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昧缝施
6 years ago
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1 本章目標了解電腦的基本功能與原理了解組譯程式與組合語言程式了解組合語言程式的建立與執行了解基本的組譯程式假指令了解組譯程式如何組譯組合語言程式 2.1

2 基本程式設計觀念人自然語言 ( 中文英文...) 高階語言 (C C++ Java) 組合語言 (80x86) 機器語言 (80x86) 機器 2.2

3 程式設計層次關係圖 #include "stdio.h" void main() { int s,i; s = 0; for (i=1;i <= 10; i++) s = s + i; printf("%d\n",s); } (a) c 語言程式 B EC EC C7 46 FE B C7 46 FC B 46 FC FE 00 FF 46 FC E FC 0A 001D 7E F1 001F FF 76 FE A E B E D 002A C3 (b) 機器語言程式 MAIN: PUSH BP MOV BP,SP SUB SP,4 MOV WORD PTR [BP-2],0 MOV WORD PTR [BP-4],1 $F11: MOV AX,[BP-4] ADD [BP-2],AX INC WORD PTR [BP-4] CMP WORD PTR [BP-4],10 JLE $F11 PUSH WORD PTR [BP-2] CALL _PRINTF MOV SP,BP POP BP RET (c) 組合語言程式 2.3

4 電腦的階層式結構應用程式 ( 或語言 ) 高階語言組合語言硬體 2.4

5 電腦與記憶器的邏輯結構資料輸入中央處理器 CPU 位址匯流排讀取 / 寫入控制資料匯流排記憶器指令資料位址寫入讀取位址 n-2 n-1 n 資料輸出 (a) 電腦的邏輯結構 (b) 記憶器的邏輯結構 2.5

6 CPU 的動作 CPU 模組 IP := 0 ; 重複執行下列動作自記憶器位址為 IP 的位置中摘取指令 ; 執行該指令 ; IP := IP + 1 END CPU 模組 2.6

7 簡化的 80x86 微處理器規劃模式與指令格式 DS 資料節區暫存器 CS 指令節區暫存器 IP 指令指示器 SF ZF OF CF 狀態旗號運算碼 reg reg 只有暫存器運算元的指令 AX 運算碼 disp Jcc 與 JMP 指令 BX CX DX 通用暫存器器 Re 運算碼 g addr/data --- 例如 :MOV reg,addr ADD reg,data (a) 規劃模式 (b) 指令格式 2.7

8 80x86 最常用的資料轉移指令指令 RTL 描述說明 MOV reg,data reg data 轉移立即資料 (data) 到暫存器 reg 內 MOV dreg,sreg dreg sreg 轉移暫存器 sreg 的內容到暫存器 dreg MOV segreg,reg segreg reg 轉移暫存器 reg 的內容到暫存器 segreg MOV reg,addr reg Mem[DS +addr] 轉移記憶器 (addr) 的內容到暫存器 reg MOV addr,reg Mem[DS +addr] reg 儲存暫存器 reg 的內容到記憶器 (addr) 中 2.8

9 80x86 最常用的算術運算指令指令 RTL 描述說明 ADD reg,data reg reg + data 立即資料 (data) 與 reg 相加後存回 reg 內 ADD dreg,sreg dreg dreg + sreg 暫存器 dreg 與 sreg 相加後存回 dreg 內 ADC reg,data reg reg + data+ C 立即資料 (data) 與 reg 及進位相加後存回 reg 內 ADC dreg,sreg dreg dreg + sreg + C 暫存器 dreg 與 sreg 及進位相加後存回 dreg 內 SUB reg,data reg reg - data 暫存器 reg 減去立即資料 (data) 後存回 reg 內 SUB dreg,sreg dreg dreg - sreg 暫存器 dreg 減去 sreg 後存回 dreg 內 SBB reg,data reg reg - data - C 暫存器 reg 減去立即資料 (data) 及進位後存回 reg SBB dreg,sreg dreg dreg - sreg - C 暫存器 dreg 減去 sreg 及進位後存回 dreg 2.9

