一、段寄存器及使用

1、存储器分段

（1）物理地址相关

• 内存(逻辑存储器)：CPU能通过CPU总线直接寻址访问的存储器

• 物理地址：内存(逻辑存储器)每一个字节单元有一个唯一的地址，称为物理地址。

  1. 这个物理地址就是各存储器在CPU总线上的地址，利用它CPU可以直接访问到对应的存储空间
  2. CPU的地址线数量决定可产生的最大物理地址，n根地址线—>最大地址2^n-1，32位CPU通常有32根地址线，因此32位CPU的电脑最大只能装4G的内存条

• 物理地址空间：所有可形成的物理地址的集合

  1. 物理地址空间大小不等于实际安装物理内存大小
  2. Intel8086有20根地址线，物理地址的范围是0到FFFFF
     Intel80386有32根地址线，物理地址的范围是0到FFFFFFFF

（2）存储器分段

• 为了有效地管理存储器，常常把

  1. 线性的物理地址空间划分为若干逻辑段
  2. 存储空间被划分为若干存储段

  可以认为逻辑段和存储段是对应的。

• 通常，运行的程序把不同的数据存储于存储器中的不同存储段，包括

  1. 代码：要执行的指令序列（存储于代码段）
  2. 数据：要处理加工的内容（存储数据段）
  3. 堆栈：按先进后出规则存取的区域（存储于堆栈段）

2、逻辑地址

（1）逻辑地址

• 分段后，程序中使用的某个存储单元总是属于某个段，所以可以 某某段 某某单元方式表示存储单元
• 逻辑地址：程序中用于表示存储单元的地址
  1. 由于采用分段存储管理方式，程序中使用的逻辑地址是二维的，第一维给出某某段，第二维给出段内的某某单元。
  2. 二维的逻辑地址可以表示为：段号∶段内地址
  3. (段内)偏移：存储单元的物理地址与所在段起始地址的差值。这个差值恰好是段内地址，因此二维的逻辑地址又可以表示为：段号∶偏移
  4. 实方式下，段号是段值
     保护方式下，段号是段选择子
  5. 有效地址/偏移地址：逻辑地址中的偏移称作有效地址或偏移地址，汇编程序中，不同的数据往往固定存放在不同的段，有唯一对应的段寄存器，因而这个地址用的最多。比如指示代码的EIP、指示堆栈位置的ESP、EBP等都是存储的有效地址

（2）逻辑地址转为物理地址

• 物理地址 = 段起始地址 + 偏移

• 获得物理地址的过程：

  1. 由段号得到段起始地址
  2. 加上偏移

• 对于IA32

  1. 保护方式下：物理地址32位，段起始地址32位，偏移32位
  2. 实方式下：物理地址20位，段起始地址20位，偏移16位
  3. 可以参考：我理解的逻辑地址、线性地址、物理地址和虚拟地址(补充完整了)

  对于8086：

  1. 只有实方式：物理地址20位，段起始地址20位，偏移16位
  2. 可以参考：逻辑地址、线性地址和物理地址之间的转换

• 如果整个程序只有一个段，则二维逻辑地址退化为一维。段起始地址完全相同，偏移决定一切。如果用VS2010来编写嵌入汇编程序，那么就是这种情况，只考虑偏移即可

（3）三种地址小结

3、段寄存器

• 作用：段寄存器存放着当前使用的逻辑地址中的段号（段值/段选择子），用于获得段起始地址。
• 段寄存器是16位的，在实方式下存储16位段值；在保护方式下存储16位段选择子
• 
• 若代码段、堆栈段、数据段在同一个存储段，则CS、DS、SS给出相同的段起始地址
• 若段寄存器给出的段起始地址为0，则偏移相当于物理地址

二、寻址方式

• 寻址方式：表示指令中操作数所在的方法
• CPU常用的三种寻址方式：立即寻址、寄存器寻址、存储器寻址，此外还有固定寻址和I/O端口寻址
• 以上三种方式都是对于偏移地址的不同描述，对于段基址：
  1. 基址寄存器是EBP或ESP时，默认的段寄存器是SS
  2. 否则，默认的段寄存器是DS

1、立即寻址

• 立即寻址方式：操作数本身就包含在指令中，直接作为指令的一部分给出，这样的操作数称为立即数

• 注意：

  1. 只有源操作数可以使用立即寻址方式
  2. 如果立即数由多个字节构成，么在作为指令的一部分存储时，也采用“高高低低”规则。

• 由于立即寻址方式的操作数是立即数，包含在指令中，所以执行指令时，不需要再到存储器中去取该操作数了。

  3. 立即寻址，会自动配合目的操作数尺寸，不需要dword ptr等参数

• 示例：

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//以下源操作数使用立即寻址方式
MOV   EAX, 12345678H      //给EAX寄存器赋初值
ADD   BX, 1234H           //给BX寄存器加上值1234H
SUB   CL, 2               //从CL寄存器减去值2

