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x86汇编语言：从实模式到保护模式（第2版）

作译者：李忠,王晓波,余洁

出版时间：2023-01 千字数：760 版次：01-01 页数：452

开本：16开装帧： I S B N ：9787121447556

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纸质书定价：￥98.0

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目    录
第1部分  预备知识
第1章  十六进制计数法	002
1.1  二进制计数法回顾	002
1.1.1  关于二进制计数法	002
1.1.2  二进制到十进制的转换	003
1.1.3  十进制到二进制的转换	003
1.2  十六进制计数法	004
1.2.1  十六进制计数法的原理	004
1.2.2  十六进制到十进制的转换	005
1.2.3  十进制到十六进制的转换	005
1.2.4  为什么需要十六进制	006
1.3  使用Windows计算器方便你的学习过程	007
本章习题	008
第2章  计算机和汇编语言	009
2.1  用电表示数字	009
2.2  二进制加法机	010
2.3  具有记忆功能的器件——寄存器	011
2.4  带寄存器的加法机	013
2.5  能做四则运算的机器	014
2.6  机器指令	015
2.7  内存	017
2.8  自动计算	021
2.9  处理器	023
2.10  汇编语言的诞生	025
本章习题	027
第3章  分段机制和逻辑地址	028
3.1  寄存器和字长	028
3.2  内存访问和字节序	029
3.3  古老的INTEL 8086处理器	030
3.3.1  8086的通用寄存器	030
3.3.2  程序的重定位难题	031
3.3.3  逻辑地址	034
3.3.4  8086的内存分段机制	036
本章习题	040
第4章  汇编语言和汇编软件	041
4.1  汇编语言程序	041
4.2  NASM编译器	043
4.2.1  NASM的下载和安装	043
4.2.2  代码的书写和编译过程	044
4.2.3  用HexView观察编译后的机器代码	047
4.3  配书文件包的下载和使用	048
本章习题	049
第2部分  实模式
第5章  虚拟机的安装和使用	051
5.1  计算机的启动过程	051
5.1.1  如何将编译好的程序提交给处理器	051
5.1.2  计算机的加电和复位	052
5.1.3  基本输入输出系统	052
5.1.4  硬盘及其工作原理	054
5.1.5  一切从主引导扇区开始	055
5.2  创建和使用虚拟机	056
5.2.1  别害怕，虚拟机是软件	056
5.2.2  下载和安装Oracle VM VirtualBox	057
5.2.3  虚拟硬盘简介	058
5.2.4  练习使用FixVhdWr工具向虚拟硬盘写数据	059
第6章  编写主引导扇区代码	063
6.1  本章代码清单	063
6.2  欢迎来到主引导扇区	063
6.3  注释	064
6.4  在屏幕上显示文字	064
6.4.1  显卡和显存	064
5.4.2  初始化段寄存器	067
6.4.3  显存的访问和ASCII代码	067
6.4.4  显示字符	070
6.4.5  mov指令的格式	071
6.5  显示标号的汇编地址	072
6.5.1  标号	072
6.5.2  如何显示十进制数字	076
6.5.3  在程序中声明并初始化数据	077
6.5.4  分解数的各个数位	078
6.5.5  显示分解出来的各个数位	082
6.6  使程序进入无限循环状态	083
6.7  完成并编译主引导扇区代码	085
6.7.1  主引导扇区有效标志	085
6.7.2  代码的保存和编译	086
6.8  加载和运行主引导扇区代码	086
6.8.1  把编译后的指令写入主引导扇区	086
6.8.2  启动虚拟机观察运行结果	087
6.9  程序的调试技术	087
6.9.1  开源的Bochs虚拟机软件	087
6.9.2  Bochs下的程序调试入门	088
本章习题	094
第7章  相同的功能，不同的代码	095
7.1  代码清单7-1	095
7.2  跳过非指令的数据区	095
7.3  在数据声明中使用字面值	096
7.4  段地址的初始化	096
7.5  段之间的批量数据传送	097
7.6  使用循环分解数位	099
7.7  计算机中的负数	101
7.7.1  无符号数和有符号数	101
7.7.2  处理器视角中的数据类型	104
7.8  数位的显示	107
7.9  其他标志位和条件转移指令	108
7.9.1  奇偶标志位PF	108
7.9.2  进位标志CF	109
7.9.3  溢出标志OF	109
7.9.4  现有指令对标志位的影响	110
7.9.5  条件转移指令	111
7.10  NASM编译器的$和$$标记	113
7.11  观察运行结果	114
7.12  本章程序的调试	114
7.12.1  调试命令“n”的使用	114
7.12.2  调试命令“u”的使用	115
7.12.3  用调试命令“info”查看标志位	117
本章习题	118
?