10 80x86 最常用的邏輯運算指令指令 RTL 描述說明 AND reg,data reg reg data 暫存器 reg 與立即資料 (data) AND 後存回 reg 內 AND dreg,sreg dreg dreg sreg 暫存器 dreg 與 sreg AND 後存回 dreg 內 OR reg,data reg dreg data 暫存器 reg 與立即資料 (data) OR 後存回 reg 內 OR dreg,sreg dreg dreg sreg 暫存器 dreg 與 sreg OR 後存回 dreg 內 XOR reg,data reg reg data 暫存器 reg 與立即資料 (data) XOR 後存回 reg 內 XOR dreg,sreg dreg dreg sreg 暫存器 dreg 與 sreg XOR 後存回 dreg 內 NOT reg reg reg 暫存器 reg 內容取 1 補數後存回 reg 內 2.10

11 80x86 最常用的分歧與跳躍指令指令 RTL 描述說明 JC disp C : IP IP + disp(2 補數 ) 當進位旗號為 1 時分歧到標的位址 JNC disp C : IP IP + disp(2 補數 ) 當進位旗號為 0 時分歧到標的位址 JZ disp Z : IP IP + disp(2 補數 ) 當零旗號為 1 時分歧到標的位址 JNZ disp Z : IP IP + disp(2 補數 ) 當零旗號為 0 時分歧到標的位址 JMP disp IP IP + disp(2 補數 ) 無條件性分歧到標的位址 2.11

12 CPU 的動作 CPU 模組 IP := 0 ; 重複執行下列動作自記憶器位址為 IP 的位置中摘取指令 ; 執行指令解碼 ; 若該指令執行時需要資料, 則自記憶器中讀取運算元 ; 執行指令的動作 ; 若該指令需要儲存結果, 則儲存結果於記憶器中 ; IP := IP + 1 END CPU 模組 2.12

13 一個簡化的 80x86 CPU RTL 模型 DS CS IP +1 AX BX CX DX MAR 位址 IR 記憶器控制單元操作碼操作碼 /disp 資料 (CU) 8 符號擴展算術邏輯單元 (ALU) SF ZF OF CF MBR CPU 2.13

14 指令讀取的第一個步驟 DS CS IP +1 AX BX CX DX T MAR 位址 IR 記憶器控制單元操作碼操作碼 /disp 資料 (CU) 8 符號擴展算術邏輯單元 (ALU) SF ZF OF CF MBR CPU 2.14

15 指令讀取的第二個步驟 DS CS IP +1 AX BX CX DX MAR 位址 IR 記憶器控制單元操作碼操作碼 /disp 資料 (CU) 8 T2 符號擴展算術邏輯單元 (ALU) SF ZF OF CF MBR CPU 2.15

16 指令讀取的第三個步驟 DS CS IP +1 AX BX CX DX T MAR 位址 IR 記憶器控制單元操作碼操作碼 /disp 資料 (CU) 8 符號擴展算術邏輯單元 (ALU) SF ZF OF CF MBR CPU 2.

17 指令讀取的第四個步驟 DS CS IP +1 AX BX CX DX MAR 位址 IR T4 記憶器控制單元操作碼操作碼 /disp 資料 (CU) 8 符號擴展算術邏輯單元 (ALU) SF ZF OF CF MBR CPU 2.17

18 指令的讀取與執行動作時序圖 MAR CS + IP T1 MBR Mem[MAR] T2 IP IP + 1 T3 IR MBR T4 MOV AX,addr ADD BX,AX MOV AX,data MOV addr,ax MAR CS + IP 其它指令 MBR AX MAR CS + IP MAR CS + IP T5 MBR Mem[MAR] BX BX + MBR MBR Mem[MAR] MBR Mem[MAR] T6 IP IP + 1 IP IP + 1 IP IP + 1 T7 MAR DS +MBR AX MBR MAR DS +MBR T8 MBR Mem[MAR] MBR AX T9 AX MBR Mem[MAR] MBR T

19 指令 MOV AX,addr 執行的第四個步驟 DS CS IP +1 AX BX CX DX MAR T8 20 位址 IR 記憶器控制單元操作碼操作碼 /disp 資料 (CU) 8 符號擴展算術邏輯單元 (ALU) SF ZF OF CF MBR CPU 2.19

20 指令 MOV AX,addr 執行的最後一個步驟 DS CS IP +1 AX BX CX DX MAR 位址 IR 記憶器控制單元操作碼操作碼 /disp 資料 (CU) 8 符號擴展算術邏輯單元 SF ZF OF CF MBR (ALU) T10 CPU 2.20

