【无标题】

实验一查看CPU和内存，用机器指令和汇编指令编程

• 实验目的：

1. 了解什么是Debug以及Dosbox。
2. 学习dosbox及dubug的基本用法
3. 学会在dubug中使用汇编指令编写简单程序

• 实验准备

1. 复习第二章关于通用寄存器以及CS和IP的相关内容。
2. 复习第二章8086给出物理地址的方法。
3. 提前阅读和了解CPU的实模式、保护模式和虚拟模式三种工作模式的资料。

• 实验内容及步骤

（一）预备知识：Debug的使用

1.什么是Debug？

Debug是DOS、Windows都提供的实模式(8086方式)程序的调试工具。使用它，可以查看CPU各种寄存器中的内容、内存的情况和在机器码级跟踪程序的运行。

*关于详细介绍请大家自行查阅资料。

2.我们用到的Debug功能

R命令：查看和改变CPU寄存器的内容

D命令：查看内存中的内容

E：改写内存中的内容

U:将内存中的机器指令翻译成汇编指令

T命令：执行一条机器指令

A:以汇编指令的格式在内存中写入机器指令

3.进入Debug

Debug是在DOS方式下使用的程序。我们进入debug前，应先进入DOS方式。

• 重新启动计算机，进入DOS方式，此时进入的是实模式DOS。
• 在Windows中进入DOS方式，此时进入的是虚拟8086模式的DOS。

*在64位的Windows中进入Debug,的方法如下：

①下载一个叫做Dosbox的软件，将其安装在D盘上的新建目录Dosbox下；

②运行Dosbox，使用mount命令将此目录挂载为为C盘：mount c d:\dosbox

• 转至C盘：c:
• 转至虚拟C盘下的MASM（因为debug.exe存放在d:\dosbox\masm中）：

cd c:\masm

• 运行debug：debug

4.用R命令查看和改变CPU的内容

观察AX、BX、CX、DX、CS和IP的值，尤其注意CS和IP的值及其含义

修改寄存器的值，比如：r ax，在使用R命令查看一下修改的结果。

也可以使用R命令修改CS和IP的值。

5.D命令查看内存中的内容

格式：D 段地址：偏移地址，列出从指定内存单元开始的128个内存单元的内容。也可以使用“D 段地址：起始偏移地址  结尾偏移地址”来指定查看的范围。

以下分成三部分内容：

中间是从指定地址开始的128个内存单元的内容

左边是每行的起始地址

右边是每个内存单元中的数据对应的可显示的ASCII码字符。

6.E命令改写内存单元的内容

E命令以提问的方式来逐个地址地修改从某一地址开始的内存单元中的内容，一个单元修改完毕之后，按下空格键，即用输入的数据改写了当前的内存单元，全部修改完毕之后，按Enter键结束E命令。

7.用E命令向内存中写入机器码，用U命令查看内存中机器码的含义，用T命令执行内存中的机器码。

比如，我们要从内存1000:0单元开始写入这样一段机器码：

机器码      对应的汇编指令

B80100      mov ax,0001

B90200      mov cx,0002

01c8        add ax,cx

E 段地址：偏移地址 数值1  数值2  数值3 ……

U 段地址：偏移地址，U命令的显示输出分成了三部分：每一条机器指令的地址、机器指令、机器指令所对应的汇编指令。

T命令可以执行一条或者多条指令。简单地使用T命令，可以执行CS：IP指向的指令。

我们使用T命令来执行我们刚才写入的指令，此时我们应该让CS：IP指向1000:0处。使用R修改CS和IP的值，让CS=1000，IP=0，然后使用R命令查看当前各个寄存器的值，再使用T命令单步跟踪执行，观察各个寄存器的变化

8.用A命令以汇编指令的形式在内存中写入机器指令

可以看到，当我们使用A命令写入指令时，我们输入的是汇编指令，Debug将这些汇编指令翻译为对应的机器指令，将它们的机器码写入了内存。

9.退出Debug：Q命令

（二）自主实验任务：

1.使用Debug，将下面的程序段写入内容，逐条执行，观察每条指令执行后CPU中相关寄存器中内容的变化。

2.将下面3条指令写入从2000:0开始的内存单元中，利用这3条指令计算2的8次方。

Mov ax.1

Add ax,ax

Jmp 2000:0003

查看内存中的内容。

3.PC机主板上的ROM中写有一个生产日期，在内存FFF00H~FFFFFH的某几个单元中，请找到这个生产日期并试图改变它。如果对实验的结果感到疑惑，请复习第一章1.15节的内容。

