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  • 第九章 转移指令的原理

    8086CPU的转移指令分为以下几类:
    无条件转移指令 (如:jmp)
    条件转移指令
    循环指令(如:loop)
    过程
    中断

    9.1 操作符offset----------伪指令

    操作符offset在汇编语言中是由编译器处理的符号,它的功能是取得标号的偏移地址。
    比如下面的程序:
    assume cs:codesg
    codeseg segment

        start:mov ax,offset start ; 相当于 mov ax,0
             s:mov ax,offset s      ; 相当于mov ax,3
      codesg ends
      end start
    

    assume cs:codesg
    codesg segment
    s: mov ax,bx ;(mov ax,bx 的机器码占两个字节)
    mov si,offset s
    mov di,offset s0
    mov ax,cs:[si]
    mov cs:[di],ax
    s0: nop ;(nop的机器码占一个字节)
    nop
    codesg ends
    ends

    9.2 jmp指令

    jmp为无条件转移,可以只修改IP,也可以同时修改CS和IP;

    jmp指令要给出两种信息:
    转移的目的地址
    转移的距离(段间转移、段内短转移,段内近转移)

    9.3 依据位移进行转移的jmp指令

    jmp short 标号(转到标号处执行指令)

    这种格式的 jmp 指令实现的是段内短转移,它对IP的修改范围为 -128~127,也就是说,它向前转移时可以最多越过128个字节,向后转移可以最多越过127个字节。
    比如:程序9.1
    assume cs:codesg
    codesg segment
    start:mov ax,0
    jmp short s
    add ax,1
    s:inc ax
    codesg ends
    end start

    程序执行后, ax中的值为 1 ,因为执行 jmp short s 后 ,越过了add ax,1 ,IP 指向了标号 s处的 inc ax。也就是说,程序只进行了一次ax加1操作。
    我们可以看到,Debug 将 jmp short s 中的 s 表示为inc ax 指令的偏移地址 8 ,并将jmp short s 表示为 jmp 0008 ,表示转移到cs:0008处。

    但是我们观察对应的机器码,却意外地发现了一些问题……
    jmp 0008 ( Debug 中的表示)或jmp short s (汇编语言中的表示)所对应的机器码为EB 03,注意,这个机器码中竟不包含转移的目的地址。

    这意味着,CPU 在执行EB 03的时候,并不知道转移目的地址。
    那么,CPU根据什么进行转移呢?

    没有了目的地址,CPU如何知道转移到哪里呢?

    我们做下小小的修改~
    加一段代码之后
    机器码变成了 EB 05
    这说明在机器指令中并不包含转移的目的地址。

    如果机器指令中不包含目的地址的话,那么,也就是说 CPU不需要这个目的地址就可以实现对IP的修改。

    小B可能会问:“老师,那么具体是如何修改的呢?”

    jmp short s指令的读取和执行过程:
    (1)(CS)=0BBDH,(IP)=0006,CS:IP指向EB 03(jmp short s的机器码);
    (2)读取指令码EB 03进入指令缓冲器;
    (3)(IP)=(IP)+所读取指令的长度=(IP)+2=0008,CS:IP指向add ax,1;
    (4)CPU指行指令缓冲器中的指令EB 03;
    (5)指令EB 03执行后,(IP)=000BH,CS:IP指向inc ax。
    实际上,指令“jmp short 标号”的功能为(IP)=(IP)+8位位移。
    (1)8位位移=“标号”处的地址-jmp指令后的第一个字节的地址;
    (2)short指明此处的位移为8位位移;
    (3)8位位移的范围为-128~127,用补码表示
    (如果你对补码还不了解,请阅读附注2)
    (4)8位位移由编译程序在编译时算出。

    还有一种和指令“jmp short 标号”功能相近的指令格式:
    jmp near ptr 标号
    它实现的时段内近转移。

    指令“jmp near ptr 标号”的功能为:
    (IP)=(IP)+16位位移。

    指令“jmp near ptr 标号”的说明:
    (1)16位位移=“标号”处的地址-jmp指令后的第一个字节的地址;
    (2)near ptr指明此处的位移为16位位移,进行的是段内近转移;
    (3)16位位移的范围为
    -32769~32767,用补码表示;
    (4)16位位移由编译程序在编译时算出。


    9.4 转移的目的地址在指令中的jmp指令

    前面讲的jmp指令,其对应的机器码中并没有转移的目的地址,而是相对于当前IP的转移位移。

    指令 “jmp far ptr 标号”
    实现的是段间转移,又称为远转移。
    指令 “jmp far ptr 标号” 功能如下:
    (CS)=标号所在段的段地址;
    (IP)=标号所在段中的偏移地址。
    far ptr指明了指令用标号的段地址和偏移地址修改CS和IP。

    我们看下面的程序
    assume cs:codesg
    codesg segment
    start:mov ax,0
    mov bx,0
    jmp far ptr s
    db 256 dup (0)
    s: add ax,1
    inc ax
    codesg ends
    end start
    源程序中的db 256 dup (0),被Debug解释为相应的若干条汇编指令 。这不是关键,关键是,我们要注意一下jmp far ptr s所对应的机器码:EA 0B 01 BD 0B ,其中包含转移的目的地址。
    “0B 01 BD 0B” 是目的地址在指令中的存储顺序,高地址的“BD 0B”是转移的段地址:0BBDH,低地址的“0B 01” 是偏移地址:010BH。