第8章  比高斯更快的计算	119
8.1  从1加到100的故事	119
8.2  代码清单8-1	119
8.3  显示字符串	119
8.4  计算1到100的累加和	120
8.5  累加和各个数位的分解与显示	121
8.5.1  栈和栈段的初始化	121
8.5.2  分解各个数位并压栈	121
8.5.3  出栈并显示各个数位	124
8.5.4  进一步认识栈	125
8.6  程序的编译和运行	127
8.6.1  观察程序的运行结果	127
8.6.2  在调试过程中查看栈中内容	127
8.7  8086处理器的寻址方式	128
8.7.1  寄存器寻址	129
8.7.2  立即寻址	129
8.7.3  内存寻址	129
本章习题	134
第9章  硬盘和显卡的访问与控制	135
9.1  本章代码清单	136
9.2  用户程序的结构	136
9.2.1  分段、段的汇编地址和段内汇编地址	136
9.2.2  用户程序头部	140
9.3  加载程序（器）的工作流程	142
9.3.1  初始化和决定加载位置	142
9.3.2  准备加载用户程序	143
9.3.3  外围设备及其接口	145
9.3.4  I/O端口和端口访问	146
9.3.5  通过硬盘控制器端口读扇区数据	148
9.3.6  过程调用	151
9.3.7  加载用户程序	156
9.3.8  用户程序重定位	157
9.3.9  将控制权交给用户程序	161
9.3.10  8086处理器的无条件转移指令	161
9.4  用户程序的工作流程	164
9.4.1  初始化段寄存器和栈切换	164
9.4.2  调用字符串显示例程	165
9.4.3  过程的嵌套	165
9.4.4  屏幕光标控制	166
9.4.5  取当前光标位置	167
9.4.6  处理回车和换行字符	168
9.4.7  显示可打印字符	169
9.4.8  滚动屏幕内容	169
9.4.9  重置光标	170
9.4.10  切换到另一个代码段中执行	170
9.4.11  访问另一个数据段	171
9.5  编译和运行程序并观察结果	171
本章习题	172
第3部分  保护模式
第10章  中断和动态时钟显示	174
10.1  外部硬件中断	175
10.1.1  非屏蔽中断	176
10.1.2  可屏蔽中断	176
10.1.3  实模式下的中断向量表	178
10.1.4  实时时钟、CMOS RAM和BCD编码	179
10.1.5  实时时钟RTC的中断信号	181
10.1.6  代码清单10-1	185
10.1.7  初始化8259、RTC和中断向量表	185
10.1.8  使处理器进入低功耗状态	187
10.1.9  实时时钟中断的处理过程	187
10.1.10  代码清单10-1的编译和运行	190
10.2  内部中断	191
10.3  软中断	191
10.3.1  BIOS中断	192
10.3.2  代码清单10-2	193
10.3.3  从键盘读字符并显示	193
10.3.4  代码清单10-2的编译和运行	194
本章习题	194
第11章  32位x86处理器编程架构	195
11.1  IA-32架构的基本执行环境	195
11.1.1  寄存器的扩展	195
11.1.2  基本的工作模式	198
11.1.3  线性地址和分页	199
11.2  现代处理器的结构和特点	200
11.2.1  流水线	200
11.2.2  高速缓存	201
11.2.3  乱序执行	201
11.2.4  寄存器重命名	202
11.2.5  分支目标预测	203
11.3  32位处理器的寻址方式	204
第12章  进入保护模式	206
12.1  代码清单12-1	207
12.2  全局描述符表	207
12.3  存储器的段描述符	208
12.4  安装存储器的段描述符并加载GDTR	213
12.5  关于第21条地址线A20的问题	215
12.6  保护模式下的内存访问	216
12.7  程序的运行和调试	221
12.7.1  运行程序并观察结果	221
12.7.2  处理器刚加电时的段寄存器状态	222
12.7.3  设置PE位后的段寄存器状态	224
12.7.4  加载段寄存器DS之后的状态	225
12.7.5  查看全局描述符表GDT	225
12.7.6  查看控制寄存器的内容	226
本章习题	226
