x86組合語言 - 第一章 | 組合語言觀念
程式、技術越來越多，但是我在學習的過程中，發現會一直回去研究、探討、學習基礎的知識。因為前面的CE教學，發現組合語言在後面會需要一些基礎，於是乎上網找了些文章，發現很多啊⋯。
下面這些內容是2010年的資料了，我覺得內容不錯還是有參考價值；基本上是部分轉載，只是希望自己有概念，建議閱讀過稍微了解即可。
機器語言 與 80x86
大家家裡用的計算機器叫做個人電腦 (PC)，可以拿來安裝 Windows、Linux，甚至 Mac OS X…等作業系統。
個人電腦的 CPU 演變歷史，可以說就是 Intel 的歷史。從最早的16位元CPU：「8088/8086 -> 80286」，再演化到32位元的 80386、80486…後來因為商標不能用數字註冊，Intel 不使用 80586 命名，從586開始，改名為歷史上的 Pentium CPU。
AMD 也差不多是在 Pentium 時代開始慢慢成為 Intel 在個人電腦處理器上的競爭者。
可以想見 Intel 就是個人電腦處理器的「唯一制定者」，Intel自己做新的 CPU也要向後相容以前的東西，就像 Windows 7 也得要能執行 Windows XP 的程式一般。你在 286 寫的程式，拿去給 486 的 CPU 也要能跑。
所以「個人電腦 CPU = x86 家族」…好啦，可能有人不認同這句話。
你跟美國人講話就要講英文、跟法國人講法文；跟 x86 家族的處理器講話，就要講「x86 機器語言」；跟 Intel 8051 單晶片處理器溝通，就講「8051 機器語言」；在算盤本裡面介紹的處理器是「MIPS」家族，就用「MIPS 機器語言」跟其溝通。
所有處理器裡面，x86家族功能當然是最強，每一代都有增加新功能，又要向後相容，所以其實該語言最複雜、不規則、不好學。但只用些基本的功能的話，還是過得去的。
組合語言—Intel Style 與 AT&T Style、MASM 與 NASM
機器語言因為電路關係，原始形式就是 010101 這種二進位形式，但你喜歡也可以轉成十六進位寫出來給別人看。
下面這是一個 x86 機器語言指令 (instruction)：
1 | 05 0A 00 00 00 (十六進位表示) |
用人類說法就是你告訴某顆 x86 家族的 CPU：「把你的 eax 暫存器內容取出，將其跟10相加，再把結果寫回 eax 暫存器」
用C語言表示法就是：
1 | eax += 10; |
機器語言形式顯然太麻煩了。
助憶符號
於是發明了「助憶符號」，比如用 add 代表「相加這個運算動作」；減法動作，用符號 sub 標記；將資料從A處複製過去B處的動作，就用 mov 助憶符號標記。
add, sub, mov…等是運算子，而 eax 暫存器跟 10 是運算參與單元 (運算元)。
如果綜合以上講的運算子跟運算元，想要寫出完整指令時，還會有一個問題！
若有 eax, ecx 兩個運算元，想要把 eax 的值取出，複製到 ecx 去
到底該寫 mov eax, ecx 還是 mov ecx, eax ？
哪邊來源？哪邊目的？
AT&T、Intel 各自有一套語法慣例
| C語言 | Intel | AT&T |
|---|---|---|
| 指派運算子的左邊是目的地 int eax = 4; |
靠最左邊的運算元是目的地。 mov eax, 4 |
靠最右邊的運算元是運算結果放置處。 movl $4, %eax (暫存器名稱前，需加 % 符號；而且4這個立即數值前，需加 $ 符號；且用 movl 表示 move long 這麼長) |
西瓜靠大邊，跟大家一起用 Intel 慣例的寫法就好。
像上面 mov eax, 4 這樣子的指令形式，都叫「組合語言」，說穿了只是把當初的「x86 機器語言」寫成比較容易看懂的形式而已。
記憶體模型
如果需要更詳細的了解可以參考x86
- 16位元記憶體模型—Segment:Offset (分段記憶體模型)
- 32位元記憶體模型—Flat Memory Model 加 Paging
個人電腦 x86 家族的 CPU，在 16 位元時代是 8088/8086/80286 這三位；而 x86 家族第一個 32 位元始祖是劃時代的 80386。
8088跟8086的位址匯流排都有20條線，每條線都是一端連接記憶體，一端連接處理器，在高低電位變化下 (0、1)，總共可有 2^20 種控制變化。
換言之，依照每個記憶體位址對應一個位元組的慣例，可以定位 2^20 大小的記憶體位址；80286 則進化到 24 條位址線，定址能力達 2^24，即 16M 記憶體。省麻煩，把它當成跟 8088/8086 一樣，只能定址到 1M 記憶體就好。
在 x86 的術語中，記憶體位址可以分成三種：
- 邏輯位址
- 線性位址
- 真實位址(物理位址)
必須先「邏輯位址→線性位址」，然後接著才是「線性位址→真實位址」。
自從32位元 CPU 出現 (自 80386 後)，記憶體 Model 變成 Flat Memory，邏輯位址就已經等於線性位址了。
然後是因為有「分頁機制」武力介入，所以需要先透過分頁機制轉換，線性位址才會變成真正的物理位址。而分頁機制是從 80386 開始使用 (保護模式的完整版也是從 80386 開始)。
那為什麼 16 位元處理器，不使用 Flat Memory Model？為什麼當初的邏輯位址要先經過轉換才會變成線性位址？
因為16位元CPU內部，參與運算的暫存器當時都還停留在16位元(如：AX, BX, CX, DX)，甚至最重要的指令暫存器 (IP) 也是 16 位元，故只有定位到 0~65535 也就是 64K 記憶體的能力。
Intel 用額外提供的四個「分段暫存器」(CS、DS、ES、SS)，搭配其他暫存器後，使得每次記憶體定址方式其實是 Segment:Offset，此時這種位址表達法叫邏輯位址。
CS 是 Code Segment、DS 是 Data Segment、SS 是 Stack Segment …
邏輯位址→線性位址，公式是：「Segment Register * 0x10 + Offset」
假設我們有個程式，裡面的「全域變數」(不是放在堆疊的那種區域變數)，有個很大的整數陣列，總共有 128K。當程式執行時，這些資料區段假設放在「線性位址=物理位址」的 0x0 ～ 0x1FFFF 這段連續的記憶體空間裡。
在邏輯位址(以寫程式的角度去觀看的位址)，這 128K 資料會被分成兩段，第一段是 DS=0 且 offset = 0x0000～0xFFFF，第二段是 DS=1 且 offset = 0x0000～0xFFFF。
換言之，如果我要把某陣列元素移到 ax 暫存器，指令可能長這樣
1 | mov ax, word ptr[0x1234] |
如果執行這行時 DS=0，則會取到物理記憶體位址 0x01234 處 (第一段)；
如果執行這行時 DS=1，則會取道物理記憶體位址 1*0x10 + 0x1234 = 0x11234。
若要讀取最後一個位元組到ax，只要執行以下指令即可：
1 | mov ds, 1 |
因為不知道當時的 DS 值為多少，所以保險點，先設定 DS，然後因為 ax 是16 位元，不必用到這麼大。所以用 al 存放即可。 al 就是 ax 暫存器低 8 位元別名。
(ax 在 32 位元以上的 CPU 時，其實也是 eax 暫存器的低16位元處別名)
現今的執行檔，比如 PE 執行檔，往往內部都有分 .text (.code)、.data，可能就是承襲當初的記憶體分段機制？
註：以上參考了
[心得] 個人的 x86 組合語言觀念筆記