    9.5 转移地址在寄存器中的jmp指令

    同时修改CS、IP的内容:
    转移指令jmp 段地址:偏移地址
    jmp 2AE3:3
    jmp 3:0B16

    功能:用指令中给出的段地址修改CS,偏移地址修改IP。
    仅修改IP的内容:

    jmp 某一合法寄存器
    jmp ax (类似于 mov IP,ax)
    jmp bx

    功能:用寄存器中的值修改IP。


    9.6 转移地址在内存中的jmp指令

    转移地址在内存中的jmp指令有两种格式:

    (1) jmp word ptr 内存单元地址(段内转移)
    功能:从内存单元地址处开始存放着一个字,是转移的目的偏移地址。

    内存单元地址可用寻址方式的任一格式给出。
    

    mov ax,0123H
    mov ds:[0],ax
    jmp word ptr ds:[0]
    执行后,(IP)=0123H

    mov ax,0123H
    mov [bx],ax
    jmp word ptr [bx]
    执行后,(IP)=0123H

    (2) jmp dword ptr 内存单元地址(段间转移)

    功能:从内存单元地址处开始存放着两个字,高地址处的字是转移的目的段地址,低地址处是转移的目的偏移地址。
    	(CS)=(内存单元地址+2)
    	(IP)=(内存单元地址)
    内存单元地址可用寻址方式的任一格式给出。
    

    mov ax,0123H
    mov ds:[0],ax
    mov word ptr ds:[2],0
    jmp dword ptr ds:[0]

    执行后,
    (CS)=0
    (IP)=0123H
    CS:IP 指向 0000:0123。

    mov ax,0123H
    mov [bx],ax
    mov word ptr [bx+2],0
    jmp dword ptr [bx]

    执行后,
    (CS)=0
    (IP)=0123H
    CS:IP 指向 0000:0123。

    9.7 jcxz指令

    jcxz指令为有条件转移指令,所有的有条件转移指令都是短转移,在对应的机器码中包含转移的位移,而不是目的地址。对IP的修改范围都为-128~127。

    指令格式:jcxz 标号
    (如果(cx)=0,则转移到标号处执行。)

    jcxz 标号 指令操作:
    当(cx)=0时,(IP)=(IP)+8位位移)
    8位位移=“标号”处的地址-jcxz指令后的第一个字节的地址;
    8位位移的范围为-128~127,用补码表示;
    8位位移由编译程序在编译时算出。

    当(cx)≠0时,什么也不做(程序向下执行)。

    我们从 jcxz的功能中可以看出,指令“jcxz 标号”的功能相当于:
    if((cx)==0)
    jmp short 标号;

    (这种用C语言和汇编语言进行的综合描述,或许能使你对有条件指令理解得更加清楚。)

    补全编程,利用jcxz指令,实现在内存2000H段中找查第一个值为为0的字节,找到后,将它的偏移地址存储在dx中。
    assume cs:code
    code segment
    start: mov ax,2000H
    mov ds,ax
    mov bx,0
    s: mov ch,0
    mov cl,[bx]
    jcxz ok
    inc bx
    jmp short s
    ok: mov dx,bx
    mov ax,4c00h
    int 21h
    code ends
    end start

    9.8 loop指令

    loop指令为循环指令,所有的循环指令都是短转移,在对应的机器码中包含转移的位移,而不是目的地址。

    对IP的修改范围都为-128~127。

    指令格式:loop 标号
    ((cx))=(cx)-1,如果(cx)≠0,转移到标号处执行。
    loop 标号 指令操作:
    (1)(cx)=(cx)-1;
    (2)如果(cx)≠0,(IP)=(IP)+8位位移。
    8位位移=“标号”处的地址-loop指令后的第一个字节的地址;
    8位位移的范围为-128~127,用补码表示;
    8位位移由编译程序在编译时算出。

    当(cx)=0,什么也不做(程序向下执行)。

    我们从loop的功能中可以看出,指令“loop 标号”的功能相当于:

    (cx)--;
    if((cx)≠0)
    jmp short 标号

    补全程序,利用loop指令,实现在内存2000H段中查找第一个值为0的字节,找到后,将它的偏移地址存储在dx中。

    assume cs:code
    code segment
    start: mov ax,2000h
    mov ds,ax
    mov bx,0
    s: mov cl,[bx]
    mov ch,0
    inc cx
    inc bx
    loop s
    ok: dec bx
    mov dx,bx
    mov ax,4c00h
    int 21h
    code ends
    end start

    9.9 根据位移进行转移的意义

    前面我们讲到:
    jmp short 标号
    jmp near ptr 标号
    jcxz 标号
    loop 标号
    等几种汇编指令,它们对 IP的修改是根据转移目的地址和转移起始地址之间的位移来进行的。在它们对应的机器码中不包含转移的目的地址,而包含的是到目的地址的位移距离。

    前面我们讲到:
    jmp short 标号
    jmp near ptr 标号
    jcxz 标号
    loop 标号
    等几种汇编指令,它们对 IP的修改是根据转移目的地址和转移起始地址之间的位移来进行的。在它们对应的机器码中不包含转移的目的地址,而包含的是到目的地址的位移距离。
    如果loop s的机器码中包含的是s的地址,则就对程序段在内存中的偏移地址有了严格的限制;

    因为机器码中包含的是 s 的地址,如果 s 处的指令不在目的地址处,程序的执行就会出错。
    而loop s的机器码中包含的是转移的位移,就不存在这个问题了;

    因为,无论 s处的指令的实际地址是多少,loop指令的转移位移是不变的。

    9.10 编译器对转移位移超界的检测
    越界的话编译不通过



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