第13章  操作数和有效地址的尺寸	227
13.1  代码清单13-1	227
13.2  INTEL 80286处理器的16位保护模式	227
13.3  指令的操作尺寸	228
13.3.1  16位操作尺寸	228
13.3.2  32位操作尺寸	229
13.3.3  默认操作尺寸	229
13.3.4  操作尺寸反转前缀	232
13.3.5  编译时的操作尺寸	234
13.4  清空流水线并串行化处理器	235
13.5  有效地址尺寸和内存访问	237
13.6  一般指令在32位操作尺寸下的扩展	239
本章习题	241
第14章  存储器的保护	243
14.1  代码清单14-1	243
14.2  进入32位保护模式	243
14.2.1  话说mov ds,ax和mov ds,eax	243
14.2.2  创建GDT并安装段描述符	244
14.3  修改段寄存器时的保护	247
14.4  地址变换时的保护	249
14.4.1  代码段执行时的保护	249
14.4.2  数据访问时的保护	250
14.4.3  栈操作时的保护	251
14.5  使用别名访问代码段对字符排序	253
14.6  程序的编译和运行	256
本章习题	256
第15章  程序的动态加载和执行	257
15.1  本章代码清单	258
15.2  内核的结构、功能和加载	258
15.2.1  内核的结构	258
15.2.2  内核的加载	259
15.2.3  安装内核的段描述符	261
15.3  在内核中执行	265
15.4  用户程序的加载和重定位	267
15.4.1  用户程序的结构	267
15.4.2  计算用户程序占用的扇区数	268
15.4.3  简单的动态内存分配	270
15.4.4  段的重定位和描述符的创建	271
15.4.5  重定位用户程序内的符号地址	274
15.5  执行用户程序	278
15.6  代码的编译、运行和调试	279
本章习题	281
第16章  任务和特权级保护	282
16.1  任务的隔离和特权级保护	283
16.1.1  任务、任务的LDT和TSS	283
16.1.2  全局空间和局部空间	284
16.1.3  特权级保护概述	287
16.2  代码清单16-1	295
16.3  内核程序的初始化	295
16.3.1  调用门	296
16.3.2  调用门的安装和测试	299
16.4  加载用户程序并创建任务	301
16.4.1  任务控制块和TCB链	301
16.4.2  使用栈传递过程参数	304
16.4.3  加载用户程序	306
16.4.4  创建局部描述符表	306
16.4.5  重定位U-SALT表	308
16.4.6  创建0、1和2特权级的栈	309
16.4.7  安装LDT描述符到GDT中	309
16.4.8  任务状态段TSS的格式	310
16.4.9  创建任务状态段TSS	314
16.4.10  安装TSS描述符到GDT中	315
16.4.11  带参数的过程返回指令	315
16.5  用户程序的执行	316
16.5.1  通过调用门转移控制的完整过程	316
16.5.2  进入3特权级的用户程序的执行	320
16.5.3  检查调用者的请求特权级RPL	323
16.5.4  在Bochs中调试程序的新方法	324
本章习题	325
第17章  协同式任务切换	326
17.1  本章代码清单	326
17.2  任务切换前的设置	326
17.3  任务切换的方法	329
17.4  用jmp指令发起任务切换的实例	333
17.5  处理器在实施任务切换时的操作	340
17.6  程序的编译和运行	342
本章习题	342
第18章  中断和异常的处理与抢占式多任务	343
18.1  中断和异常	343
18.1.1  中断和异常概述	343
18.1.2  中断描述符表、中断门和陷阱门	346
18.2  本章代码清单	348
18.3  内核的加载和初始化	348
18.3.1  创建中断描述符表	348
18.3.2  8259A芯片的初始化	352
18.3.3  中断和异常处理程序的保护	354
18.3.4  中断任务	355
18.3.5  错误代码	357
18.3.6  用定时中断实施任务切换	358
18.4  内核任务的创建	360
18.5  用户任务的创建和执行	360
18.6  程序的编译和执行	362
本章习题	362
?
