汇编语言——是什么?为什么?怎么做?

我会带着你远行 2023-09-28 08:19 41阅读 0赞

**目录**

一. 为什么学习汇编语言？

1.1 我们遇到的问题

1.2 汇编的作用

1.3 缓冲区溢出攻击

1.4 函数调用时栈空间发生了什么？

1.5 缓冲区溢出攻击的原理是什么?

二. 我们要学什么汇编语言？

2.1 汇编语言

1）汇编的种类

2）选择80836汇编

2.2 计算一个典型的算术表达式：

1）用三地址指令编写的程序如下：

2）用普通二地址指令编写的程序：

3）用多寄存器结构的二地址指令编写程序：

4）用一地址指令编写的程序：

5）用0地址指令编写程序：

2.3 CPU 指令系统的优化设计:

2.4 CISC与RISC的主要特征对比

2.5 不同位数的CPU的几种工作模式

1）CPU的发展：

2）CPU的工作模式：

2.6 操作系统位数和汇编语言位数关系

三. 汇编语言专栏

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## **一. 为什么学习汇编语言？** ##

### **1.1 我们遇到的问题** ###

**应用程序错误:**

![bb43bbf71b9b40dfb0edcbbfe9ba6097.png][]

**亦或是：**

![ff79e04a6d3f4344aa58d80d61601588.png][]

**又或者是:**

![ee324487b66945049c018e6688156916.png][]

### **1.2 汇编的作用** ###

>  *  **从事计算机底层开发的人员：**
> 
> 1.  对于要做计算机底层开发（计算机硬件逻辑、嵌入式系统、自动控制、模数/数模转换、...）的人员；
> 2.  电脑游戏设计程序员；
> 
>  *  **在系统内核代码里插入汇编：**
> 
> 1.  Linux、Android VM中的ART、VM；
> 
>  *  **深入了解计算机的工作过程；**
>  *  **有助于理解高级语言的一些语法现象：**
> 
> 1.  任何高级语言都必须翻译成机器（或汇编）语言才能执行，所以任何高级语言的功能和实现机理，最终都将以机器（或汇编）代码的形式；
> 
>  *  **有助于掌握良好的设计方法；**
>  *  **AI算法优化；**

### **1.3 缓冲区溢出攻击** ###

>  *  **代码段：**存储程序的所有可执行代码，在程序正常执行的情况下，程序计数器（PC指针）只会在代码段和操作系统地址空间（内核态）内寻址；
>  *  **数据段：**存储程序的全局变量、静态变量、常量等;
>  *  **堆：**存储程序运行时动态申请的内存数据等，数据增长方向是高地址方向；
>  *  **栈：**存储程序的函数栈帧（包括参数、局部数据等），实现函数调用机制，它的数据增长方向是低地址方向；

![628df8639ec9424f91e32e38ae4a2c10.png][]

>  *  除了代码段和受操作系统保护的数据区域，其他的内存区域都可能作为缓冲区；
>  *  因此缓冲区溢出的位置可能在数据段，也可能在堆、栈段；
>  *  如果程序的代码有软件漏洞，恶意程序会“教唆”程序计数器PC从上述缓冲区内取指，执行恶意程序！

### **1.4 函数调用时栈空间发生了什么？** ###

> **每次函数调用时，在栈内系统保存函数的：** 
> 
>  *  返回地址（函数调用指令后紧跟指令的地址）；
>  *  一些关键的寄存器值保存在栈内；
>  *  函数的实际参数和局部变量,包括数据、结构体、对象等。

![4067c6c9da764a75919f9504317aa2fd.png][]

### **1.5 缓冲区溢出攻击的原理是什么?** ###

void fun(char* data)
    {    char buffer[80];
         strcpy((char*)buffer, (char*)data)
    }

![3a862312ebc6417a971895c7e92a52e2.png][]

![b0b40b0a60524d7c9e5859ae2601ed37.png][]

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## **二. 我们要学什么汇编语言？** ##

### **2.1 汇编语言** ###

>  *  汇编语言是软硬交接处的一门语言；
>  *  汇编是一门非跨平台语言；
>  *  根据CPU的类型不同，其设计语言也不同；

#### **1）汇编的种类** ####

>  *  **从语言简洁角度：**基于RISC的汇编；
>  *  **传统、大众化教育角度，基于CISC的汇编：**
> 
> 1.  8086汇编、
> 2.  80386汇编；

