实验1 用机器指令和汇编指令编程

实验 1

实验任务 1

e 命令：

使用 e 命令，从 1000:0 地址开始写入机器码，并修改 cs、ip 寄存器的值，使用 r 命令观察当前各寄存器的值与当前要读取、执行的指令。

使用 t 命令单步执行，观察各寄存器值的变化:

• 单步执行 mov ax,4E20；ax 寄存器值变为 4E20，ip = ip + 3
  

• 单步执行 add ax,1413；ax 寄存器值变为 6236，ip = ip + 3
  

• 单步执行 mov bx,2000；bx 寄存器值变为 2000，ip = ip + 3
  

• 单步执行 add ax,bx；ax 寄存器值变为 8236，ip = ip + 3
  

a 命令：

使用 a 命令以汇编指令的形式在内存中写入机器指令，并修改 cs、ip 寄存器的值，使用 r 命令观察当前各寄存器的值与当前要读取、执行的指令

使用 t 命令单步执行，观察各寄存器值的变化:

• 单步执行 mov ax,4D20；ax 寄存器值变为 4D20，ip = ip + 3
  

• 单步执行 add ax,1413；ax 寄存器值变为 6236，ip = ip + 3
  

• 单步执行 mov bx,2000；bx 寄存器值变为 2000，ip = ip + 3
  

• 单步执行 add ax,bx；ax 寄存器值变为 8236，ip = ip + 3
  

实验任务 2

使用 a 指令向从 2000:0 开始的内存单元中写入 3 条指令，计算 2 的 8 次方

修改 cs 与 ip 的值并开始单步执行，前三条指令的功能为：

• 将 1 送入 ax
• 将 ax 内的值与 ax 内的值相加，将结果送入 ax
• 跳转到 2000:0003

进行 8 次加法操作后 ax 的值为 2 的 8 次方的值：0100H，即 256。

实验任务 3

使用 d 命令查看内存 FFF00H ~ FFFFFH 内存单元的值

在右下角可以发现生产日期为 92.01.01，并尝试对其进行修改

再次查看所在区间段，发现日期并未被成功修改

原因是内存 FFF00H ~ FFFFFH 所在区域为 ROM 地址空间，只能读出但无法写入信息，向其写入数据的操作是无效的。

实验任务 4

进行如下操作：

发现屏幕上出现了 4 个图像，原因为 B810:0000 为显存地址空间，修改显存内容即会改变屏幕上显示的内容。对语句地址与值进行修改后可以得到不同的结果：

实验 2

实验任务 1

使用 e 命令修改内存单元 0022:0 ~ 0022:7，使用 a 命令将下续程序段写入内存

理论分析：

mov ax,2200
mov ds,ax

mov ax,2200
mov ss,ax

mov sp,0100

mov ax,[0]      ; ax = 5150
add ax,[2]      ; ax = A4A2
mov bx,[4]      ; bx = 5554
add bx,[6]      ; bx = ACAA

push ax         ; sp = 00FE; 修改的内存单元的地址是 2200:00FE，内容是 A4A2
push bx         ; sp = 00FC; 修改的内存单元的地址是 2200:00FC，内容是 ACAA
pop ax          ; sp = 00FE; ax = ACAA
pop bx          ; sp = 0100; bx = A4A2

push [4]        ; sp = 00FE; 修改的内存单元的地址是 2200:00FE，内容是 5554
push [6]        ; sp = 00FC; 修改的内存单元的地址是 2200:00FC，内容是 5756