4.向内存从B81100H开始的单元中填写数据，如：

-E B810:0000 01 01 02 02 03 03 04 04

请读者先填入不同的数据，观察产生的现象；再改变填写的地址，观察产生的现象。如果对实验的结果感到疑惑，请复习第一章1.15节的内容。

以上内存单元中地址其实是显存地址。

（三）拓展实验内容

考察ROM BIOS中关于检查版权通告和系列号的数据

计算机的版权通告是嵌入在ROM BIOS中的FE000H单元。

• 实验要求：

1. 将老师讲授的实验内容自己要演练一遍，深刻理解关于寄存器和指令执行的相关知识。
2. 自行完成自主实验内容，并记录实验结果。
3. 总结此次实验中用到的几个debug命令的详细用法。

实验二 用机器指令和汇编指令编程

• 实验目的：

1. 学习debug中D、E、U、A命令更详细的用法
2. 通过在Debug中跟踪指令的执行，更加深入地理解8086CPU的栈机制

• 实验准备

1. 复习关于寄存器CS和IP的相关内容。
2. 复习第三章CPU的栈机制及其基本操作的详细内容。
3. 复习上一个实验中关于R、D、E、A、U、T的基本用法。
4. 提前准备好自主实验所用的指令及相关数据。

• 实验内容及步骤

（一）预备知识：Debug的使用

1.关于D命令

D命令是由Debug执行的，Debug在执行“D：1000:0”这样的命令时，也会先将段地址1000H送入段寄存器中。在此，默认将段地址送入DS中。

另外，D命令也提供了一种符合CPU机理的格式：“D：段寄存器：偏移地址”，表示以段寄存器中的数据为段地址SA，列出从SA：偏移地址开始的内存区间中的数据。

比如：

 

2.在E、A、U命令中使用段寄存器

在E、A、U这些可以带有内存单元地址的命令中，也可以通D命令一样，用段寄存器表示内存单元的段地址。

比如：以机器码和汇编指令的形式，显示当前代码段中的代码。

3.下一条指令执行了吗？

在Debug中，用a命令写入一段程序：

Mov ax,2000

Mov ss,ax

Mov sp,10

Mov ax,3123

Push ax

Mov ax,3366

Push ax

观察并分析我们实验的结果，可以看到，在用T命令执行mov ss,ax的时候，它的下一条指令mov sp,10也紧接着执行了。

结论：debug的T命令在执行修改寄存器SS的指令时，下一条指令也紧接着被执行。

为什么呢？涉及到后面要学习的一个重要内容：中断机制。

(二)自主实验任务：

1.使用Debug，将下面的程序段写入内容，逐条执行，根据指令执行后的实际运行情况填空。

mov ax,ffff

mov ds,ax

mov ax,2200

mov ss,ax

mov sp,0100

mov ax,[0]       ;ax=         

add ax,[2]        ;ax=         

mov bx,[4]       ;bx=         

add bx,[6]       ;bx=         

push ax         ;sp=        ,修改的内存单元地址是         内容为        

push bx         ;sp=        ,修改的内存单元地址是         内容为        

pop ax          ;sp=        ,ax=         

pop bx          ;sp=        ,bx=         

push [4]        ；sp=        ,修改的内存单元地址是          内容为         

push [6]            ;sp=        ,修改的内存单元地址是           内容为         

执行过程截图如下（不同的计算机结果不同）：

1. 仔细观察图3.19中的实验过程，然后分析：为什么2000:0~2000：F中的内容会发生改变？

• 实验要求

1. 将老师讲授的实验内容自己要演练一遍，深刻理解8086CPU指令的执行过程。
2. 自行完成自主实验内容，并记录实验结果。
3. 对实验结果进行思考，写下自己从此次实验中发现的规律，写下自己的疑问，，以便在以后的课程中进行更一步的探索。

实验3 编程、编译、连接、跟踪

• 实验目的：

1. 学会如何将一个汇编程序编译成可执行程序并运行。
2. 通过实践深入理解可执行文件中的程序装入内存并运行的原理。
3. 学会在dubug中跟踪程序的运行。

• 实验准备

1. 复习汇编指令、伪指令和标号的内容。
2. 复习CPU执行指令的基本原理。
3. 复习上一个实验中关于Debug中的D、E、U、A、T命令的用法。

• 实验内容及步骤

• 编程、编译、连接、跟踪

1.使用文本编辑器（如Edit、记事本等），用汇编语言编写汇编源程序。

程序最先以汇编指令的形式存在源程序中，经编译、连接后转变为机器码，存储在可执行文件中。

进入DOS方式，运行Edit，在其中编辑程序，如下图所示：

2.编译

进入DOS方式，进入 C:\masm 目录，运行masm.exe。

如果源程序文件不是以 asm 为扩展名的话，就要输入它的全名。比如p1.txt。

在输入源程序文件名的时候一定要指明它所在的路径。如果文件就在当前路径下，只输入文件名就可以。

3.连接

在对源程序进行编译得到目标文件后，我们需要对目标文件进行连接，从而得到可执行文件。

4．以更简洁的方式编译和连接

 

