目錄

第1章基礎知識

1．1CPU簡介

1．1．1目標代碼

1．1．2基本功能

1．2彙編語言概念

1．2．1機器指令

1．2．2彙編格式指令

1．2．3彙編語言及其優缺點

1．3數據的表示和存儲

1．3．1數值數據的表示

1．3．2非數值數據的表示

1．3．3基本數據類型

1．3．4數據的存儲

習題

第2章IA32處理器基本功能

2．1IA32處理器簡介

2．1．1IA32繫列處理器

2．1．2保護方式和實地址方式

2．2通用寄存器及使用

2．2．1通用寄存器

2．2．2簡單傳送指令

2．2．3簡單加減指令

2．2．4VC嵌入彙編和實驗

2．3標志寄存器及使用

2．3．1標志寄存器

2．3．2狀態標志

2．3．3狀態標志操作指令

2．3．4帶進位加減指令

2．4段寄存器及使用

2．4．1存儲器分段

2．4．2邏輯地址

2．4．3段寄存器

2．5尋址方式

2．5．1立即尋址方式和寄存器尋址方式

2．5．232位的存儲器尋址方式

2．5．3取有效地址指令

2．6指令指針寄存器和簡單控制轉移

2．6．1指令指針寄存器

2．6．2常用條件轉移指令

2．6．3比較指令和數值大小比較

2．6．4簡單的無條件轉移指令

2．7堆棧和堆棧操作

2．7．1堆棧

2．7．2堆棧操作指令

習題

第3章程序設計初步

3．1堆棧的作用

3．1．1過程調用和返回指令

3．1．2參數傳遞

3．1．3局部變量

3．2算術邏輯運算指令

3．2．1乘除運算指令

3．2．2邏輯運算指令

3．2．3移位指令

3．3分支程序設計

3．3．1分支程序設計示例

3．3．2無條件和條件轉移指令

3．3．3多路分支的實現

3．4循環程序設計

3．4．1循環程序設計示例

3．4．2循環指令

3．4．3多重循環設計舉例

3．5子程序設計

3．5．1子程序設計要點

3．5．2子程序設計舉例

3．5．3子程序調用方法

習題

第4章字符串操作和位操作

4．1字符串操作

4．1．1字符串操作指令

4．1．2重復操作前綴

4．1．3應用舉例

4．2位操作

4．2．1位操作指令

4．2．2應用舉例

4．3條件設置字節指令

4．3．1條件設置字節指令概述

4．3．2應用舉例

習題

第5章VC目標代碼的閱讀理解

5．1彙編語言形式的目標代碼

5．1．1基本樣式

5．1．2符號化表示

5．2C語言部分編譯的解析

5．2．1類型的轉換

5．2．2表達式求值

5．2．3指針的本質

5．2．4結構體變量

5．3C 部分功能實現細節

5．3．1引用

5．3．2通過引用傳遞參數

5．3．3函數重載

5．3．4虛函數

5．4目標程序的優化

5．4．1關於程序優化

5．4．2使大小小化

5．4．3使速度化

5．4．4內存地址對齊

5．5C庫函數分析

5．5．1函數strlen

5．5．2函數strpbrk

5．5．3函數memset

5．6C程序的目標代碼

5．6．1Base64編碼操作

5．6．2源程序

5．6．3目標程序

習題

第6章彙編語言

6.1實方式執行環境

6.1.1寄存器和指令集

6.1.2存儲器分段管理

6.1.316位的存儲器尋址方式

6.2源程序和語句

6.2.1彙編語言源程序

6.2.2語句及其格式

6.3操作數表示

6.3.1常數

6.3.2數值表達式

6.3.3有效地址

6.3.4數據類型說明

6.4偽指令語句和變量

6.4.1數據定義語句

6.4.2定義語句

6.4.3常數符號聲明語句

6.4.4演示舉例

6.5段聲明和段間轉移

6.5.1段聲明語句

6.5.2無條件段間轉移指令

6.5.3段間過程調用和返回指令

6.6目標文件和段模式

6.6.1目標文件

6.6.2段模式聲明語句

6.7宏

6.7.1宏指令的聲明和使用

6.7.2單行宏的聲明和使用

6.7.3宏相關方法

習題

第7章BIOS和虛擬機

7.1BIOS及其調用

7.1.1BIOS簡介

7.1.2鍵盤輸入和顯示輸出

7.1.3應用舉例

7.2磁盤及其讀寫

7.2.1磁盤簡介

7.2.2磁盤讀寫

7.2.3主引導記錄分析

7.3虛擬機

7.3.1虛擬機工作原理

7.3.2虛擬硬盤文件

7.3.3直接寫屏顯示方式

7.4一個簡易的加載器

7.4.1加載方法

7.4.2程序加載器

7.4.3工作程序示例

習題

第8章輸入輸出和中斷

8.1輸入輸出的基本概念

8.1.1I/O端口地址

8.1.2I/O指令

8.1.3數據傳送方式

8.1.4實時時鐘的存取

8.2查詢傳送方式

8.2.1查詢傳送流程

8.2.2實時時鐘的穩妥存取

8.3中斷概述

8.3.1中斷的概念

8.3.2中斷向量表

8.3.3中斷響應過程

8.3.4內部中斷

8.3.5外部中斷

8.3.6中斷優先級和中斷嵌套

8.4中斷處理程序設計

8.4.1鍵盤中斷處理程序

8.4.2除法出錯中斷處理程序

8.4.3擴展顯示I/O程序

8.4.4時鐘顯示程序

習題

第9章保護方式程序設計

9.1概述

9.1.1存儲器管理

9.1.2特權級設置

9.2分段存儲管理機制

9.2.1存儲段

9.2.2存儲段描述符

9.2.3全局和局部描述符表

9.2.4段選擇子

9.2.5邏輯地址到線性地址的轉換

9.3存儲管理寄存器和控制寄存器

9.3.1存儲管理寄存器

9.3.2控制寄存器

9.3.3相關存取指令

9.4實方式與保護方式切換示例

9.4.1實方式和保護方式切換的演示(示例一)

