【汇编语言】寄存器（CPU工作原理）（七）—— 查看CPU和内存，用机器指令和汇编指令编程

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文章目录

前言
1. 预备知识：Debug的使用
- 1.1 什么是Debug？
- 1.2 我们用到的Debug功能
- 1.3 进入Debug
- - 1.3.1 对于16位或者32位机器的进入方式
  - 1.3.2 对于64位机器的进入方式
- 1.4 R命令
- 1.5 D命令
- 1.6 E命令
- 1.7 U命令
- 1.8 T命令
- 1.9 A命令
2. 总结
3. 实操练习
结语

前言

📌

汇编语言是很多相关课程（如数据结构、操作系统、微机原理）的重要基础。但仅仅从课程的角度出发就太片面了，其实学习汇编语言可以深入理解计算机底层工作原理，提升代码效率，尤其在嵌入式系统和性能优化方面有重要作用。此外，它在逆向工程和安全领域不可或缺，帮助分析软件运行机制并增强漏洞修复能力。

本专栏的汇编语言学习章节主要是依据王爽老师的《汇编语言》来写的，和书中一样为了使学习的过程容易展开，我们采用以8086CPU为中央处理器的PC机来进行学习。

文章主要内容：基于实验内容，详细展示如何查看CPU和内存以及通过机器指令和汇编指令编程。

1. 预备知识：Debug的使用

我们以后所有的实验中，都将用到Debug程序，首先学习一下它的主要用法。

1.1 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。

1.2 我们用到的Debug功能

用Debug的R命令查看、改变CPU寄存器的内容
用Debug的D命令查看内存中的内容
用Debug的E命令改写内存中的内容
用Debug的U命令将内存中的机器指令翻译成汇编指令
用Debug的T命令执行一条机器指令
用Debug的A命令以汇编指令的格式在内存中写入一条机器指令

Debug的命令比较多，共有20多个，但这6个命令是和汇编学习密切相关的。在以后的实验中，我们还会用到一个P命令。

1.3 进入Debug

debug是Windows 16位或者32位机器上的一款调试工具。也就是说，在WindowsXP及以前的机器上都有debug，直接Win+X debug就可以调出；在之后的32位机也有；但是在之后的64位机器上不存在，即使有，也无法运行。不必尝试到底能不能运行，绝对不能
相似的，微软的masm也无法在64位版本的系统上运行。
可以通过安装dosbox来虚拟一个DOS环境或者使用WindowsXP（虚拟机即可）的方式来使用debug和masm。

1.3.1 对于16位或者32位机器的进入方式

Debug是在 DOS方式下使用的程序。我们在进入Debug前，应先进入到DOS方式。
用以下方式可以进入 DOS。

形式1：重新启动计算机，进入DOS方式，此时进入的是实模式的DOS。
形式2：在 Windows 中进入 DOS 方式，此时进入的是虚拟 8086 模式的 DOS。

下面说明在 Windows 2000中进入 Debug 的一种方法，在其它 Windows 系统中进入的方法与此类似。
选择【开始】菜单中的【运行】命令，如图2.28所示，打开【运行】对话框，如图2.29所示，在文本框中输入“command”后，单击【确定】按钮。

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进入DOS方式后，如果显示为窗口方式，可以按下At+Enter键将窗口变为全屏方式。然后运行 Debug 程序，如图2.30所示。这个程序在不同的 Windows 系统中所在的路径不尽相同，在 Windows2000中通常在c:\winnt\system下。由于系统指定了搜索路径，所以在任何一个路径中都可以运行。

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1.3.2 对于64位机器的进入方式

可以使用虚拟机进入或者使用DOSBox软件来虚拟一个DOS环境。由于虚拟机比较繁琐，因此本文介绍通过DOSBox软件（该软件是免费的）来进入DOS环境。

一、下载相关软件与配置文件

下载DOSBox：

DOSBox 官网下载地址

按照如下两个步骤即可下载该软件的安装包
下载汇编语言学习所需的各种执行文件：
链接：https://pan.baidu.com/s/1jnibqovtiwKJKTrniFPS_Q
提取码：nfwo