#### **2）选择80836汇编** ####

>  *  80386更符合我们对目前计算机原理的理解，限制更少，也就是也很简洁；
>  *  方便调试，基于8086的汇编程序是16位程序，基于80386的汇编程序是32位程序；

### **2.2 计算一个典型的算术表达式：** ###

![58fc8ad68bad4dd9800365a85be68945.png][]

#### **1）用三地址指令编写的程序如下：** ####

MUL X, A, B    ; X←(A)×(B)     
    ADD X, X, C    ; X←(X)＋(C)     
    SUB X, X, D    ; 分子的计算结果在中     
    ADD Y, E, F    ; 计算分母,存入Y中     
    YDIV X, X, Y   ; 计算分子分母相除，存入X中

#### **2）用普通二地址指令编写的程序：** ####

MOVE X, A      ; 复制临时变量A到X中
    MUL X, B       ; X←A * B
    ADD X, C       ; X←A * B + C
    SUB X, D       ; X中存放分子运算结果
    MOVE Y, E      ; 复制临时变量E到Y中
    ADD Y, F       ; Y中存放分母求和运算结果
    DIV X, Y       ; X中存放分子分母相除运算结果

#### **3）用多寄存器结构的二地址指令编写程序：** ####

MOVE R1, A      ; 操作数a取到寄存器R1中
    MUL R1, B       ; R1← A * B
    ADD R1, C       ; R1← R1 + C
    SUB R1, D       ; R1中存放分子运算结果
    MOVE R2, E      ; 操作数E取到寄存器R2中
    ADD R2, F       ; R2← E + F
    DIV R1, R2      ; 最后结果在R1中
    MOVE X, R1      ; 最后结果存入X中

#### **4）用一地址指令编写的程序：** ####

LOAD E          ; 先计算分母，取操作数E到累加器中
    ADD F           ; 分母运算结果在累加器中
    STORE X         ; 保存分母运算结果到X中
    LOAD A          ; 取操作数A到累加器中
    MUL B           ; 计算操作数A和B相乘，结果存入累加器中
    ADD C           ; 累加器中的数据与操作数c相加，存入累加器
    SUB D           ; 累加器中是分子运算结果
    DIV X           ; 最后运算结果在累加器中
    STORE X         ; 保存最后运算结果到X中

#### **5）用0地址指令编写程序：** ####

> 按（ab\*c+d-ef+/）进行输出：

PUSH A          ; 操作数a压入堆栈
    PUSH B          ; 操作数b压入堆栈
    MUL             ; 栈顶两数相乘,结果压回堆顶
    PUSH C          ; 操作数c压入堆栈
    ADD             ; 栈顶两数相加，结果压回堆顶
    PUSH D          ; 操作数d压入堆栈 
    SUB             ; 栈顶两数相减，结果压回栈顶(分子运算结果)
    PUSH E          ; 操作数e压入堆栈 
    PUSH F          ; 操作数f压入堆栈 
    ADD             ; 栈顶两数相加，结果压回堆顶
    DIV             ; 栈顶两数相除(最后运算结果)
    POP X           ; 保存最后运算结果到操作数x中

### **2.3 CPU 指令系统的优化设计:** ###

>  **优化指令系统设计的3个阶段：** 
> 
>  *  **CISC：**复杂指令系统60年代至70年代中期 Complex Instruction Set Computer；
>  *  **RISC：**精简指令系统70年代后期至现在 Reduced Instruction Set Computer；
>  *  **VLIW：**80年代初期至现在 Very Long Instruction Word；

### **2.4 CISC与RISC的主要特征对比**  ###

![3b8c9f3ee3f0436da4fc4c537b624fe8.png][]

### **2.5 不同位数的CPU的几种工作模式** ###

#### **1）CPU的发展：** ####

> **微机中常用的Intel系列微处理器的主要发展过程是：**8080，8086/8088，80186， 80286，80386，80486，Pentium，Pentium II，Pentium III，Pentium 4，及以后。
> 
> **CPU位数变化：**（数据总线宽度） 4—8—16—32—64

