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04 寄存器

1 总结#

8086 一共有 14 个寄存器，分别为：

  • 通用寄存器：AX, BX, CX, DX
  • 段地址寄存器：CS, DS, ES, SS
  • 偏移地址寄存器：IP, SP, BP, SI, DI
  • 标志寄存器：FL

80386 中除了段地址寄存器仍然是 16 位，其余均扩展到 32 位

2 通用寄存器#

用于算数、逻辑、移位运算

名称 AX BX CX DX
助记 accumulator base count data

3 段地址寄存器#

名称 CS DS ES SS
助记 code segment data segment extra segment stack segment
是否能用 mov 赋值 不能
只能用 jmp, call, ret, int 等间接改变		 可以
但是 SRC 必须是寄存器或变量而不是 imm		 可以
但是 SRC 必须是寄存器或变量而不是 imm		 可以
但是 SRC 必须是寄存器或变量而不是 imm
可用的源寄存器 无 AX, BX, CX, DX, SP, BP, SI, DI AX, BX, CX, DX, SP, BP, SI, DI AX, BX, CX, DX, SP, BP, SI, DI
间接赋值
1
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6
7
; method 1
mov ax, 1000h
mov ds, ax

; method 2
mov word ptr ds:[bx], 1000h
mov es, ds:[bx]

3.1 寄存器内容初始化#

[[ASMF 05 段和堆栈#3 寄存器初始化赋值和 psp 段]] 有更多关于 psp 段的内容

CS:IP SS:SP DS ES
代码段段地址:首条指令偏移地址 堆栈段段地址:堆栈段长度 psp 段段地址 psp 段段地址

这也就是为什么需要先对 DS 进行赋值，才能引用 data segment 中的变量

4 偏移地址寄存器#

名称 IP SP BP SI DI (BX)
助记 instruction pointer stack pointer base
用于 [] 间接寻址？ 不能 不能 能
隐含 SS 段		 能
隐含 DS 段		 能
隐含 DS 段		 能
隐含 DS 段
参与算数、逻辑、移位运算？ 不能 不能 能 能 能 能

5 FL 标志寄存器#

  • FL 是 16 位的，但是其中只有每一位的布尔值有效，整体没有意义
15 14 13 12
x x x x
0 0 0 0
11 10 9 8
OF DF IF TF
溢出标志 复制方向标志 中断标志 陷阱标志
7 6 5 4
SF ZF x AF
符号标志 零标志 0 辅助进位标志
3 2 1 0
x PF x CF
0 奇偶校验标志 1 进位标志

5.1 Carry Flag 进位标志#

  • CF Carry Flag 进位标志
    • 加法操作的进位、左移出来的 1，都会存到 CF
    • jc 如果有进位则跳转
 1
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code segment
assume cs:codee
main:
    mov ah, 0FFh
    add ah, 1  ; ah = 00h, c = 1
    add ah, 2  ; ah = 02h, c = 0
    sub ah, 3
    mov ah, 4Ch
    int 21h
code ends
end main
  • 移位操作最后移出去的一位，也会保存到 CF 中
1
2
3
4
mov ah, 10110110B
shr ah, 2  ; CF = 1
mov ah, 10110110B
shl ah, 1  ; CF = 1

5.1.1 与 CF 相关的指令#

jc jnc adc clc stc
有进位跳转 无进位跳转 带进位加法 CF = 0 CF = 1

adc ax, bx ; ax = ax + bx + CF

16 位转二进制输出
 1
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21
22
code segment
assume cs:code
main:
    mov ax, 1234h
    mov cx, 16  ; 一般用 cx 来计数
next:
    shl ax, 1
    jc is_1
is_0:
    mov dl, '0'
    jmp output
is_1:
    mov dl, '1'
output:
    mov ah, 2
    int 21h
    sub cx, 1
    jnz next
    mov ah, 4Ch
    int 21h
code ends
end main
16 位转二进制输出 (advanced)
 1
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code segment
assume cs:code
main:
    mov bx, 1234h
    mov cx, 16  ; 一般用 cx 来计数
next:
    shl bx, 1
    mov dl, '0'
    adc dl, 0
output:
    mov ah, 2
    int 1h
    sub cx, 1
    jnz next
    mov ah, 4Ch
    int 21h
code ends
end main

Attention

mov 不会改变任何标志，push pop 也不会改变任何标志

5.2 Zero Flag 零标志#

1
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5
6
sub ax, ax  ; AX=0, ZF=1, CF=0
add ax, 1  ; AX=1, ZF=0, CF=0
add ax, 0FFFh  ; AX=0, ZF=1, CF=1
jz is_zero  ; 会发生跳转
cmp ax, ax
je next  ; 也会发生跳转
  • jz/je 在 ZF=1 的时候跳转，本质上是相同的
  • jnz/jne 是相反的指令
  • 使用 jz 还是 je，需要在对应的语境下选择