二、软件安装

安装DOSBox：

双击上面在官网上下载的安装包，注意不要安装在C盘，我安装的是D盘

安装汇编语言学习时所需要的各种文件

解压上面百度网盘中的 MASM.zip 压缩包，将解压后的 MASM 文件夹跟 “DOSBox 的安装目录” 置于同一目录下

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三、启动、配置和运行

启动

双击桌面的DOSBox快捷方式，启动DOSBox

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此时会弹出两个窗口，我们只需要其中一个，另一个最小化即可

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配置

如图所示，此时为盘符 Z （虚拟磁盘）；首先需要对 debug.exe 文件所在的磁盘（我的 MASM.zip 的解压盘：完整的路径为 D:\DOSBox\MASM）做一次 mount（挂载）操作，比如我们将其挂载到 DOSbox 的 C 盘：

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运行

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1.4 R命令

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在这里我们可以看到所有寄存器的里面的内容

如下图，在所有寄存器的下方，Debug还列出了CS:IP所指向的内存单元处所存放的机器码，并将它翻译为汇编指令。

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可以看到，CS:IP所指向的内存单元为0CA2:0100，此处存放的机器码为027548，对应的汇编指令为ADD DH,[DI+48](这条指令的含义我们还不知道，先不必深究)。

修改一个寄存器中的值：比如AX中的值，可用R命令后加寄存器名来进行，输入“r ax”后按 Enter 键，将出现“:”作为输入提示，在后面输入要写入的数据后按Enter 键，即完成了对 AX中内容的修改。若想看一下修改的结果，可再用R命令查看，如图下所示。

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在上图中，一进入Debug，用R命令查看，CS:IP指向0B39:0100，此处存放的机器码为 40，对应的汇编指令是INC AX;

接着，用R命令将IP修改为200，则CS:IP指向0B39:0200，此处存放的机器码为对应的汇编指令是POP BX；

接着，用R命令将CS修改为ff00，则CS:IP指向ff00:0200，此处存放的机器码为51，对应的汇编指令是 PUSH CX。

1.5 D命令

用Debug的D命令，可以查看内存中的内容，D命令的格式较多，这里只介绍在本次实验中用到的格式。
如果我们想知道内存10000H处的内容，可以用“d段地址:偏移地址”的格式来查看，如下图所示。

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使用“d段地址:偏移地址”的格式，Debug将列出从指定内存单元开始的128个内存单元的内容。在上图中，在使用d 1000:0后，Debug列出了1000:0~1000:7F中的内容。

使用D命令，Debug将输出3部分内容(如上图所示)。

① 中间是从指定地址开始的128个内存单元的内容，用十六进制的格式输出，每行的输出从16的整数倍的地址开始，最多输出16个单元的内容。（注意在每行的中间有一个“-”它将每行的输出分为两部分，这样便于查看。）

② 左边是每行的起始地址

③ 右边是每个内存单元中的数据对应的可显示的ASCI码字符。

❗❗❗注意

我们看到的内存中的内容，在不同的计算机中是不一样的，也可能每次用Debug看到的内容都不相同，因为我们用Debug看到的都是原来就在内存中的内容，这些内容受随时都有可能变化的系统环境的影响。当然，我们也可以改变内存、寄存器中的内容。

也可以指定D命令的查看范围，此时采用“d段地址:起始偏移地址结尾偏移地址”的格式。比如要看1000:0~1000:9中的内容，可以用“d1000:0 9”实现，如下图所示。

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1.6 E命令

可以使用E命令来改写内存中的内容，比如，要将内存1000:0~1000:9单元中的内容分别写为0、1、2、3、4、5、6、7、8、9，可以用“e起始地址数据数据数据……”的格式来进行，如下图所示。

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也可以采用提问的方式来一个一个地改写内存中的内容，如下图所示。

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如上图中，可以用E命令以提问的方式来逐个地修改从某一地址开始的内存单元中的内容，以从1000:10单元开始为例，步骤如下：