//以下源操作数值一致，但是尺寸不同
MOV   EDX, 1              //源操作数是32位
MOV   DX, 1               //源操作数是16位
MOV   DL, 1               //源操作数是8位

2、寄存器寻址

• 寄存器寻址方式：操作数存在CPU内部寄存器，指令指定寄存器

• 适用范围：

  1. 8个32位寄存器：EAX,EBX,ECX,EDX,ESI,EDI,EBP,ESP
  2. 8个16位寄存器：AX,BX,CX,DX,BP,SI,DI,SP
  3. 8个8位寄存器：AH,AL,BH,BL,CH,CL,DH,DL

• 操作数在寄存器中，不需要访问存储器取得操作数，这样指令执行速度较快

• 示例：

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MOV   EBP, ESP        //把ESP之值送到EBP
ADD   EAX, EDX        //把EAX之值与EDX之值相加，结果送到EAX
SUB   DI, BX          //把DI之值减去BX之值，结果送到DI
XCHG  AH, DH          //交换AH与DH之值

3、32位的存储器寻址方式

• 存储器寻址方式：给出存储单元偏移的寻址方式（在某个段内，给出存储单元的偏移即可找到它）
• 存储器操作数：在指令中[xxx]意味着从xxx地址取数据，称这个[xxx]为存储器操作数。
• 有效地址：要访问的存储单元的段内偏移。在32位的存储器寻址方式下，存储单元有效地址可达32位
• 采用32位的存储器寻址方式，能够给出32位的偏移
• 有多种存储器寻址方式
  1. 直接寻址
  2. 寄存器间接
  3. 寄存器相对
  4. 基址加变址
  5. 通用方法
• 说明：
  1. 存储器操作数尺寸是字节/字/双字
  2. 默认指令中的寄存器操作数的尺寸决定了存储器操作数的尺寸；但也可以显式指定存储器操作数尺寸

（1）直接寻址方式

• 直接寻址方式：操作数在存储器中，指令直接包含操作数所在的存储单元的有效地址。
• 示例：

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MOV   ECX, [95480H]       //源操作数采用直接寻址
MOV   [9547CH], DX        //目的操作数采用直接寻址
ADD   BL, [95478H]        //源操作数采用直接寻址

• 即寻址和直接寻址的区别：

  1. 直接寻址中十六进制数表示地址，要到此地址取出操作数；立即寻址中表示操作数
  2. 直接寻址的地址要写在方括号[]中

• 注意：

  1. 直接寻址时，[]给出的是被取出数据的最低地址
  2. 按 “高高低低” 规则取出数据
     

（2）寄存器间接寻址方式

• 寄存器间接寻址：操作数在存储器中，由八个32位通用寄存器之一给出操作数所在存储单元有效地址。

• 寄存器间接寻址和寄存器寻址的区别：

  1. 寄存器间接的Reg名称出现在方括号[]中
  2. 寄存器间的Reg中存储的是操作数所在地址；寄存器寻址的Reg存储的是操作数

• 注意：

  1. 操作数地址必须来自八个32位通用寄存器之一

• 示例：

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MOV   EAX, [ESI]    //源操作数寄存器间接寻址，ESI给出有效地址
MOV   [EDI], CL     //目的操作数寄存器间接寻址，EDI给出有效地址
SUB   DX, [EBX]     //源操作数寄存器间接寻址，EBX给出有效地址

（3）通用方式

• 存储单元的有效地址可以由三部分内容相加构成

  1. 一个32位基地址寄存器
  2. 一个可乘上比例因子1/2/4/8的32位变址寄存器
  3. 一个8/16/32位位移量

  PS：可省去任意两部分
  

• 注意：

  1. 变址寄存器乘上的比例因子取值只能是1/2/4/8之一
  2. 三部分中可以任意省略。省略后的寻址方式又有不同名称，但都属于通用方式，前面提到的直接寻址方式和寄存器间接寻址方式也是属于通用方式

• 示意图：

• 

• 示例：

  1. 寄存器相对寻址方式：[寄存器名+偏移]

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  MOV EAX, [EBX+12H] ;源操作数有效地址是EBX值加上12H MOV [ESI-4], AL ;目的操作数有效地址是ESI值减去4 ADD DX, [ECX+5328H] ;源操作数有效地址是ECX值加上5328H

  2. 基址+变址寻址：[寄存器名+寄存器名]

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MOV   EAX, [EBX+ESI]      ;源操作数有效地址是EBX值加上ESI值
SUB   [ECX+EDI], AL       ;目的操作数有效地址是ECX值加上EDI值
XCHG  [EBX+ESI], DX       ;目的操作数有效地址是EBX值加上ESI值

