每一種處理器都有它自己的機器指令集，而彙編語言的發明則是為了方便這些機器指令的記憶和書寫。盡管彙編語言已經較少用於大型軟件程序的開發，但從學習者的角度來看，要想真正理解計算機的工作原理，掌握它內部的運行機制，學習彙編語言是必不可少的。本書采用開源的NASM彙編語言編譯器和VirtualBox虛擬機軟件，以個人計算機廣泛采用的Intel處理器為基礎，詳細講解了Intel處理器的指令繫統和工作模式，以大量的代碼演示了16／32／64位軟件的開發方法，介紹了處理器的16位實模式和32位保護模式，以及基本的指令繫統。這是一本有趣的書，它沒有把篇幅花在計算一些枯燥的數學題上。相反，它教你如何直接控制硬件，在不借助於BIOS、DOS、Windows、Linux或者任何其他軟件支持的情況下來顯示字符、讀取硬盤數據、控制其他硬件等。本書可作為大專院校相關專業學生和計算機編程愛好者的教程。

目 錄



第1部分 預備知識
第1章 十六進制計數法\t3
1．1 二進制計數法回顧\t3
1．1．1 關於二進制計數法\t3
1．1．2 二進制到十進制的轉換\t4
1．1．3 十進制到二進制的轉換\t4
1．2 十六進制計數法\t5
1．2．1 十六進制計數法的原理\t5
1．2．2 十六進制到十進制的轉換\t6
1．2．3 十進制到十六進制的轉換\t6
1．2．4 為什麼需要十六進制\t6
1．3 使用Windows計算器方便你的學習過程\t8
本章習題\t9
第2章 處理器、內存和指令\t10
2．1 最早的處理器\t10
2．2 寄存器和算術邏輯部件\t10
2．3 內存儲器\t12
2．4 指令和指令集\t14
2．5 古老的Intel 8086處理器\t16
2．5．1 8086的通用寄存器\t16
2．5．2 程序的重定位難題\t16
2．5．3 內存分段機制\t19
2．5．4 8086的內存分段機制\t21
本章習題\t24
第3章 彙編語言和彙編軟件\t25
3．1 彙編語言簡介\t25
3．2 NASM編譯器\t27
3．2．1 NASM的下載和安裝\t27

3．2．2 代碼的書寫和編譯過程\t27
3．2．3 用HexView觀察編譯後的機器代碼\t30
本章習題\t31
第4章 虛擬機的安裝和使用\t32
4．1 計算機的啟動過程\t32
4．1．1 如何將編譯好的程序提交給處理器\t32
4．1．2 計算機的加電和復位\t33
4．1．3 基本輸入輸出繫統\t33
4．1．4 硬盤及其工作原理\t34
4．1．5 一切從主引導扇區開始\t36
4．2 創建和使用虛擬機\t37
4．2．1 別害怕，虛擬機是軟件\t37
4．2．2 下載和安裝Oracle VM VirtualBox\t37
4．2．3 虛擬硬盤簡介\t39
4．2．4 練習使用FixVhdWr工具向虛擬硬盤寫數據\t40
第2部分 實模式
第5章 編寫主引導扇區代碼\t45
5．1 本章代碼清單\t45
5．2 歡迎來到主引導扇區\t45
5．3 注釋\t46
5．4 在屏幕上顯示文字\t46
5．4．1 顯卡和顯存\t46
5．4．2 初始化段寄存器\t49
5．4．3 顯存的訪問和ASCII代碼\t49
5．4．4 顯示字符\t51
5．4．5 MOV指令的格式\t52
5．5 顯示標號的彙編地址\t54
5．5．1 標號\t54
5．5．2 如何顯示十進制數字\t58
5．5．3 在程序中聲明並初始化數據\t58
5．5．4 分解數的各個數位\t59
5．5．5 顯示分解出來的各個數位\t63
5．6 使程序進入無限循環狀態\t64
5．7 完成並編譯主引導扇區代碼\t66
5．7．1 主引導扇區有效標志\t66
5．7．2 代碼的保存和編譯\t67
5．8 加載和運行主引導扇區代碼\t67
5．8．1 把編譯後的指令寫入主引導扇區\t67
5．8．2 啟動虛擬機觀察運行結果\t68
5．9 程序的調試技術\t68
5．9．1 開源的Bochs虛擬機軟件\t68
