《微机实验及课程设计》实验报告-实验一_二_实验报告_自动化学院.doc

微机实验及课程设计实验报告 学号 08011 东南大学微机实验及课程设计实验报告实验一 汇编语言与程序调试基础实验二 汇编语言程序设计姓 名： 学 号： 08011 专 业： 自动化 实 验 室： 金智楼 实验时间： 2013年04月02日 报告时间： 2013年04月12日评定成绩： 审阅教师： 一. 实验目的与内容1.实验目的：(1)了解命令行操作基本方式和基本命令，掌握PC环境下命令行方式的特点； (2)掌握汇编语言程序指令编辑、宏汇编、连接、运行基本概念； (3)熟练掌握动态调试程序TD的常用命令和窗口功能，学会用TD调试程，修改环境； (4)学会利用DEBUG或TD检查认识指令功能的正确方法。 (5）进一步熟悉汇编语言程序的编辑、宏汇编、链接、运行基本概念； (6）熟练掌握动态调试程序TD/DEBUG 的常用命令或窗口功能，学会用TD/DEBUG 调试程序，修改数据和寄存器等环境； (7）熟悉掌握汇编语言程序的典型数据结构设计、典型程序流控制方法，了解DOS/BIOS 功能调用的基本方法。2.实验内容：(1)内容一：1) 掌握进入全屏命令行方式、修改环境的两种方法；2) 确定源程序的存放目录，构建个人实验环境； 3) 建立、编辑汇编源程序，选择程序样本，构建典型的汇编程序框架；4) 用汇编工具（MASM/TASM.EXE）汇编源程序产生OBJ目标文件；5) 用链接程序（LINK/TLINK.EXE）产生EXE可执行文件；6) 用调试工具软件(D/ TD.EXE)调试执行程序； 观察CPU寄存器、存储器环境； 单步、断点运行，观察中间结果； 完成正常执行； 修改中间运行环境（寄存器，存储器）； 直接编写程序片断，验证指令功能；(2)内容二：1)C盘目录下点击执行TD.EXE，理解典型寻址方式与指令； 进入debug，并执行以下内容，理解指令的含义及其执行后的结果：MOV AX,1234HMOV BX,789AHADD AX,BXMOV CX,BX+2JMP BXJMP NEAR PTRBX+2JMP FAR PTRBX 执行下列指令，观察堆栈段数据和SP的变化，跟踪进入.RET.RETF返回PUSH BXPOP AXCALL CXCALL NEAR PTRBX+2CALL FAR PTRBX2） 指令的理解与调试PUSH BXJMP DWORD PTRBX+2CALL DWARD PTRBX 中断指令，设置中断向量并编译简单中断服务程序INT 80HIRET DOS系统的功能调用（AH=01，AH=02，AH=09)，实现键盘输入、读取、屏幕输出INT 21H(3)内容三：1)编写程序实现如下功能： 从键盘输入任意字符串后，存入自定义存储单元，判断处理后将字符串中小写字母转换为大写字母 （其他字符不变）并按原顺序将这些字符在屏幕上显示出来。 从键盘输入在065535 之间的十进制数，将其转换为16 进制数并在屏幕中显示出来，要求判断输 入字符串是否为在065535 之间的十进制数。 2)复习TD 各种操作，并用DEBUG 调试程序，学会基本命令操作，并通过单步、设置断点等方法观 察中间结果，完成正常运行。 命令行方式下直接键入debug myfile.exe 回车（myfile 为待调试可执行程序），进入调试方式（显示 -），键入H 回车显示全部命令、格式和功能。常用命令有：U（反汇编）、A（汇编输入指令程序）、R（寄 存器显示/修改）、I（端口输入）、O(端口输出)、D（显示数据）、E（修改数据）。 除资源修改管理功能外，重点应用T（单步）、Tn（执行n 步）、P（过程/指令）、G（从当前CS:IP 执行到断点）或G=1 2（从1 执行到2 断点）调试实验程序。 2. 基本实验原理(1)编程者使用文本编辑程序通过键盘键入源程序，检查无误，可将源程序存到硬盘或软盘上。源程序扩展名为“源程序名.ASM”1)常用MS-DOS命令： DIR F:目录名 (显示指定盘目录存储文件列表） CD F:mydir (指定A盘上mydir为当前工作目录)2)基础操作命令： R-显示CPU内部寄存器的内容和全部标志位状态。 -R16位寄存器名(AX, BX,CX,DX,SI,DI,IP,SP,CS,DS,ES,SS)-显示和修改一个指定寄定器的内容和标志位的状态。D-显示内存命令-D地址范围-显示指定内存范围的内容。-D-从上一个D命令所显示的最后一个单元的下一个单元开始(首次CS:IP)E地址内容表-用命令所给定的内容表去代替指定地址范围的内存单元内容。其中：内容表为一个十六进制数，也可以是用单引号括起的一串字符。-E 地址-逐个单元连续修改单元内容。（空格跳到下一单元，回车修改结束）U地址范围-将指定范围内的代码以汇编语言形式显示，同时显示该代码位于内存的地址和机器。A段寄存器名:偏移地址-将汇编语言程序指令逐行直接输入内存单元。