3. `基址+带放大因子的变址寻址`：`[寄存器名+寄存器名*放大因子+偏移]`

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MOV   EAX, [ECX+EBX*4]      ;EBX作为变址寄存器，放大因子是4
MOV   [EAX+ECX*2], DL       ;ECX作为变址寄存器，放大因子是2
ADD   EAX, [EBX+ESI*8]      ;ESI作为变址寄存器，放大因子是8
SUB   ECX, [EDX+EAX-4]      ;EAX作为变址寄存器，放大因子是1
MOV   EBX, [EDI+EAX*4+300H] ;EAX作为变址寄存器，放大因子是4

（4）补充

• 用 [address] 这样的方法从内存取值

  1. address是地址尾，也就是取出值的最低字节地址
  2. 存入寄存器时，低地址对应寄存器低位；高地址对应高位（“高高低低”规则）
  3. 初始化好的全局变量，占用内存空间是连续的

• 使用尺寸修饰符的示例：

• 

• 关于存储器寻址的说明

  1. 缺省段寄存器
     （1）如果基址寄存器不是EBP/ESP，缺省引用的段寄存器为DS
     （2）如果基址寄存器是EBP/ESP，缺省引用的段寄存器为SS
     （3）如果EBP作为变址寄存器（ESP不能做变址寄存器），缺省引用的段寄存器为DS
  2. 有效地址
     （1）无论存储器寻址方式具体是哪种，如果基址寄存器、变址 寄存器、比例因子、位移量这些算出来超过32位，只有低32位有效

三、取有效地址指令LEA

• 示例1：基本操作

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MOV   EDI, 51234H                 //EDI=00051234H
MOV   EAX, 6                      //EAX=00000006H
LEA   ESI, [EDI+EAX]              //ESI=0005123AH
LEA   ECX, [EAX*4]                //ECX=00000018H
LEA   EBX, [EDI+EAX*4+300H]       //EBX=0005154CH

• 示例2：指针的实现

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#include  <stdio.h>
char  chx, chy;                //全局字符变量
int  main( )
{
    char  *p1, *p2;            //两字符型指针变量
    //嵌入汇编代码之一
    _asm {
        LEA   EAX, chx         //取变量chx的存储单元有效地址
        MOV   p1, EAX          //送到指针变量p1, p1 = &chx
        LEA   EAX, chy         //取变量chy的存储单元有效地址
        MOV   p2, EAX          //送到指针变量p2, p2 = &chy
   } 
    
 	printf("Input:");           //提示
    scanf("%c", p1);            //键盘输入一个字符
    
    //嵌入汇编代码之二
    _asm {
        MOV   ESI, p1           //取回变量chx的有效地址
        MOV   EDI, p2           //取回变量chy的有效地址
        MOV   AL, [ESI]         //取变量chx之值
        MOV   [EDI], AL         //送到变量chy中
    }
    printf("ASCII:%02XH\n", *p2);  //显示之
    return  0;
}

• 示例三：取一个double数据

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#include <stdio.h>
int     iarr[5] = {55, 87, -23, 89, 126};   
double  darr[5] = {9.8, 2.77, 3.1415926, 1.414, 1.73278};
                                            
int  main()
{   int     ival;           //整型变量
    double  dval;           //双精度浮点
    //嵌入汇编
    _asm  {
        LEA   EBX, iarr         //把整型数组首元素的有效地址送EBX
        MOV   ECX, 3
        MOV   EDX, [EBX+ECX*4]  //取出iarr的第4个元素
        MOV   ival, EDX
        ;
        LEA   ESI, darr         //把浮点数组首元素的有效地址送ESI
        LEA   EDI, dval         //把变量dval的有效地址送EDI
        MOV   ECX, 2
        MOV   EAX, [ESI+ECX*8]    //取darr的第3个元素的低双字
        MOV   EDX, [ESI+ECX*8+4]  //取darr的第3个元素的高双字
        MOV   [EDI], EAX          //保存低双字
        MOV   [EDI+4], EDX        //保存高双字
    }
    printf("iVAL=%d\n",ival);     //显示为iVAL=89
    printf("dVAL=%.8f\n",dval);   //显示为dVAL=3.14159260
    return  0;
}

• 示例四：妙用LEA和存储器取值，进行多项式计算

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//待翻译的c函数
int  _fastcall  cf212(int x, int y)    //由寄存器传参数
{
    return ( 3 * x + 7 * y + 200 );
}

//翻译成汇编后的核心代码（ECX传递x，EDX传递y）
lea   eax, DWORD PTR [ecx+ecx*2]    //eax=3*x
lea   ecx, DWORD PTR [edx*8]        //ecx=8*y
sub   ecx, edx                      //ecx=7*y
lea   eax, DWORD PTR [eax+ecx+200]  //eax=3*x+7*y+200
ret