5．9．2 Bochs下的程序調試入門\t69
本章習題\t75
第6章 相同的功能，不同的代碼\t76
6．1 代碼清單6-1\t76
6．2 跳過非指令的數據區\t76
6．3 在數據聲明中使用字面值\t77
6．4 段地址的初始化\t77
6．5 段之間的批量數據傳送\t78
6．6 使用循環分解數位\t80
6．7 計算機中的負數\t81
6．7．1 無符號數和有符號數\t81
6．7．2 處理器視角中的數據類型\t85
6．8 數位的顯示\t87
6．9 其他標志位和條件轉移指令\t88
6．9．1 奇偶標志位PF\t88
6．9．2 進位標志CF\t89
6．9．3 溢出標志OF\t89
6．9．4 現有指令對標志位的影響\t90
6．9．5 條件轉移指令\t90
6．10 NASM編譯器的$和$$標記\t92
6．11 觀察運行結果\t93
6．12 本章程序的調試\t93
6．12．1 調試命令“n”的使用\t93
6．12．2 調試命令“u”的使用\t94
6．12．3 用調試命令“info”察看標志位\t96
本章習題\t97
第7章 比高斯更快的計算\t98
7．1 從1加到100的故事\t98
7．2 代碼清單7-1\t98
7．3 顯示字符串\t98
7．4 計算1到100的累加和\t99
7．5 累加和各個數位的分解與顯示\t99
7．5．1 棧和棧段的初始化\t99
7．5．2 分解各個數位並壓棧\t101
7．5．3 出棧並顯示各個數位\t103
7．5．4 進一步認識棧\t104
7．6 程序的編譯和運行\t105
7．6．1 觀察程序的運行結果\t105
7．6．2 在調試過程中察看棧中內容\t106
7．7 8086處理器的尋址方式\t107
7．7．1 寄存器尋址\t107
7．7．2 立即尋址\t107
7．7．3 內存尋址\t108
本章習題\t112
第8章 硬盤和顯卡的訪問與控制\t113
8．1 本章代碼清單\t114
8．2 用戶程序的結構\t114
8．2．1 分段、段的彙編地址和段內彙編地址\t114
8．2．2 用戶程序頭部\t117
8．3 加載程序（器）的工作流程\t120
8．3．1 初始化和決定加載位置\t120
8．3．2 準備加載用戶程序\t121
8．3．3 外圍設備及其接口\t122
8．3．4 I/O端口和端口訪問\t123
8．3．5 通過硬盤控制器端口讀扇區數據\t125
8．3．6 過程調用\t127
8．3．7 加載用戶程序\t133
8．3．8 用戶程序重定位\t134
8．3．9 將控制權交給用戶程序\t137
8．3．10 8086處理器的無條件轉移指令\t138
8．4 用戶程序的工作流程\t140
8．4．1 初始化段寄存器和棧切換\t140
8．4．2 調用字符串顯示例程\t141
8．4．3 過程的嵌套\t142
8．4．4 屏幕光標控制\t142
8．4．5 取當前光標位置\t143
8．4．6 處理回車和換行字符\t144
8．4．7 顯示可打印字符\t145
8．4．8 滾動屏幕內容\t145
8．4．9 重置光標\t146
8．4．10 切換到另一個代碼段中執行\t146
8．4．11 訪問另一個數據段\t147
8．5 編譯和運行程序並觀察結果\t147
本章習題\t148
第9章 中斷和動態時鐘顯示\t149
9．1 外部硬件中斷\t149
9．1．1 非屏蔽中斷\t150
9．1．2 可屏蔽中斷\t150
9．1．3 實模式下的中斷向量表\t152
9．1．4 實時時鐘、CMOS RAM和BCD編碼\t154
9．1．5 代碼清單9-1\t157
9．1．6 初始化8259、RTC和中斷向量表\t157
9．1．7 使處理器進入低功耗狀態\t159
9．1．8 實時時鐘中斷的處理過程\t160
9．1．9 代碼清單9-1的編譯和運行\t162
9．2 內部中斷\t163