21 典型的組合語言程式列表 ;program (file_name test.asm) page 45, DATA SEGMENT PUBLIC 'DATA' OPR1 DW 0047H OPR2 DW 0023H 0004 DATA ENDS ;Exchange two words in memory ;using absolute addressing mode 0000 CODE SEGMENT PUBLIC 'CODE' ASSUME CS:CODE,DS:DATA 0000 SWAP PROC NEAR 0000 B R MOV AX,DATA ;load DS E D8 MOV DS,AX 0005 A R MOV AX,OPR1 ;get opr B 1E 0002 R MOV BX,OPR2 ;get opr2 000C A R MOV OPR2,AX ;save opr1 000F 89 1E 0000 R MOV OPR1,BX ;save opr C3 RET 0014 SWAP ENDP 0014 CODE ENDS END SWAP 2.21

22 最常用的部分假指令假指令意義例子 DB <exp>[,<exp>, ] DB 07,0EFH DB <string>[,<string>, ] } 定義位元組資料 DB AB, BOOK DW <exp>[,<exp>, ] 定義語句 (2 位元組 ) 資料 DW 07,0E23FH DD <exp>[,<exp>, ] 定義雙語句 (4 位元組 ) 資料 DD 0E23F0011H DB number DUP(?) 保留位元組儲存空間 DB 5 DUP(0) DW number DUP(?) 保留語句儲存空間 DW 50 DUP(0) DD number DUP(?) 保留雙語句儲存空間 DD 25 DUP(0) DQ number DUP(?) 保留四語句儲存空間 DQ 25 DUP(0) ORG <exp> 定義機器碼起始位址 ORG 0100H <name> EQU <exp> 指定 name 的值為 exp THREE EQU 3 END [<label>] 表程式到此結束, 並且設定程 END 式的啟始位址為 label ( 若有 ) END START 2.22

23 保護模式的兩種記憶器映成模式 FFFFFFFF (4 GB) 基底位址節區長度存取權 GDT 安裝記憶器基底位址節區長度存取權 LDT (a) 平坦模式 (b) 多節區模式 2.23

24 產生與執行一個組合語言程式的過程命令作業系統 ( 核心程式 ) I/O 推動程式編輯程式原始程式目的程式目的程式 ( 可執行 ) 組譯程式連結程式載入程式執行程式程式列表程式列表程式設計者 ( 其它目的程式 ) ( 系統或使用者程式庫 ) 2.24

25 DOS 模式組合語言程式的建立與測試步驟 1 C:>masm test test test Microsoft (R) MASM Compatibility Driver Copyright (C) Microsoft Corp All rights reserved. Invoking: ML.EXE /I. /Zm /c /Fl test.asm Assembling: test.asm 2.25

26 DOS 模式組合語言程式的建立與測試步驟 2 C:>link test test 或 C:>link Microsoft (R) Segmented Executable Linker Version Jul Copyright (C) Microsoft Corp All rights reserved. Object Modules [.obj]:test ( 輸入欲連結的目的程式檔名 ) Run File [test.exe]:test ( 輸入欲產生的目的程式檔名 ) List File [nul.map]: ( 輸入 enter) Libraries [.lib]: ( 輸入 enter) Definitions File [nul.def]: ( 輸入 enter) LINK : warning L4021: no stack segment 2.26

27 DOS 模式組合語言程式的建立與測試步驟 3 C:>debug test.exe -u 11B0:0000 B8AF11 MOV AX,11AF 11B0:0003 8ED8 MOV DS,AX 11B0:0005 A10000 MOV AX,[0000] 11B0:0008 8B1E0200 MOV BX,[0002] 11B0:000C A30200 MOV [0002],AX 11B0:000F 891E0000 MOV [0000],BX 11B0:0013 C3 RET 11B0: DB XOR BX,BX 11B0:00 8CC8 MOV AX,CS 11B0: E007 AND AX,+07 11B0:001B 8E060A00 MOV ES,[000A] 11B0:001F 0F DB0F 2.27