5.程序的执行

6.在Debug中跟踪程序的执行

首先用r命令查看各个寄存器的值

注意观察各个寄存器的值，仔细体会指令被装入内存并执行的原理。

用U命令查看当前CS和IP指向的指令都有哪些。

用用T命令单步执行程序中的每一条指令，并观察每条指令的执行结果，到了 int 21，我们要用P命令执行：

使用Q命令退出Debug，将返回到command中，因为Debug是由command加载运行的。

• 自主实验内容

1.将下面的程序保存为t1.asm文件，将其生成可执行文件t1.exe。

Assume cs:codesg

Codesg segment

Mov ax,2000H

Mov ss,ax

Mov sp,0

Add sp,10

Pop ax

Pop bx

Push ax

Push bx

Pop ax

Pop bx

Mov ax,4c00H

Int 21H

2.用Debug跟踪t1.exe的执行过程，写出每一步执行后，相关寄存器中的内容和栈顶的内容。

3.PSP的头两个字节是CD20，用Debug加载t1.exe，查看PSP的内容。

• 实验要求：

1. 将老师讲授的实验内容自己要演练一遍，熟练掌握汇编程序从编辑、编译、连接到运行的过程，并在Debug中跟踪每一条指令的运行。
2. 自行完成自主实验内容，并记录实验结果。
3. 深入思考可执行程序装入内存并运行的原理并进行总结。

实验4 [Bx]和Loop的使用

• 实验目的：

1. 学会使用LOOP指令和[BX]编写简单程序。
2. 学会使用Loop指令访问连续内存的基本方法。
3. 学会在dubug中跟踪含有Loop指令的程序的运行。

• 实验准备

1. Loop指令的格式及基本功能。
2. 程序中使用[BX]的基本含义。

• 实验内容及步骤

• 在Debug中跟踪loop指令实现的循环程序

1. 将以下程序编辑、编译、连接、运行，并在Debug中跟踪其执行过程。

将循环次数改为123次，再重新编译连接，并在debug中跟踪其运行。

Debug执行“g 0012”后，CS:0012前的程序段被执行，从各个相关的寄存器中的值，我们可以看出执行的结果：

遇到loop指令时，使用P命令来执行。Debug就会自动重复执行循环中的指令，直到(cx)=0为止。

• 自主实验内容

1.编程，向内存0:200~0:23F依次传送数据0~63（3FH）

2.编程，向内存0:200~0:23F依次传送数据0~63（3FH），程序中只能使用9条指令，9条指令中包括“mov,ax,4c00h”和“int 21h”。

3.下面的程序的功能是将“mov,ax,4c00h之前的指令复制到内存0:200处，补全程序。上机调试，跟踪运行结果。

Assume cs:code

Code segment

Mov ax,      

Mov ds,ax

Mov ax,0020H

Mov es,ax

Mov bx,0

Mov cx,       

S:  Mov al,[bx]

Mov es:[bx],al

Inc bx

Loop s

Mov ax,4c00H

Int 21H

Code ends

end

提示：

1. 复制的是什么？从哪里到哪里？
2. 复制的是什么？有多少个字节？你如何知道要复制的字节的数量？

提示：CX中存放的是当前程序中指令的字节总数量。在编程过程中，先给循环次数CX给任意值，执行程序，去观察程序的长度，得出实际要复制的字节数，然后再去修改源程序中CX的值，重新编译连接执行。

• 实验要求：

1. 将老师讲授的实验内容自己演练一遍，重点关注Loop指令的执行过程，以及对于CX寄存器的修改。
2. 自行完成自主实验内容，并记录实验结果。

实验5 编写调试具有多个段的程序

• 实验目的：

1. 学会将数据和栈放入代码段中的方法。
2. 学会将数据、栈和代码放入不同段中的方法。
3. 理解将数据和栈放置在不同位置时，各个段寄存的赋值情况及原理。

• 实验准备

1. 程序的编辑、编译、连接及在debug中跟踪运行的过程。
2. 事先编写好本实验的相关程序。

• 实验内容及步骤

1.将下面的程序编译、连接，用Debug加载、跟踪，然后回答问题。

assume cs:code,ds:data,ss:stack

data segment

        dw 0123h,0456h,0789h,0abch,0defh,0fedh,0cbah,0987h

date ends

stack segment

        dw 0,0,0,0,0,0,0,0

stack ends

code segment

start:            mov ax, stack

                mov ss, ax

                mov sp, 16

                

                mov ax, data

                mov ds, ax

                

                push ds:[0]

                push ds:[2]

                pop ds:[2]

                pop ds:[0]