#### **2）CPU的工作模式：**  ####

*  **8086工作模式：**

> 1.  MS-DOS操作系统运行在此模式下；
> 2.  1M内存寻址空间，不支持多任务模式，16位地址总线；
> 3.  将整个物理内存看成分段的区域，程序代码和数据位于不同区域，系统程序和用户程序没有区别对待，而且每一个指针都是指向“实在”的物理地址；
> 4.  用户程序的一个指针如果指向了系统程序区域或其他用户程序 区域，并改变了值，那么对于这个被修改的系统程序或用户程序，其后果就很可能是灾难性的。

*  **80386的三个工作模式：**

>  *  **实模式：**工作方式相当于一个8086
> 
> 1.  Windows95和98能够引导进入这种模式;
> 2.  只有段式管理机制;
> 3.  访问地址在1M以下;
> 
>  *  **保护模式：**提供支持多任务环境 MS-windows和Linux运行在此模式下;
> 
> 1.  全部32条地址线有效，可寻址高达4G字节的物理地址空间;
> 2.  扩充的存储器分段管理机制和可选的存储器分页管理机制，不仅为存储器共享和保护提供了硬件支持，而且为实现虚拟存储器提供了硬件支持;
> 3.  支持多任务，能够快速地进行任务切换和保护任务环境;
> 4.  4个特权级和完善的特权检查机制，既能实现资源共享又能保证代码和数据的安全和保密及任务的隔离;
> 5.  支持虚拟8086方式，便于执行8086程序;
> 6.  Win16 物理地址空间4G;
> 7.  Win32 虚地址分页管理4G。
> 
>  *  **虚拟8086模式：**可从保护模式切换至其中的一种8086工作方式。这种方式的提供使用户可以方便地在保护模式下运行一个或多个原8086程序
> 
> 1.  在32位保护模式下运行纯16位程序；
> 2.  Windows NT 2000 和XP系统中，某些需要直接使用计算机硬件的MS-DOS程序不能运行在虚拟8086模式下；

**具体理解三种模式：**

>  *  使用Intel系列CPU的PC机只要一开机，CPU就工作在实模式；
>  *  如果操作系统是DOS，那么在DOS加载后CPU仍以实模式工作；
>  *  如果操作系统是Windows，那么Windows加载后，将由Windows将CPU切换到保护模式下工作，因为Windows是多任务系统，它必须在保护模式下运行；
>  *  如果在Windows中运行一个DOS下的程序，那么Windows将CPU切换到虚拟8086模式下运行该程序，或者用户在程序项中进入MS–DOS方式，此刻Windows也将CPU切换到虚拟8086模式下运行。

*  **64位操作模式**

>  *  **三种基本模式：**
> 
> 1.  **实模式**：纯16位无保护执行环境，CPU刚启动时；
> 2.  **保护模式：**纯32位保护执行环境；
> 3.  **系统管理模式：**提供给操作系统一个执行平台指定的功能，提供一个透明的架构，例如系统安全或者电源管理。
> 
>  *  **扩展模式：**IA-32e(Intel Architectur-32 extension)
> 
> 1.  **兼容模式：**该模式下，64位操作系统运行在32位兼容环境，能正常运行16和32位应用程序就像基本的保护模式一样，访问32位地址空间，但不能运行纯16位实模式程序；
> 2.  **64位模式：**在该模式下，处理器完全执行64位指令，使用64位地址空间和64操作数，运行16和32位程序必须切换到兼容模式。

> 64位模式下几乎所有32位指令和大部分16/8位指令都可以执行（但是默认寻址模式是64位的），并非只能执行64位指令，具体用什么指令要看运算类型

### **2.6 操作系统位数和汇编语言位数关系** ###

> 虽然，64位操作系统支持32位程序，但是是有条件的： 因为操作系统对CPU的操作有所变化，有的是32位操作就不能在64位上操作了。 比如，软件通过调用底层，通过汇编读写数据的源程序，在32位上运行自如，在64位上就出现问题，执行出错。

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## **三. 汇编语言专栏** ##

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