（默认段寄存器CS，偏移地址为上次汇编尾地址（初值CS：IP）T地址-单步执行当前指定地址处的指令（默认为CS:IP处），显示CPU所有寄存器内容和全部标志位的状态，以及下一条指令的地址和内容（同执行命令）P-越过（挂停）命令(2)1)小写字母的ASCII 码比其所对应的大写字母的ASCII 码值大20H，如字符“a”的ASCII 码为61H，而字符“A”的ASCII 码为41H，因此字符变换时将小写字母的ASCII 码减去20H 即为大写字母的ASCII 码。同样将数字转换为ASCII 码的方法为：将其值加上30H。2)键盘输入字符串：采用DOS 系统功能调用（INT 21H），功能号为AH=0AH，DS:DX 为存放键入字符串的缓冲区首地址，其中第一个字节需要初始化，为用户定义的缓冲区长度。当完成字符串输入并存储后，第二个字节为键入的字符串的个数，从第三个字节开始存放键入的字符串，并在最后有一个字节为0DH 作为字符串的结束。3)显示字符：采用DOS 系统功能调用（INT 21H），功能号为AH=02H，DL 中存放要显示字符的ASCII码；显示字符串：采用DOS 系统功能调用（INT 21H），功能号为AH=09H，DS:DX 存放要显示字符串的首地址，串尾字符为“$”但不显示出来。4)将10 进制数转换为16 进制数可采用按位取值再相加的方法，即（个位*1）+（十位*10）+（百位*100）+，可用数值位数来判断位值。5)输入的十进制数，要求介于065535，因此缓冲区长度可定为6 字节（第二字节要存放实际键入的字符数），数据段定义时可采用如下方式：input db 6,7 dup(0)。6)判断输入的是否为介于065535 之间的十进制数可分为两步： 按位比较，如果某个字符不是09 则不符合条件； 将数值计算累加后若溢出，表示输入数值大于FFFFH，则也不符合要求。3. 方案实现与测试(1) 内容一：1) 编写代码完成功能要求，文件格式为.asm 文件（如文件名为add.asm）,将文件放入带汇编工具的文件夹中，即含有汇编工具（MASM/TASM.EXE）和链接工具（LINK/TLINK.EXE）的文件夹。2) 全屏启动命令行模式，进入上述文件夹输入：tasm add.asm 或（MASM ADD;）回车后编译产生add.obj文件再输入：tlink add.obj 或（LINK ADD;）回车后链接产生add.exe文件如果程序有错误，编译时会产生错误提示，指出错误的位置和错误类型及错误码，改正错误后再重新编译链接，直到没有错误和编译链接成功。3) 启动TD并载入add.exe，可以查看各寄存器和存储器的数值，如图 3.1-4。选择数据区的菜单中的Goto，在其输入框内输入要查看的数据区地址，如ds:0000，如图3.1-5，回车确认后即可查看数据区从段地址为DS、偏移地址为0000h开始的存储情况，如图3.1-6。图3.1-4 图3.1-5 输入数据区地址图3.1-6 查看数据区存储数据情况4) 先设置断点再直接运行：载入程序后，将光标放置在要设置断点的指令上，使用TD功能键F2即可设置断点，再按F9直接运行程序，当执行到该指令时将停止执行，这时可观察各个寄存器及存储器的值，可以验证程序运行是否正常。运行结果如下图所示。红色的一行为设置断点处，程序会运行到此处停止，此时AX变为53F6，DS变为53F6，AX变为53F7，SS变为53F7。5) 单步运行：使用TD功能键F7，每按一次程序向下运行一句，同时观察数据区、寄存器区、标志区的相应变化，验证程序是否运行正常。此时执行完AL,SI,则DS:0000中存储的数据12传给了AL。6) 直接添加指令：选择代码区局部菜单中的assemble选项，在其编辑框中直接输入指令确认后即可完成添加，单步运行可查看该指令的功能和执行结果。运行完结果如上所示，AX变成了0000.(1)(2) 内容二：1) 执行以下命令，BX变为789A，AX先变为1234再加上789A等于8ACE。此时bx+2出存储的值我们将其修改为2301。则执行mov cx,bx+2以后，cx变成了2301。执行完jmp bx，ip由原来的010B变成了789A。执行完jmp near ptrbx+2，ip变为bx+2存储的数值2301。执行完jmp far ptr bx，ip变为bx存储的数值0000，CS变成2301，就是bx+2。 执行以下语句的结果如下所示：PUSH BX ；BX是20CD存入堆栈，SP减2POP AX；20CD出栈至AX，SP加2CALL CX；ip变为CX，即0108，SP减2，将下一行指令的IP存入堆栈CALL NEAR PTRBX+2；ip变为BX+2，即010D，SP2，将下一行指令的IP存入堆栈，为010BCALL FAR PTRBX ；ip变为BX，也就是20CD，SP减2，将下一行指令的IP存入堆栈，CS变为BX+2即010D 2) 执行push bx前后对比如下：sp比原来减小了2，ip增加了2，bx 即ds:0000处存储的值20CD存入了堆栈。执行JMP DWORD PTRBX+2,ip变为bx+2中存储的数字9FFF,cs变为bx+2后两个字节的内容。执行完CALL DWORD PTRBX，把当前程序执行的ip存入堆栈，ip跳转到bx存储的值20CD，cs变为bx+2存储的值9FFF 中断指令，设置中断向量并编译简单中断服务程序,此处中断int 80H执行MOV AX,1234的指令。