单步执行：

• 将 0022H 送入 ax

• 将 ax 内的值送入 ds 作为内存单元的段地址

• 将 2200H 送入 ax

• 将 ax 内的值送入 ss 作为栈顶段地址
  （由于 8086CPU 的硬件设计，我们无法将数据直接送入段寄存器，需要进行中转）
  

• 将以 ds 为段地址，0 为偏移地址的内存单元的数据送入 ax，即将 5150H 送入 ax

• 将以 ds 为段地址，2 为偏移地址的内存单元的数据加给 ax，即将 5352H 加给 ax，ax 值变为 A4A2H

• 将以 ds 为段地址，4 为偏移地址的内存单元的数据送入 bx，即将 5554H 送入bx

• 将以 ds 为段地址，6 为偏移地址的内存单元的数据加给 bx，即将 5756H 加给 bx，bx 值变为 ACAAH
  （字单元由两个地址连续的内存单元组成，高地址内存单元中存放字型数据的高位字节，低地址内存单元中存放字型数据的低位字节，其起始地址为低位字节地址）
  

• sp = sp - 2，以当前栈顶元素前面的单元为新的栈顶，将 ax 寄存器内的值送入栈顶内存单元，即 sp 变为 00FEH，A4A2H 入栈

• sp = sp - 2，以当前栈顶元素前面的单元为新的栈顶，将 bx 寄存器内的值送入栈顶内存单元，即 sp 变为 00FCH，ACAAH 入栈

• 将栈顶 内存单元的值送入 ax 寄存器，sp = sp + 2，以当前栈顶后面的单元为新的栈顶，即 ACAAH 出栈进入 ax，sp 变为 00FEH

• 将栈顶 内存单元的值送入 bx 寄存器，sp = sp + 2，以当前栈顶后面的单元为新的栈顶，即 A4A2H 出栈进入 bx，sp 变为 0100H
  

• sp = sp - 2，以当前栈顶元素前面的单元为新的栈顶，将以 ds 为段地址，4 为偏移地址的内存单元的数据入栈, 即 sp 变为 00FEH，将 5554H 送入栈顶内存单元

• sp = sp - 2，以当前栈顶元素前面的单元为新的栈顶，将以 ds 为段地址，6 为偏移地址的内存单元的数据入栈，即 sp 变为 00FCH，将 5756H 送入栈顶内存单元
  

实际结果与理论分析一致。

实验任务 2

       使用 a 命令将程序段写入内存，使用 e 指令设置 2000:0 ~ 2000:000F 内存内的值置为 0，使用 d 命令观察此内存区域段内的值。

单步执行：

• 将 2000H 送入 ax，ip 变为 0103H；查看 2000:0 ~ 2000:0010 内存单元内的值

• 将 ax 的值送入 ss 作为栈顶段地址，段地址变为 2000H

• 将 10 送入 sp 作为栈顶的偏移地址，为 0010H，ip 变为 0108H，查看 2000:0 ~ 2000:0010 内存单元内的值
  

• 执行 mov ax,3123H，将 3123H 送入 ax，ip 变为 010BH，查看 2000:0 ~ 2000:0010 内存单元内的值
  

• 执行 push ax，此时 sp = sp - 2，以当前栈顶元素前面的单元为新的栈顶，将 ax 内的值入栈，ip 变为 010CH，查看 2000:0 ~ 2000:0010 内存单元内的值
  

• 执行 mov ax, 3366H，将 3366H 送入 ax，ip 变为 010FH，查看 2000:0 ~ 2000:0010 内存单元内的值
  

• 执行 push ax，此时 sp = sp - 2，以当前栈顶元素前面的单元为新的栈顶，将 ax 内的值入栈，ip 变为 0110H，查看 2000:0 ~ 2000:0010 内存单元内的值
  

       在此次实验中，前三行汇编指令用于设定栈顶段地址与栈顶的偏移地址。由于 8086CPU 的硬件设计，我们无法将数据直接送入段寄存器，所以需要使用 mov ax,2000 进行中转，在使用 mov ss,ax 来设置栈顶段地址；mov sp,10 设置栈顶的偏移地址为 10H。由于中断机制，Debug的 T 命令在执行修改寄存器 ss 的指令时，下一条指令会紧接着被执行，因此我们未在 T 指令的单步执行中看见 mov sp,10 指令，但它确实被执行了。