第19章  分页机制和动态页面分配	363
19.1  分页机制概述	364
19.1.1  简单的分页模型	364
19.1.2  页目录、页表和页	373
19.1.3  地址变换的具体过程	375
19.2  本章代码清单	376
19.3  使内核在分页机制下工作	377
19.3.1  创建内核的页目录表和页表	377
19.3.2  任务全局空间和局部空间的页面映射	382
19.4  创建内核任务	389
19.4.1  内核的虚拟内存分配	389
19.4.2  页面位映射串和空闲页的查找	394
19.4.3  内核任务的确立	398
19.5  用户任务的创建和切换	399
19.5.1  用户任务的虚拟内存分配策略	399
19.5.2  用户任务的虚拟地址空间分配	402
19.5.3  创建用户任务的LDT	403
19.5.4  用户程序的加载	405
19.5.5  重定位U-SALT并复制页目录表	405
19.5.6  切换到用户任务执行	408
19.6  程序的编译、执行和调试	409
19.6.1  本章程序的编译和运行方法	409
19.6.2  查看CR3寄存器的内容	409
19.6.3  查看线性地址对应的物理页信息	410
19.6.4  查看当前任务的页表信息	411
19.6.5  使用线性（虚拟）地址调试程序	411
本章习题	412
第20章  平坦内存模型和软件任务切换	413
20.1  多段模型和平坦模型	413
20.1.1  多段模型和段页式内存管理	413
20.1.2  平坦模型	415
20.2  本章代码清单	416
20.3  初始化系统并加载内核	416
20.3.1  定义平坦模型下的段描述符	417
20.3.2  平坦模型下的内核程序	418
20.3.3  加载内核程序	419
20.4  内核的初始化	421
20.4.1  进入内核并初始化中断系统	421
20.4.2  软中断和系统调用	422
20.4.3  系统调用的安装及其工作原理	423
20.4.4  任务状态段TSS的新用法	424
20.5  用户任务的创建	427
20.5.1  平坦模型下的用户程序结构	428
20.5.2  用户任务的创建过程	428
20.6  软件任务切换	429
20.6.1  保存当前任务的状态	430
20.6.2  恢复并执行新任务	430
20.7  内核任务的执行	431
20.8  用户任务的执行	432
本章习题	433

前    言
尽管汇编语言也是一种计算机语言，却是与众不同的，与它的同类们格格不入。处理器的工作是执行指令并获得结果，而为了驾驭处理器，汇编语言为每种指令提供了简单好记、易于书写的符号化表示形式。
一直以来，人们对于汇编语言的认识和评价可以分为两种，一种是觉得它非常简单，另一种是觉得它学习起来非常困难。
你认为我会赞同哪一种？说汇编语言难学，这没有道理。学习任何一门计算机语言，都需要一些数制和数制转换的知识，也需要大体上懂得计算机是怎么运作的。在这个前提下，汇编语言是最贴近硬件实体的，也是最自然和最朴素的。最朴素的东西反而最难掌握，这实在说不过去。因此，原因很可能出在我们的教科书上，那些一上来就搞一大堆寻址方式的书，往往以最快的速度打败了本来激情高昂的初学者。