                

                mov ax, 4c00h

                int 21h

code ends

end start

1. CPU执行程序，程序返回前，data段中的数据为多少？
   A: 23 01 56 04 89 07 bc 0a ef 0d ed 0f ba 0c 87 09
2. CPU执行程序，程序返回前，CS=___，SS=___，DS=___。
3. 设程序加载后，code段的段地址为X，则data段的段地址为___，stack段的段地址为___。

A: X-0002H, X-0001H

2.将下面的程序编译、连接，用Debug加载、跟踪，然后回答问题。

assume cs:code,ds:data,ss:stack

data segment

        dw 0123h,0456h

date ends

stack segment

        dw 0,0

stack ends

code segment

start:            mov ax, stack

                mov ss, ax

                mov sp, 16

                

                mov ax, data

                mov ds, ax

                

                push ds:[0]

                push ds:[2]

                pop ds:[2]

                pop ds:[0]

                

                mov ax, 4c00h

                int 21h

code ends

end start

1. CPU执行程序，程序返回前，data段中的数据为多少？

A: 23 01 56 04 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00

1. CPU执行程序，程序返回前，CS=___，SS=___，DS=___。

3.设程序加载后，code段的段地址为X，则data段的段地址为___，stack段的段地址为___。

A: X-0002H, X-0001H

4.对于如下定义的段

name segment

...

name ends

如果段中的数据占N个字节，则程序加载后，该段实际占有的空间为___字节。

A:（Int(N/16) + 1)*16

3. .将下面的程序编译、连接，用Debug加载、跟踪，然后回答问题。

assume cs:code,ds:data,ss:stack

code segment

start:            mov ax, stack

                mov ss, ax

                mov sp, 16

                

                mov ax, data

                mov ds, ax

                

                push ds:[0]

                push ds:[2]

                pop ds:[2]

                pop ds:[0]

                

                mov ax, 4c00h

                int 21h

code ends

data segment

        dw 0123h,0456h

data ends

stack segment

        dw 0,0

stack ends

end start

1. CPU执行程序，程序返回前，data段中的数据为多少？
   A: 23 01 56 04 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00
   2.CPU执行程序，程序返回前，CS=___，SS=___，DS=___。
   A: CS = code, SS = stack, DS = data

3.设程序加载后，code段的段地址为X，则data段的段地址为___，stack段的段地址为___。
A:X+0003h, X+0004h

 

4.如果将(1)，(2)，(3)题中的最后一条伪指令"end start"改为"end"(也就是说，不指明程序的入口），则哪个程序仍然可以正确执行？请说明原因。

A:第三题即便将"end start"改为"end"，依然能正确执行。

   因为start为程序入口，即程序开始执行的地方，如果没有注明入口, 则程序将从程序的开头开始执行，

   而第三题程序的开头即是指令，所以依然能正确执行。

5.程序如下，编写code段中的代码，将a段和b段中的数据依次相加，将结果存到c段中。

assume cs:code

dataA segment

        db 1,2,3,4,5,6,7,8

dataA ends

dataB segment

        db 1,2,3,4,5,6,7,8

dataB ends

dataC segment

        db 0,0,0,0,0,0,0,0

dataC ends

code segment

start:

?

Code ends

End start

编写程序段如下：

start:            mov ax, dataA

                mov ds, ax

                mov ax, dataB

                mov es, ax

                mov ax, dataC

                mov ss, ax

                mov bx, 0

                mov ax, 0

                

                mov cx, 8

        s:       mov al, [bx]

                add al, es:[bx]

                mov ss:[bx], al

                inc bx

                loop s

                

                mov ax,4c00h

                int 21h

6.程序如下，编写code段中的代码，用push指令将data段中的前8个字型数据，逆续存储到stack段中。

assume cs:code

data segment

        dw 1,2,3,4,5,6,7,8,9,0ah,0bh,0ch,0dh,0eh,0fh,0ffh

data ends

stack segment

        dw 0,0,0,0,0,0,0,0

stack ends

code segment

start:

?

Code ends

End start

编写程序段如下：

start:        mov ax, data

                mov ds, ax

                mov ax, stack

                mov ss, ax

                mov sp, 16

                

                mov bx, 0

                mov cx, 8

        s:        push [bx]

                add bx, 2

                loop s

                

                mov ax, 4c00h

                int 21h