输入e 1000:10，按 Enter 键。
显示起始地址 1000:0010和第一单元(即 1000:0010单元)的原始内容:6D，然后光标停在“.”的后面提示输入想要写入的数据，此时可以有两个选择：其一为输入数据(我们输入的是0)，然后按空格键，即用输入的数据改写当前的内存单元；其二为不输入数据，直接按空格键，则不对当前内存单元进行改写。
当前单元处理完成后(不论是改写或没有改写，只要按了空格键，就表示处理完成)，Debug将接着显示下一个内存单元的原始内容，并提示进行修改，读者可以用同样的方法处理。
所有希望改写的内存单元改写完毕后，按Enter键，E命令操作结束。

可以用E命令向内存中写入字符，比如，用E命令从内存1000:0开始写入数值1、字符“a”、数值 2、字符“b”、数值 3、字符“c”，可采用下图中所示的方法进行。

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从上图中可以看出，Debug对E命令的执行结果是，向1000:0、1000:2、1000:4单元中写入数值1、2、3，向1000:1、1000:3、1000:5单元中写入字符“a”、“b”、“c”的ASCII码值：61H、62H、63H。

也可以用E命令向内存中写入字符串，比如，用E命令从内存1000:0开始写入:数值 1、字符串“a+b”、数值 2、字符串“c++”、字符 3、字符串“IBM”，如下图所示。

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1.7 U命令

如何向内存中写入机器码呢？我们知道，机器码也是数据，当然可以用E命令将机器码写入内存。比如我们要从内存1000:0单元开始写入这样一段机器码:

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可用如下图中所示的方法进行。

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然后如何查看写入的或内存中原有的机器码所对应的汇编指令呢？可以使用U命令。比如可以用U命令将从1000:0开始的内存单元中的内容翻译为汇编指令，并显示出来，如下图所示。

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上图中，首先用E命令向从1000:0开始的内存单元中写入了8个字节的机器码；然后用D命令查看内存1000:0~1000:1f中的数据(从数据的角度看一下写入的内容)；最后用U命令查看从 1000:0开始的内存单元中的机器指令和它们所对应的汇编指令。

U命令的显示输出分为3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。我们可以看到:

1000:0 处存放的是写入的机器码 b8 01 00 所组成的机器指令，对应的汇编指令是mov ax,l;

1000:3 处存放的是写入的机器码 69 02 00 所组成的机器指令，对应的汇编指令是mov cx,2;

1000:6 处存放的是写入的机器码 01 c8 所组成的机器指令，对应的汇编指令是add ax,CX;

1000:8 处存放的是内存中的机器码 03 49 42所组成的机器指令，对应的汇编指令是add cx,[bx+di+42]。

由此，我们可以再一次看到内存中的数据和代码没有任何区别，关键在于如何解释

1.8 T命令

如何执行我们写入的机器指令呢？使用Debug的T命令可以执行一条或多条指令，简单地使用T命令，可以执行CS:IP指向的指令，如下图所示。

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上图，首先用E命令向从1000:0开始的内存单元中写入了8个字节的机器码:然后用R命令查看CPU存器的态，可以看到，CS=0b39H、IP=0100H，指向内存0b39:0100；若要用T命令控制CPU执行我们写到1000:0的指令，必须先让CS:IP指向1000:0；接着用R命令修改CS、IP中的内容，使CS:IP指向1000:0。

完成上面的步骤后，就可以使用T命令来执行我们写入的指令了(此时，CS:IP指向我们的指令所在的内存单元)。执行T命令后，CPU执行CS:IP指向的指令，则1000:0处的指令b8 01 00(mov ax,0001)得到执行，指令执行后，Debug 显示输出 CPU中寄存器的状态。

注意，指令执行后，AX中的内容被改写为1，IP改变为IP+3(因为movax,0001的指令长度为3个字节)，CS:IP指向下一条指令。

接着，我们可以继续使用T命令执行下面的指令，如下图所示。

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