       此外，通过单步调试我们可以观察到，在执行完前 3 条指令后，在后续的 4 条指令每一条指令被执行之后，2000:0 ~ 2000:000F 内存单元内的值都会发生变化。在对各条指令执行之后对 2000:0 ~ 2000:000F 内存单元内的值进行观察，可以发现，其中部分字单元的值与 ax、cs、ip 寄存器的值一致，于是，做出以下假设：

• 在执行完 mov ss,ax 与 mov sp,10 后，2000:0006 为 ax 寄存器的地址，2000:000A 为 ip 寄存器的地址，2000：000C 为 cs 寄存器的地址，2000:0010 为栈顶地址。
  

• 单步执行 mov ax,3123 后，ax 的值变为 3123，ip 增为 010B，内存地址内的值也做出如下变化：
  
  可知，内存地址内的变化与先前的假设一致。

• push ax 执行后，sp 改变为 000E，栈顶元素会覆盖原先 000E ~ 000F 内存空间内的数值，但此时通过观察我们发现 2000:0 ~ 2000:000F 内存单元内的值发生了如下变化：
  
  对比推测可以得知，为了使内存单元内的值不被覆盖，ax、ip、cs 寄存器所在的 0006 ~ 000F 内存单元整体前移，为栈顶元素留出了一个字单元的空间。移动后，ip 的值也做了同步的修改，变为 010C，与假设的一致。

• mov ax,3366 执行后，ax 的值变为 3377，ip 变为 010F，2000:0 ~ 2000:000F 内存地址内的值做出如下变化：
  
  与提出的假设的一致。

• push ax 执行后，sp 改变为 000C，栈顶元素会覆盖原先 000C ~ 000D 内存空间内的数值，可通过观察发现 2000:0 ~ 2000:000F 内存单元内的值再次发生了变化：
  
  与先前一致，ax、ip、cs 寄存器所在的 0004 ~ 000D 内存再次整体前移，为栈顶元素留出一个字单元的空间，ip 寄存器的值也修改为 0110。与最开始的假设一致。

       到此，我们可以得出这样的假设：在由于栈顶的移动而出现内存单元的冲突时，8086CPU 给出的解决方法是将出现冲突的部分整体前移，来避免插入栈顶元素造成的冲突。

实验总结

实验收获：

• 语句使用：

  • a 命令后接内存地址，用于以汇编指令的新是向指定内存中写入机器指令，默认地址为 cs:ip
  • d 命令用于查看某一内存地址范围内的值
  • e 命令用于向指定内存地址中写入机器码，默认地址为 cs:ip
  • g 命令用于执行指定地址范围内的机器指令
  • r 命令用于查看修改寄存器的值
  • u 命令用于反汇编
  • t 命令可以后接地址与数字，用于单步执行执行内存地址后数条机器指令

• 8086PC 机内存地址空间分布：

  • 00000 ~ 9FFFF 为主存储器地址空间
  • A0000 ~ BFFFF 为显存地址空间
  • C0000 ~ FFFFF 为各类 ROM 地址空间PC

• 内存中字的存储方式：

  • 在内存中存储时，由于内存但愿是字节单元，则一个字要用两个地址联系的内存单元来存放，这个字的低位字节存放在低地址单元中，高位字节存放在高地址单元中，且字的起始地址为低位字节地址。

• push 与 pop 语句栈顶的移动方式

  • push 时 sp 先改变，将指向的单元作为新栈顶，再将内容送入 ss:sp 所指的内存单元
  • pop 时先将 ss:sp 指向的内存单元处的内容送出，后改变 sp，将指向的单元作为新栈顶

尚存问题：

• 在实验 2 的实验任务 2 中，2000:0 ~ 2000:000F 内存单元内的值在前 3 条指令执行完之后才发生变化，先前未发生变化的原因不清楚，即不清楚寄存器地址变化的原因
• 实验 2 实验任务 2 中，不清楚值为 01A3 的字单元有何作用