9．3 軟中斷\t163
9．3．1 BIOS中斷\t163
9．3．2 代碼清單9-2\t165
9．3．3 從鍵盤讀字符並顯示\t165
9．3．4 代碼清單9-2的編譯和運行\t165
本章習題\t166
第3部分 32位保護模式
第10章 32位x86處理器編程架構\t169
10．1 IA-32架構的基本執行環境\t169
10．1．1 寄存器的擴展\t169
10．1．2 基本的工作模式\t172
10．1．3 線性地址\t173
10．2 現代處理器的結構和特點\t174
10．2．1 流水線\t174
10．2．2 高速緩存\t175
10．2．3 亂序執行\t175
10．2．4 寄存器重命名\t176
10．2．5 分支目標預測\t177
10．3 32位模式的指令繫統\t178
10．3．1 32位處理器的尋址方式\t178
10．3．2 操作數大小的指令前綴\t179
10．3．3 一般指令的擴展\t181
本章習題\t184
第11章 進入保護模式\t185
11．1 代碼清單11-1\t185
11．2 全局描述符表\t186
11．3 存儲器的段描述符\t187
11．4 安裝存儲器的段描述符並加載GDTR\t191
11．5 關於第21條地址線A20的問題\t193
11．6 保護模式下的內存訪問\t195
11．7 清空流水線並串行化處理器\t199
11．8 保護模式下的棧\t200
11．8．1 關於棧段描述符中的界限值\t200
11．8．2 檢驗32位下的棧操作\t201
11．9 程序的運行和調試\t202
11．9．1 運行程序並觀察結果\t202
11．9．2 處理器剛加電時的段寄存器狀態\t203
11．9．3 設置PE位後的段寄存器狀態\t205
11．9．4 JMP指令執行後的段寄存器狀態\t205
11．9．5 察看全局描述符表GDT\t206
11．9．6 察看控制寄存器的內容\t207
本章習題\t207
第12章 存儲器的保護\t208
12．1 代碼清單12-1\t208
12．2 進入32位保護模式\t208
12．2．1 話說mov ds，ax和mov ds，eax\t208
12．2．2 創建GDT並安裝段描述符\t209
12．3 修改段寄存器時的保護\t211
12．4 地址變換時的保護\t213
12．4．1 代碼段執行時的保護\t213
12．4．2 棧操作時的保護\t214
12．4．3 數據訪問時的保護\t216
12．5 使用別名訪問代碼段對字符排序\t217
12．6 程序的編譯和運行\t219
本章習題\t220
第13章 程序的動態加載和執行\t221
13．1 本章代碼清單\t222
13．2 內核的結構、功能和加載\t222
13．2．1 內核的結構\t222
13．2．2 內核的加載\t223
13．2．3 安裝內核的段描述符\t225
13．3 在內核中執行\t229
13．4 用戶程序的加載和重定位\t230
13．4．1 用戶程序的結構\t230
13．4．2 計算用戶程序占用的扇區數\t232
13．4．3 簡單的動態內存分配\t233
13．4．4 段的重定位和描述符的創建\t234
13．4．5 重定位用戶程序內的符號地址\t238
13．5 執行用戶程序\t242
13．6 代碼的編譯、運行和調試\t243
本章習題\t244
第14章 任務和特權級保護\t245
14．1 任務的隔離和特權級保護\t246
14．1．1 任務、任務的LDT和TSS\t246
14．1．2 全局空間和局部空間\t248
14．1．3 特權級保護概述\t250
14．2 代碼清單14-1\t257
14．3 內核程序的初始化\t257
14．3．1 調用門\t258
14．3．2 調用門的安裝和測試\t261
14．4 加載用戶程序並創建任務\t264
14．4．1 任務控制塊和TCB鏈\t264
14．4．2 使用棧傳遞過程參數\t266