28 DOS 模式組合語言程式的建立與測試 -d 11AF:0 11AF: G.#... 11AF:0010 B8 AF 11 8E D8 A B 1E A AF:0020 1E C3 33 DB 8C C8-83 E0 07 8E 06 0A 00 0F AF: E 0A D1 E9 80-3E A...>.%.t7&9 11AF: E8 75-FC F7 C3 F0 FF 75.u(SRP.u.r...u 11AF:0050 0D 0B D A 52 B CD t.ZR...1s.XP 11AF:0060 E8 55 FF 58 5A 5B 26 C C C3.U.XZ[&... 11AF: E2 CB EB E8 3A FF &9.u.P.:.X. 2.28

29 DOS 模式組合語言程式的建立與測試 -e 11af:0 11AF: d 11af:0 11AF: #... 11AF:0010 B8 AF 11 8E D8 A B 1E A AF:0020 1E C3 33 DB 8C C8-83 E0 07 8E 06 0A 00 0F AF: E 0A D1 E9 80-3E A...>.%.t7&9 11AF: E8 75-FC F7 C3 F0 FF 75.u(SRP.u.r...u 11AF:0050 0D 0B D A 52 B CD t.ZR...1s.XP 11AF:0060 E8 55 FF 58 5A 5B 26 C C C3.U.XZ[&... 11AF: E2 CB EB E8 3A FF &9.u.P.:.X. 2.29

30 DOS 模式組合語言程式的建立與測試 -g=0,13 AX=0012 BX=0023 CX=0024 DX=0000 SP=0000 BP=0000 SI=0000 DI=0000 DS=11AF ES=119F SS=11AF CS=11B0 IP=0013 NV UP EI PL NZ NA PO NC 11B0:0013 C3 RET -d 11af:0 11AF: #... 11AF:0010 B8 AF 11 8E D8 A B 1E A AF:0020 1E C3 33 DB 8C C8-83 E0 07 8E 06 0A 00 0F AF: E 0A D1 E9 80-3E A...>.%.t7&9 11AF: E8 75-FC F7 C3 F0 FF 75.u(SRP.u.r...u 11AF:0050 0D 0B D A 52 B CD t.ZR...1s.XP 11AF:0060 E8 55 FF 58 5A 5B 26 C C C3.U.XZ[&... 11AF: E2 CB EB E8 3A FF &9.u.P.:.X. 2.30

31 程式的另外一種結構 ;program (file_name test1.asm) page 45,70.model small ( 宣告 DATA 與 CODE 為分開的節區 ).data ( 取代 DATA SEGMENT 與 DATA ENDS 兩個假指令 ) OPR1 DW 0047H OPR2 DW 0023H ;Exchange two words in memory ;using absolute addressing mode.code ( 取代 CODE SEGMENT 與 CODE ENDS 兩個假指令 ).startup ( 設定 DS SS 與 SP 的初值 ) SWAP PROC NEAR MOV AX,OPR1 ;get opr1 MOV BX,OPR2 ;get opr2 MOV OPR2,AX ;save opr1 MOV OPR1,BX ;save opr2 RET SWAP ENDP END 2.31

32 debug 常用的命令命令功能? 顯示 debug 的所有命令與格式 A[< 啟始位址 >] 自指定的啟始位址開始接受指令輸入並作組譯 C< 記憶器區範圍 >< 位址 > 比較記憶器內容 D[< 記憶器區範圍 >] 顯示記憶器內容 E< 啟始位址 >[< 資料序列 >] 顯示記憶器內容並允許更改 F< 記憶器區範圍 >< 資料序列 > 填入資料到記憶器內 G[=< 啟始位址 >[< 終止位址 > ]] 執行 H< 數值 1>< 數值 2> 計算數值 1 與數值 2 的和及差 I< 輸入埠位址 > 讀取輸入埠的資料值 L[ 啟始位址 ][ 磁碟機 ][ 起始扇形區 ][ 數目 ] 載入檔案於記憶器內 M< 記憶器區範圍 >< 目的位址 > 記憶器區資料的移動 N[ 檔名 ][ 參數 ] 設定欲載入記憶器 ( 或寫入磁碟 ) 的檔名或程式執行時的參數 O< 輸出埠位址 >< 位元組值 > 設定輸出埠的值 P[= 啟始位址 ][ 執行的指令個數 ] 單步執行 ( 見內文說明 ) Q 結束 debug 程式 R[ 暫存器名稱 ] 顯示暫存器內容並允許更改 S< 記憶器區範圍 >< 資料序列 > 在記憶器區範圍內尋找資料 T[ = 啟始位址 ][ 執行的指令個數 ] 單步執行 ( 見內文說明 ) U[ 記憶器區範圍或位址 ] 解組譯 W[ 啟始位址 ][ 磁碟機 ][ 起始扇形區 ][ 數目 ] 寫入記憶器中的資料到檔案內 2.32

