市售的高速 Modem 有 9600,14.4K, 16.8K bps, 预计明年会有新的 28.8K bps, 这些速率指的是 Modem 与 Modem 间的最高速率. \ Computer UART Modem ~~~~~~~~~~~~~~ Modem UART BBS User 站 RS-232 高速 Modem 高速 Modem RS-232 或许你会觉的奇怪, Modem 与 Modem 间不就是电话线吗! 电话的频宽怎会有 16.8K 甚至 28.8K 这幺宽! 当然这需要使用其它的电子技术, 尤其是全双工 (Full-duplex) 时. bps : 指的是每秒 (S-econd) 传输多少位 (B-it). 相信你使用过 ZIP ARJ LHA 这类的程序, Modem 当然也可以有自己的压缩能力 (MNP5 与 V.42bis 便是 ). 高速 Modem ( 以 14.4K bps 为例 ) 已经够快了, 再加上这些特异功能, 传输的资料量 ( 有可能大于 14.4K bps) 可想而知, 记得上次说的桥梁吧 (UART)! UART 必须承受这幺大的传输量, 万一 CPU 来不及从 ~~~~~~ 传输量到底有多大! 要看 MNP5 或 V.42bis 发挥多少. MNP5 : 最大压缩量 2 倍. V.42bis : 最大压缩量 4 倍. 这也就是为何在高速 Modem 下 Telix 里要把 Boud 设到 或 bps UART 那里取走 Data, Modem 又把 Data 死命的塞向 UART, 那就... 或许你会说, 利用控制讯号不就得了! 实际上可没那幺容易, 因此 便诞生了 它有 16 Bytes 的 Buffer 可以缓冲 Modem 与 Computer 间的资料流量 ( 有点像水库的功能 ). 说了半天, 到底要不要使用 我再举个例, 若一条河流量适当而稳定, 下游的人取水种田, 快乐的不得了, 那你要不要花钱盖水库? 若是不盖, 大雨来临, 河水泛滥, 辛苦种植付之一炬. 若是盖了, 说不定风调雨顺, 老死了都没遇上狂风暴雨, 那钱不是白花了 你只要把计算机中 RS-232 适配卡上的 UART(8250 或 16450) 换成 便可. ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ 就是把旧的芯片拔起来, 再把新的插上去, 够容易了吧! 8250 : 是 PC-XT 使用的 UART, 有 40 只接脚, 只有一个 Receiver Buffer, 可能的编号有 8250, 8250A, 82450, 82C : 是 PC-AT 使用的 UART, 较 8250 快, 有 40 只接脚, 只有一个 127

128 Receiver Buffer, 可能的编号有 16450, 16450N, : 是 PC-AT 使用的 UART, 有 40 只接脚, 兼容于 8250 和 有 16 个 Recriver Buffer, 可能的编号有 16550, 16550A, 16550AN, 16550AFN, 16C550CP... Reciver Buffer : UART 从 Modem 收到串行资料时, 必须将其组成并 ps: 据 GSZ 程序说, 又有一颗有 32bytes 的 16650ic 题要 :16550 简介 近来 MODEM 区有很多人在讨论 这颗 CHIP. 但现在的 RS-232 卡 大多 是 MULTI CARD ( 即集合 2S/1P/1G/AT BUS)) 并无 40 脚的插座可放 此时您就得去买一个单纯的 2S/1P 卡 ( 约 $300) 把上面的 86C450 弄下来再装上 即可 ; 千万不要买到 16550A 这颗 CHIP 而是 NS16550AFN, 因为 16550A 有 Bug 最近又出了一颗新的其名字有所变更为 PC16550AFN UART 是 PC port 或 RS-232C 适配卡中的重要组件 (UART-Universal Asynchronous Receiver Transmitter), 早期用的 UART 是 8250, 接着是 16450, 后为 这三个芯片都是 40-pin, 且接脚都兼容 8250 是 IBM PC 时代用的异步通讯接口上的 UART, 为 8-bit chip, 而 是配合 AT 级 PC 或更快的 BUS 速度, 为 16-bit chip 而 是 8250 的快速兼容品罢了! 如你目前使用高速 MODEM 的朋友, 最好是换装由 National Semiconductor 制造的 16550AF 也就是 NS16550AFN ==>PC16550AFN bit 1-byte FIFO buffer ( 先进后出缓冲区 ) bit 1-byte FIFO buffer ( 先进后出缓冲区 ) 也就是 NS16550AFN ==>PC16550AFN bit 1-byte FIFO buffer ( 先进后出缓冲区 ) bit 1-byte FIFO buffer ( 先进后出缓冲区 ) bit 16-byte FIFO buffer ( 先进先出缓冲区 ) 基本上 UART 是透过中断与 CPU 沟通, 在接收资料过程中,UART 负责收集传入的资料位, 并暂存在 buffer 当 buffer full 时通知 CPU 将资料取走 支持 16550AFN 的通讯程序有,Telix 3.15 CrossTalk... Telix 使用时必须将设定中的 buffer 开启即可 多任务环境下,NS16550AFN 更是必备的,Windows 3.1 以经支持 bps, 而 Windows 3.0 只支持到 19200bps