5.3 Sign Flag 符号标志#

  • 每次都保存运算结果的最高位
1
2
3
mov ah, 7Fh
add ah, 1  ; AH=80h=1000 0000B, SF=1
sub ah, 1  ; AH=7FH=0111 1111B, SF=0
  • js 符号跳转，SF==1 则跳转
  • jns SF==0 则跳转

5.4 Overflow Flag 溢出标志#

有符号数加法溢出 CF 相当于无符号数加法溢出标志

1
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6
7
8
9
mov ah, 7Fh
add ah, 1  ; AH=80h, OF=1, ZF=0, CF=0, SF=1
           ; 127 + 1 = -128, overflow
mov ah, 80h
add ah, 0FFh  ; AH=7Fh, OF=1, ZF=0, CF=1, SF=0
              ; -128 + -1 = 127，overflow
add ah, 80h
sub ah, 1  ; AH=7Fh, OF=1, ZF=0, CF=0, SF=0
           ; -128 - 1 = 127, overflow
  • 正负相加永不溢出
  • jo 溢出跳转，jno 不溢出跳转

5.5 Parity Flag 奇偶校验位#

1
2
3
4
5
mov ah, 4
add ah, 1  ; AH=00000101B, PF=1 表示有偶数个 1，但只统计结果的低八位
mov ax, 0101h
add ax, 0004h  ; AX=0105h=0000 0001 0000 0101B
               ; PF 只统计第八位的 1 的个数
  • PF=1 表示结果的低八位中有偶数个 1
  • jp/jpe 如果 parity even 跳转
  • jnp/jpo 如果 pairty odd 跳转

Note

标准 ASCII 码只有 7 位，多出的第八位就是奇偶校验位；而扩展 ASCII 码没有

5.6 Auxiliary Flag 辅助进位标志#

第三位向第四位产生进位或借位

1
2
3
mov ah, 1Fh  ; 0001 1111
add ah, 01h  ; 0000 0001
             ; ah=20h, AF=1

AF 和 BCD 码有关，用 16 进制表示十进制数

1
2
3
mov al, 29h  ; 分钟 29h=0010 1001
add al, 08h  ; 过了 8 分钟
             ; 31h
  • daa 指令 (decimal adjust for addition) 加法的十进制调整
    • if AF == 1 or (AL & 0Fh) > 9: AL += 6
1
2
3
mov al, 29h
add al, 02h  ; AL=2Hb, AF=0
daa  ; AL=AL+6=31h

5.7 Direction Flag#

5.7.1 字符串复制的方向#

1000 1001 1002 1003 1004 1005 1006
A B C D E
1000 1001 1002 1003 1004 1005 1006
A B A B C D E

要将字符串复制到以 1002 位首地址的位置，此时 源首地址<目标首地址，复制应该按反方向，地址从大到小。否则会导致还没遍历到的原始数据被覆写：

1000 1001 1002 1003 1004 1005 1006
A B A B A B A
  • 源首地址<目标首地址：反方向
  • 源首地址>目标首地址：正方向

5.7.2 Example: 正方向复制#

1000 1001 1002 1003 1004 1005 1006
A B C D E 
1
2
3
4
5
6
7
; ds, si 表示源指针，构成 ds:si
; es, di 表示目标指针，构成 es:di
; cx 作为字节计数器

; ds=2000h, si=1002h, es=2000h, di=1000h, cx=5
cld  ; DF=0, clear direction flag, 表示正方向
rep movsb  ; 把 ds:si 指向的

细节

  • 首先将 A 复制到 1000
  • 然后 cx--, si++, di++
  • 继续进行，直到 cx == 0
    rev movsb in C
     1
 2
 3
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10
11
    while (cx != 0) {
    byte ptr es:[di] = byte ptr ds:[si];
    cx--;
    if (df == 0) {
        di++;
        si++;
    } else {
        di--;
        si--;
    }
}

Note

  • si source index 源偏移地址
  • di destination index 目标偏移地址

5.7.3 Example: 反方向复制#

1000 1001 1002 1003 1004 1005 1006
A B C D E 
1
2
3
; ds=2000h, si=1004h, es=2000h, di=1006h, cx=5
std  ; DF=1, set direction flag, 表示反方向
rep movsb

