前言 📌
汇编语言是很多相关课程(如数据结构、操作系统、微机原理)的重要基础。但仅仅从课程的角度出发就太片面了,其实学习汇编语言可以深入理解计算机底层工作原理,提升代码效率,尤其在嵌入式系统和性能优化方面有重要作用。此外,它在逆向工程和安全领域不可或缺,帮助分析软件运行机制并增强漏洞修复能力。
本专栏的汇编语言学习章节主要是依据王爽老师的《汇编语言》来写的,和书中一样为了使学习的过程容易展开,我们采用以8086CPU为中央处理器的PC机来进行学习。
1. 栈段前面的内容中讲过,对于8086PC机,在编程时,可以根据需要,将一组内存单元定义为一个段。我们可以将长度为N(N<=64KB)的一组地址连续、起始地址为16的倍数的内存单元,当作栈空间来用,从而定义了一个栈段。
比如,我们将10010H-1001FH这段长度为16字节的内存空间当作栈来用,以栈的方式进行访问。这段空间就可以称为一个栈段,段地址为1001H,大小为16字节。
将一段内存当作栈段,仅仅是我们在编程时的一种安排,CPU并不会由于这种安排,就在执行 push、pop 等栈操作指令时自动地将我们定义的栈段当作栈空间来访问。
如何使得如 push、pop 等栈操作指令访问我们定义的栈段呢?
答:就是要将 SS:SP 指向我们定义的栈段。
2. 问题一以及分析与解答问题:
如果将10000H-1FFFFH这段空间当作段,初始状态是空的,此时,SS=1000H,SP=?
思考后看分析。
分析与解答:
如果将10000H-1FFFFH这段空间当作栈段,SS=1000H,空间为64KB,栈最底部的字单元地址为1000:FFFE。任意时刻,SS:SP指向栈顶单元,当栈中只有一个元素的时候,SS=1000H,SP=FFFEH。栈为空,就相当于栈中唯一的元素出栈,出栈后,SP=SP+2。
SP原来为FFFEH,加2后SP=0,所以,当为空的时候,SS=1000H,SP=0(之前的内容讲过,由于该寄存器只能存储16位数据,因此在这里加上2之后为10000H,然后会舍去最前面的1,得到SP=0000H)。
换个角度看,任意时刻,SS:SP指向栈顶元素,当栈为空的时候,栈中没有元素,也就不存在栈顶元素,所以SS:SP只能指向栈的最底部单元下面的单元,该单元的地址为栈最底部的字单元的地址+2。栈最底部字单元的地址为1000:FFFE,所以栈空时,SP=0000H。
3. 问题二以及分析与解答问题:
一个栈段最大可以设为多少?为什么?
思考后看分析。
分析与解答:
这个问题显而易见,提出来只是为了提示我们将相关的知识融会起来。
首先从栈操作指令所完成的功能的角度上来看,push、pop等指令在执行的时候只修改SP,所以栈顶的变化范围是0-FFFFH,从栈空时候的SP=0,一直压栈,直到栈满时SP=0;如果再次压栈,栈顶将环绕,覆盖了原来栈中的内容。所以一个栈段的容量最大为64KB。
4. 栈的综述(1)8086CPU提供了栈操作机制,方案如下。
在SS、SP中存放栈顶的段地址和偏移地址;
提供入栈和出栈指令,它们根据SS:SP指示的地址,按照栈的方式访问内存单元。
(2)push指令的执行步骤:① SP=SP-2;② 向 SS:SP 指向的字单元中送入数据。
(3)pop指令的执行步骤:① 从SS:SP 指向的字单元中读取数据;② SP=SP+2。
(4)任意时刻,SS:SP指向栈顶元素。
(5)8086CPU只记录栈顶,栈空间的大小要我们自己管理。
(6)用栈来暂存以后需要恢复的寄存器的内容时,寄存器出栈的顺序要和入栈的顺序相反。
(7)push、pop实质上是一种内存传送指令,注意它们的灵活应用。
栈是一种非常重要的机制,一定要深入理解,灵活掌握。
5. 段的综述我们可以将一段内存定义为一个段,用一个段地址指示段,用偏移地址访问段内的单元。这完全是我们自己的安排。
可以用一个段存放数据,将它定义为“数据段”;
可以用一个段存放代码,将它定义为“代码段”;
可以用一个段当作栈,将它定义为“栈段”;
我们可以这样安排,但若要让CPU按照我们的安排来访问这些段,就要:
对于数据段,将它的段地址放在 DS中,用mov、add、sub等访问内存单元的指令时,CPU就将我们定义的数据段中的内容当作数据段来访问;
对于代码段,将它的段地址放在 CS中,将段中第一条指令的偏移地址放在IP中,这样CPU就将执行我们定义的代码段中的指令;
对于栈段,将它的段地址放在SS中,将栈顶单元的偏移地置放在 SP 中,这样CPU在需要进行栈操作的时候,比如执行 push、pop 指令等,就将我们定义的栈段当作栈空间来用。
可见,不管我们如何安排 ,CPU 将内存中的某段内存当作代码 ,是因为CS:IP指向了那里;CPU将某段内存当作栈 ,是因为 SS:IP 指向了那里。我们一定要清楚 ,什么是我们的安排,以及如何让CPU按我们的安排行事。要非常的清楚CPU的工作机理,才能在控制CPU来按照我们的安排运行的时候做到游刃有余。
比如我们将10000H-1001FH安排为代码段,并在里面存储如下代码:
设置CS=1000H,IP=0,这段代码将得到执行。可以看到,在这段代码中,我们又将10000H-1001FH 安排为栈段和数据段。10000H~1001FH这段内存,既是代码段,又是栈段和数据段。
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一段内存,可以既是代码的存储空间,又是数据的存储空间,还可以是栈空间,也可以什么也不是。关键在于CPU中寄存器的设置,即: CS、IP、SS、SP、DS的指向。
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