14．4．3 加載用戶程序\t268
14．4．4 創建局部描述符表\t269
14．4．5 重定位U-SALT表\t270
14．4．6 創建0、1和2特權級的棧\t271
14．4．7 安裝LDT描述符到GDT中\t271
14．4．8 任務狀態段TSS的格式\t272
14．4．9 創建任務狀態段TSS\t276
14．4．10 安裝TSS描述符到GDT中\t276
14．4．11 帶參數的過程返回指令\t277
14．5 用戶程序的執行\t278
14．5．1 通過調用門轉移控制的完整過程\t278
14．5．2 進入3特權級的用戶程序的執行\t281
14．5．3 檢查調用者的請求特權級RPL\t284
14．5．4 在Bochs中調試程序的新方法\t286
本章習題\t286
第15章 任務切換\t287
15．1 本章代碼清單\t287
15．2 任務切換前的設置\t287
15．3 任務切換的方法\t289
15．4 用call/jmp/iret指令發起任務切換的實例\t292
15．5 處理器在實施任務切換時的操作\t296
15．6 程序的編譯和運行\t298
本章習題\t299
第16章 分頁機制和動態頁面分配\t300
16．1 分頁機制概述\t301
16．1．1 簡單的分頁模型\t301
16．1．2 頁目錄、頁表和頁\t305
16．1．3 地址變換的具體過程\t307
16．2 本章代碼清單\t308
16．3 使內核在分頁機制下工作\t309
16．3．1 創建內核的頁目錄表和頁表\t309
16．3．2 任務全局空間和局部空間的頁面映射\t314
16．4 創建內核任務\t319
16．4．1 內核的虛擬內存分配\t319
16．4．2 頁面位映射串和空閑頁的查找\t320
16．4．3 創建頁表並登記分配的頁\t323
16．4．4 創建內核任務的TSS\t324
16．5 用戶任務的創建和切換\t325
16．5．1 多段模型和段頁式內存管理\t325
16．5．2 平坦模型和用戶程序的結構\t327
16．5．3 用戶任務的虛擬地址空間分配\t328
16．5．4 用戶程序的加載\t329
16．5．5 段描述符的創建（平坦模型）\t332
16．5．6 重定位U-SALT並復制頁目錄表\t333
16．5．7 切換到用戶任務執行\t334
16．6 程序的編譯、執行和調試\t336
16．6．1 本章程序的編譯和運行方法\t336
16．6．2 察看CR3寄存器的內容\t337
16．6．3 察看線性地址對應的物理頁信息\t337
16．6．4 察看當前任務的頁表信息\t338
16．6．5 使用線性（虛擬）地址調試程序\t339
本章習題\t339
第17章 中斷和異常的處理與搶占式多任務\t340
17．1 中斷和異常\t340
17．1．1 中斷和異常概述\t340
17．1．2 中斷描述符表、中斷門和陷阱門\t343
17．1．3 中斷和異常處理程序的保護\t345
17．1．4 中斷任務\t347
17．1．5 錯誤代碼\t348
17．2 本章代碼清單\t349
17．3 內核的加載和初始化\t349
17．3．1 徹底終結多段模型\t349
17．3．2 創建中斷描述符表\t352
17．3．3 用定時中斷實施任務切換\t354
17．3．4 8259A芯片的初始化\t359
17．3．5 平坦模型下的字符串顯示例程\t362
17．4 內核任務的創建\t362
17．4．1 創建內核任務的TCB\t362
17．4．2 宏彙編技術\t364
17．5 用戶任務的創建\t366
17．5．1 準備加載用戶程序\t366
17．5．2 轉換後援緩衝器的刷新\t367
17．5．3 用戶任務的創建和初始化\t368
17．6 程序的編譯和執行\t370
本章習題\t371
附錄Ⅰ 本書用到的x86指令及其頁碼\t372
附錄Ⅱ 本書用到的重要圖表及其頁碼\t374