细节

  • 这里的 si, di 都是从末尾开始的，只要反方向复制，一开始的传入值都应该是末地址
  • 每次都是 si--, di--, cx--，其他同理

5.8 Interrupt Flag 中断标志#

  • IF=1 允许硬件中断，cli 置零
  • IF=0 禁止硬件中断，sti 置一

Note

  • mov ah, 1; int 21h 是函数调用，软件中断，代码在显式地用 int n 的形式调用函数集的函数

什么是硬件中断

example: add 1 to 100
1
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7
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9
mov ax, 0  ; 此时用户敲键盘
;; int 9h ;; CPU 插入并执行键盘中断
mov bx, 1
next:
add ax, bx  ; 发生时钟中断
;; int 8h ;; CPU 插入并执行时钟中断
add bx, 1
cmp bx, 100
jle next
  • 键盘中断：假如用户在执行上面程序时敲键盘，此时 CPU 必须暂停并处理本次键盘输入：将键盘输入编码保存到系统中的键盘缓冲区队列，int 9h 会返回原来的指令
  • 时钟中断：约每 55 ms 会在下一条指令前插入一个时钟中断 int 8h，将操作系统内部的一个计数器 +1
  • 软件中断是显式的 explicit
  • 硬件中断是隐式的 implicit

5.8.1 example: 修改函数指针时的保护操作#

IF example
1
2
3
4
cli
mov word ptr es:[bx], offset int_9h
mov es:[bx+2], cs
sti

这样能保证 int 9h 不会在地址改了一半的时候被硬件调用，从而产生错误

5.9 Trap Flag 陷阱标志#

  • TF=1 时，CPU 进入单步模式 (single-step mode)，每执行一条指令，就会插入一个 int 1h 中断
  • int 1h 是未定义的，调试器会自定义一个 int 1h 的中断函数
    • 调试器 jmp 到被调试程序，被调试程序取得控制权
    • 被调试程序进行一步，调用 int 1h 返回调试器
    • 调试器可以观察被调试程序的寄存器状态和当前正在执行的命令等
set TF
1
2
3
4
5
pushf  ; 相当于 push FL，但是 FL 是不能直接引用的
pop ax  ; AX=FL
or ax, 100h  ; 第 8 为置 1，0000 0001 0000 0000
push ax
popf  ; pop FL 即 FL=AX, TF=1
clear TF
1
2
3
4
5
6
pushf  ; 相当于 push FL，但是 FL 是不能直接引用的
pop ax  ; AX=FL
and ax, 0FEFFh  ; 第 8 为置 0，1111 1110 1111 1111
                ; 或者使用 and ax, not 100h
push ax
popf  ; pop FL 即 FL=AX, TF=0

如果我要做一个调试器？

  • 编写断点 int 1h 程序
  • 翻译指令，断行并显示汇编代码
  • 等待用户输入

5.9.1 int 1h 函数的定义#

1
2
3
4
0:4 78h
0:5 56h
0:6 34h
0:7 12h

那么 int 1h 的函数首地址（函数指针）为 1234h:5678h

Tip

int n 函数的指针，一定保存在 0:n*4 处，这是因为每个函数指针都需要占用 4 个字节 int 21h 一定存放在 0:84h 处

5.9.2 example: antidbg#

antidbg
 1
 2
 3
 4
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 6
 7
 8
 9
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11
12
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code segment
assume cs:code, ds:code
main:
    jmp begin
old1h dw 0, 0
prev_addr dw offset first, code  ; 前条指令的地址
begin: 
    push cs
    pop ds  ; DS=CS
    xor ax, ax  ; AX=0
    mov es, ax  ; ES=AX=0
    mov bx, 4  ; bx=4
    push es:[bx]  ; 0:[4]
    pop old1h[0]  ;  保存偏移地址
    push es:[bx+2]  ; 0:[6]
    pop old1h[2]  ; 保存段地址
    mov word ptr es:[bx], offset int1h  ; 存入新的偏移地址
    mov word ptr es:[bx+2], cs  ; 存入新的段地址，或者使用 seg int1h
    pushf  ; save old FL
    pushf
    pop ax
    or ax, 100h  ; 1 0000 0000 set TF
    push ax
    popf; TF=1
first:
    nop  ; 当某条指令执行前TF==1,则该条指令执行后会
        ; 自动执行int 01h单步中断
single_step_begin:
...

在执行的时候替换了 int 1h 的函数指针，所以更改了单步模式下调用的程序

5.10 pushf, popf#

专门执行 FL 的堆栈操作

设置 TF=1，进入单步运行模式
1
2
3
4
5
6
pushf
pop ax
or ax, 100h  ; 0000 0001 0000 0000
; and ax, not 100h  ; 清零
push ax
popf