但是，说汇编语言好学，也同样有些荒谬。据我的观察，很多人掌握了若干计算机指令，会编写一个从键盘输入数据，然后进行加减乘除或者归类排序的程序后，就认为自己掌握了汇编语言。还有，直到现在，我还经常在网上看到学生们使用DOS中断编写程序，他们讨论的也大多是实模式，而非32位或者64位保护模式。他们知道如何编译源程序，也知道在命令行输入文件名，程序就能运行了；又或者使用一个中断，就能显示字符。至于这期间发生了什么，程序是如何加载到内存中的，又是怎么重定位的，似乎从来不关汇编语言的事。这样做的结果就是，让人以为汇编语言不过如此，而且非常枯燥。
很难说我已经掌握了汇编语言的要义。但至少我知道，尽管汇编语言不适合用来编写大型程序，但它对于理解计算机原理很有帮助，特别是处理器的工作原理和运行机制。就算是为了这个目的，也应该让汇编语言回归它的本位，那就是访问和控制硬件（包括处理器），而不仅是编写程序，输入几个数字，找出正数有几个、负数有几个，大于30的有几个。
事实上，汇编语言对学习和理解高级语言，比如C语言，也有极大的帮助。老教授琢磨了好几天，终于想到一个好的比喻来帮助学生理解什么是指针，实际上，这对于懂得汇编语言的学生来说，根本就不算个事儿，并因此能够使老教授省下时间来喝茶。
在这本书之前，我也写过《穿越计算机的迷雾》一书。它们是一个系列，没有基础的读者可以先看那本书，打一点计算机原理的基础再来学习汇编语言。
在计划写这本书的时候，我就给自己画了几条线。首先，不能走老路，一上来就讲指令、寻址方式，而是采用任务驱动的方式来写，每一章都要做点事情，最好是比较有趣，有吸引力；在解决问题的过程中，不断地引入新指令，并进行讲解，一句话，我希望是润物细无声式的。其次，汇编语言和硬件并举，完全抛弃BIOS中断和DOS中断，直接访问硬件，发挥汇编语言的长处，因为这才是我们学习汇编语言的目的。也只有这样，读者才能深刻体会到汇编语言的妙处。
 
王晓波和湖北经济学院的余洁共同参与了本书的创作。
本书主要讲述INTEL x86处理器的16位实模式、32位保护模式和64位模式（INTEL64），至于虚拟8086模式，则是为了兼容传统的8086程序，现在看来已经完全过时，不再进行讲述。本书的特色之一是提供了大量典型的源代码，这些代码及相配套的工具程序可以到我的个人网站http://www.lizhongc.com/下载。
很多读者在读书的时候会遇到这种情况：一开始读得很快，一口气读了好几章；随着内容的深入，学习越来越吃力，不得不频繁回到前面重新学习已经讲过的内容，这就是因为前面的知识没有完全掌握。为此，本书每一章都设有检测点，读者应当在通过检测点之后再继续往后阅读。
本书原来有18章，后来，考虑到实模式的内容过多，就去掉了1章。这一章的标题是《聆听数字的声音》，讲述如何通过直接访问和控制Sound Blaster 16声卡来播放声音，感兴趣的朋友可以从下载的配书文件包中找到这部分内容。
好友王南洋、桑国伟、刘维钊、蒋胜友、邱海龙、万利、李文心等负责了本书的一部分校对工作；好友周卫平帮我验证配书代码是否能在他的机器上正常工作，在这里向他们表示感谢，同时也谢谢所有关心和支持本书的朋友们。
感谢我的母亲、我的妻子和我的女儿，她们是我的精神支柱，是我努力创作这本书的动力来源。
在阅读本书的过程中，如果有任何问题，可以通过电子邮件地址leechung@126.com给我写信；要了解其他更多的情况，请访问我的个人网站：http://www.lizhongc.com/。

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