9.4.2不同模式代碼段切換的演示(示例二)

9.4.3局部描述符表使用的演示(示例三)

9.5分頁存儲管理機制

9.5.1存儲分頁

9.5.2線性地址到物理地址的轉換

9.5.3頁級保護和虛擬存儲器支持

9.5.4分頁存儲管理機制的演示(示例四)

9.6任務狀態段和控制門

9.6.1繫統段描述符

9.6.2門描述符

9.6.3任務狀態段

9.7控制轉移

9.7.1任務內相同特權級的轉移

9.7.2相同特權級轉移的演示(示例五)

9.7.3任務內不同特權級的變換

9.7.4特權級變換的演示(示例六)

9.7.5任務切換

9.7.6任務切換的演示(示例七)

9.8中斷和異常的處理

9.8.1異常概念

9.8.2異常類型

9.8.3中斷和異常的處理

9.8.4中斷處理的演示(示例八)

9.8.5異常處理的演示(示例九)

9.9保護機制小結

9.9.1轉移途徑小結

9.9.2特權指令

習題

第10章實驗工具的使用

10.1彙編器NASM的使用

10.1.1NASM簡介

10.1.2NASM的使用

10.1.3鏈接器及其使用

10.2虛擬機管理器VirtualBox的使用

10.2.1VirtualBox簡介

10.2.2VirtualBox的使用

10.2.3關於硬件加速

10.3模擬器Bochs的使用

10.3.1Bochs簡介

10.3.2Bochs的配置與運行

10.3.3控制臺調試

10.3.4圖形化界面調試

10.4VHDWriter的使用

參考文獻

前言

隨著計算資源的日益豐富和開發環境的日趨完善，直接運用彙編語言編寫程序的場合越來越少，因此彙編語言課程需要新定位，彙編語言課程需要新概念。

在這樣的背景下，本書設定新的目標，采用新的方法，基於新的平臺，講解IA32結構繫列（80x86繫列）CPU的32位編程。學習彙編語言的新目標是深入理解計算機繫統的工作原理，全面提升高級語言程序設計能力，而不再是熟練運用彙編語言編寫程序。彙編語言課程將起到“上承高級語言，下啟機器繫統”的橋梁作用。學習彙編語言的新方法是依托高級語言。在學習彙編語言之前，通常已經具備高級語言（C或者C 語言等）程序設計的基礎。通過采用嵌入彙編和分析目標代碼等方法，不僅可以降低學習和掌握彙編格式指令的難度，而且有助於“知其然，知其所以然”，有助於更好地掌握高級語言。實踐彙編語言的新平臺是虛擬機。目前虛擬機已經十分流行，它是很理想的“裸機”。基於虛擬機不僅可以突破操作繫統的約束，為所欲為地操縱“機器”，從而輕松調試設備驅動程序或者繫統程序，而且有助於熟悉計算機繫統的啟動過程，有助於明了計算機繫統硬件和軟件的相互關繫。

    本書分為4個部分，共10章。部分由前五章組成，利用VC 2010環境的嵌入彙編和目標代碼，講解IA32繫列（80x86繫列）CPU的基本功能和32位編程技術。第1章介紹基礎知識；
第2章說明IA32繫列CPU的基本功能；
第3章和第4章講解利用IA32繫列CPU的指令設計程序；
第5章分析VC源程序的目標代碼。第二部分由第6章、第7章和第8章組成，利用彙編器NASM和虛擬機，講解彙編語言和繫統輸入輸出。第6章基於彙編器NASM介紹彙編語言；
第7章在介紹BIOS和主引導記錄之後，說明虛擬機的原理及其使用方法；
第8章基於虛擬機講解計算機繫統底層輸入輸出的實現方式。第三部分是第9章，詳細講解基於IA32繫列CPU的保護方式程序設計，該章內容十分豐富。第四部分是第10章，簡要說明相關工具的使用，包括開源彙編器NASM、開源虛擬機VirtualBox和開源模擬器Bochs等。

本書依托高級語言，講解低級語言；
利用虛擬平臺，演示繫統原理。部分和第二部分可作為學習彙編語言的教材，第三部分可作為學習保護方式編程技術的教材或參考書。本書還提供教學用PPT。

楊季文撰寫第1~4章和第6~9章，朱曉旭撰寫第5章，胡沁涵撰寫第10章，趙雷參與部分工作。楊季文負責全書統稿、定稿。

本書得到了指導老師錢培德教授的大力支持，在此表示衷心感謝。本書還得到了同事

朱巧明、呂強、李雲飛和李培峰

等教授的大力幫助，在此表示感謝。還要感謝同事盧維亮、查偉忠、陳宇和王莉等老師的幫助。

由於編者時間倉促和水平所限，書中難免有不妥之處，懇請讀者批評指正。

作者

2017年6月