129 附件 10. Intel 8253 简介 8253 和 8254 均为 PC 使用之定时器, 两者除了外接的频率限制不同外 ( 前者最多只能接 2MHz, 后者可接至 8MHz, 更可接至 10MHz), 其余部份均兼容 但以 PC 定时器外接频率才 1.19MHz 来看, 两者在使用上并没有什幺差别, 因此以下之定时器, 我们均以 8253 来称呼 8253 具有三个 16 位的计数器, 可分别加以规划 每个计数器均具有一个输入的频率 一个控制闸 (GATE) 和一个输出端, 其中控制闸便是用来控制输出端是否输出结果 以下为 PC 对于这三个 16 位计数器的布线方式及作用 : 计数器 0 作用 = 系统定时器输入频率 = 1,193,180Hz GATE0 = 接至 +5V 输出 = 第一个 8259 之 IRQ0 计数器 1 作用 = DRAM 更新要求产生器输入频率 = 1,193,180Hz GATE1 = 接至 +5V 输出 = 更新要求周期计数器 2 作用 = 喇叭音调频率输入频率 = 1,193,180Hz GATE2 = 接至 Port 61h 位 0 输出 = 喇叭 由上面的资料我们可以知道, 在 PC 上, 除了 GATE2( 也就是 Port 61h 的位 0) 可以控制计数器 2 是否有输出外 ( 控制喇叭是否发声 ), 其余两个计数器我们均无法禁止其计数结果的输出, 顶多是更改其输出频率和输出波形而已 对于三个计数器的输出规划及计数值读写, 首先必须写出控制字组到控制缓存器中, 这个缓存器在 PC 上是经由 Port 43h 写入的, 之后再分别由 Port 40h~42h 读写计数器 0~2 的值 控制字组的格式为 : PORTS 43H: 位 7~6 = 计数器选择 (0~2) 位 5~4 = 操作方式 00 = Latch 住目前的计数值 01 = 读写计数值的高字节 10 = 读写计数值的低字节 11 = 依次读写计数值的低 高字节位 3~1 = 模式, 各值意义为 模式 模式 1 x10 - 模式 2 x11 - 模式 模式 模式 5 位 0 = 0 表二进制计数,1 表 BCD 制计数 以下为各输出模式的意义 : 1. 模式 0(Interrupt on Terminal Count) 129

130 计数时输出为 Low, 当计数完毕后, 输出升至 High, 然后重新计数, 并将输出再还原为 Low 2. 模式 1(Programmable One-Shot) 当 GATE 由 Low 升成 High 时开始计数, 计数时输出为 Low, 当计数完毕后, 输出升至 High 并结束计数 3. 模式 2(Rate Generator) 当 GATE 为 High 时开始计数, 计数时输出为 High, 当计数完毕后, 输出降为 Low 一个 Clock 后升为 High, 然后继续重新计数 4. 模式 3(Square Wave Generator) 当 GATE 为 High 时开始计数, 且以 2 递减, 当计数完毕后, 输出高低互变, 并继续重新计数 5. 模式 4(Software Triggerd Strobe) 计数时输出为 High, 当计数完毕后, 输出降为 Low 一个 Clock 后升为 High, 并停止计数 若 GATE 为 Low 时停止计数 6. 模式 5(Hardware Triggerd Strobe) 当 GATE 由 Low 升成 High 时开始计数, 计数时输出为 High, 当计数完毕后, 输出降为 Low 一个 Clock 后升为 High, 并停止计数 由于在 PC 上, 各计数器之用途及外接线路均已定死, 因此计数器 0 必须采用模式 3; 计数器 1 必须采用模式 2; 计数器 2 则必须采用模式 3, 否则输出之波形将无法与线路配合, 而产生奇怪的现象 以下, 作者再进一步介绍各计数器的计数值在 PC 上的规划方式 : 1. 计数器 0(PORT 40H) 计数器 0 在 PC 上是做为时序之控制, 以 18.2Hz 定频触发 INT 8h 其初值为 0, 也就是每计数 中断一次 INT 8h, 因此 1,193,180/65536=18.2Hz 通常这个计数值是不加以更动的, 以免影响到系统时间的运作, 但是若欲做为短时间定频中断之特殊运用时, 更动也是允许的 不过相同功能也可以运用 (INT 70h) 来完成, 因此更改计数器 0 的计数值便不是那幺的需要 以下为本计数器的计数值写入方式 : out 43h,36h out 40h, 计数值低字节 out 40h, 计数值高字节 2. 计数器 1(PORT 41H) 计数器 1 在 PC 上是做为 DRAM 定时更新使用, 在 XT 上是接到 8237 DMA 通道 0 上, 但在 AT 上已不再使用 DMA 式更新了 这个计数器的初值为 18, 也就是每隔 15us 更新 DRAM 一次 由于 DRAM 的更新频率对于程序运用上较无关, 因此这个计数器的计数值通常我们不会加以改变 以下为本计数器的计数值写入方式 : out 43h,74h out 41h, 计数值低字节 out 41h, 计数值高字节 3. 计数器 2(PORT 42H) 计数器 2 在 PC 上是用来控制喇叭发声的频率, 应写入的计数值为 1,193,180/ 频率 以下为本计数器的计数值写入方式 : out 43h,0B6h out 42h, 计数值低字节 out 42h, 计数值高字节 130

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