33 在平坦模式下的組合語言程式例 ;program (file_name ex233.asm).386.model flat, stdcall ExitProcess PROTO NEAR32 stdcall, dwexitcode:dword.stack data OPR1 DW 0047H OPR2 DW 0023H code ;Exchange two words in memory ;using absolute addressing mode main PROC A R MOV AX,OPR1 ;get opr B 1D R MOV BX,OPR2 ;get opr D 66 A R MOV OPR2,AX ;save opr D R MOV OPR1,BX ;save opr2 INVOKE ExitProcess, main ENDP END main 2.33

34 使用 Windbg 程式執行程式時的相關視窗 2.34

35 組譯程式與其相關的資料結構 LC 原始程式第一回合 ST MOT POT 第二回合目的程式組譯程式組譯列表 2.35

36 組譯程式第一個回合概觀 : 建立 ST 表開始讀入資料有新標記否? 是與 LC 值一起存入 ST 否列印錯誤訊息找尋 POT 表找到型式 END 第二回合未找到未找到找尋 MOT 表找到計算需要的長度 DB, DW, DD, DQ 計算指令長度處理表式更新 LC 值 2.36

37 組譯程式第二個回合概觀 : 計值與產生目的程式開始讀入資料列印錯誤訊息找尋 POT 表找到型式 END 清除與跳出未找到未找到找尋 MOT 表找到保留空間假指令定義資料假指令計算需要的長度給予指令長度, 格式, 及二進碼轉換與輸出常數計算運算元表式產生組合語言指令各部分更新 LC 值 2.37

38 組譯程序例 ;ex5.1-4.asm DATA SEGMENT PUBLIC 'DATA' LC BYTE CODE BCOUNT EQU 08H ;bit bumber = 0008 TDATA DB 47H ;test data COUNT DB 00H ;result EMASK DB 01H,02H,04H,08H ;mask DB 10H,20H,40H,80H DATA ENDS 000A ;count the number of 1-bit in a given byte ;using MASK and AND instruction. 2.38

39 組譯程序例 CODE SEGMENT PUBLIC 'CODE' 0000 ASSUME CS:CODE,DS:DATA B1CNTS PROC NEAR 0000 MOV AX,DATA ;load DS B R MOV DS,AX E D8 MOV CX,BCOUNT ;put count in CX B MOV SI,00H ;zero index BE 0000 XOR AH,AH ;zero AH 000B 2 32 E4 BEGIN: MOV AL,TDATA ;get test data 000D 3 A R AND AL,EMASK[SI];test bit value R JZ NEXT ;if not zero INC AH ;increase count 00 2 FE C4 NEXT: INC SI ;increase index DEC CX ;repeat until JNZ BEGIN ;CX = 0 001A 2 75 F1 MOV COUNT,AH ;store result 001C R RET C3 B1CNTS ENDP 0021 CODE ENDS 0021 END B1CNTS 2.39

40 組譯程序例 ST 表 (Symbol Table) Name Type Value Attr BCOUNT Number 0008h BEGIN L Near 000D CODE COUNT Byte 0001 DATA EMASK Byte 0002 DATA NEXT L Near 0018 CODE TDATA Byte 0000 DATA 2.40

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Microsoft PowerPoint - chap2.ppt 基本程式設計觀念人自然語言 ( 中文英文...) 高階語言 (C C++ Java) 組合語言 (8051 或是 80x86) 機器語言 (8051 或是 80x86) 機器林銘波編著 --- 全華科技圖書公司 2.1 計算機的階層式結構應用程式 ( 或語言 ) 高階語言組合語言硬體林銘波編著 --- 全華科技圖書公司 2.2 儲存程式計算機資料輸入中央處理器讀取 / 寫入控制 CPU