结果如下所示： DOS系统的功能调用（AH=01，AH=02，AH=09)，实现键盘输入5，读取到AL，再把5存到DL在屏幕输出。(3) 内容三：1) 实现将字符串中小写字母转换为大写字母 编译链接： 运行 在一开始，在用debug一步一步调试的过程中，在输入字符串hjhj后，查看每个字符的ASCII码的变化。输入DDS：0 后，看到该地址存储的是64 04 68 6A 68 6A 0D，这与原理中所说的相符。DS:DX为存放键入字符串的缓冲区首地址，其中第一个字节需要初始化，为用户定义的缓冲区长度。当完成字符串输入并存储后，第二个字节为键入的字符串的个数，图中看到是04，也就是键入的“hjhj”有4个字符，从第三个字节开始存放键入的字符串，并在最后一个字节为0DH作为字符串的结束。2) 实现十进制与十六进制之间的转换 编译时出现了错误，经修改后编译正确：在原汇编程序中发现shr dl,4出现错误，因为移位时，系统要求次数必须放在寄存器cl中。将它修改为：该程序运行没有问题。但是进行单步之后发现，在执行loop2:mul ten loop loop2 pop cx语句时出现如下错误：表明该循环出现错误，经检查发现程序中没有报错的部分： xor ax,axxor bx,bxxor dx,dx该部分因为没有对cx进行清零，导致单步时出现错误（尤其是在输入的十进制数比较大的情况）。 修改后最终运行结果如下图所示四提高与创新研究(1) 什么是单步运行？两种单步运行有什么不同？ 单步运行是指根据代码每次执行一步，有Trace into（F7）和Step over（F8）两种，其中Trace into在执行CALL指令时将跟踪进入子程序，即对于CALL指令中的子程序也执行单步运行。而Step over在执行CALL指令时将直接执行完子程序，即对于CALL指令中的子程序并不执行单步运行。(2) 如何合理地利用断点技术？ 当编写的程序没有代码上的错误，但有逻辑上的错误时可以通过断点技术来检查程序的编写，监视程序的逻辑错误出现在哪个位置。可以进行分块分区域进行调试，只在断点前执行，而不必利用单步执行检查这样繁琐了，适合于比较长的一小段程序的整体调试。5 分析与总结通过三次实验，我大致了解并掌握了基本的汇编操作，能够熟练地对.ASM文件进行编译、链接、运行及调试。第一次实验：主要了解熟悉TD和DEBUG的调试环境，掌握TD和DEBUG的基本使用。学会运行汇编代码，查看各个寄存器的数值并理解各指令执行后的变化情况，了解程序执行的过程。加深了我对于各个指令功能的理解。第二次实验：主要理解PUSH、JMP、CALL指令。以及对中断指令的理解与执行。试着编写了int 80h的中断服务程序，对于中断的运行是怎么进行的有了很深的印象。了解DOS指令，能够使用01、02、09进行键盘键入的读取和显示。第三次实验：对.asm文件编译的过程中发现错误能够自己查错，有时候是一些拼写错误，还查出来了语法的错误，并且利用DEBUG对生成的.EXE文件进行单步调试。有时候会出现 No directive end of file的错误提示，但是更换编译器以后问题得到了解决。 通过实验，使得我对于课本学到的知识印象更深刻，得到了很好的巩固。附录：重要程序片段：(1) 程序名：string.asm;-;字符串的变换和输入输出;-main proc farstart: mov ax,data ;初始化各段基址mov ds,ax; mov ax,stacks; mov ss,axloop1: mov dx,offset string1 ;显示提示信息mov ah,09hint 21hmov dx,offset input ;输入字符串mov ah,0ahint 21hmov dx,offset string2mov ah,09hint 21hcall disp ;调用处理显示子程序mov dx,offset string3mov ah,09hint 21hmov ah,01hint 21hcmp al,y ;判断是否继续jz loop1mov ah,4chint 21hmain endp;-disp proc near ;显示子程序xor cx,cx ;input 为输入缓冲区，input0=最大允许输入字符数mov cl,input1 ;将输入的字符个数赋给cl，循环次数；input1=实际输入字符数mov si,2 ;input2开始为实际输入字符ASCII 码again: mov dl,inputsicmp dl,61h ;判断是否为小写字母jb nextcmp dl,7ahja nextsub dl,20h ;将小写字母的ASCII 码转换为大写字母的ASCII 码next: mov ah,02h ;显示字符int 21hinc si ;si 指向下一个字符loop againretdisp endpcode endsend start（2）程序名：num.asm;-;10 进制数转化为16 进制数;-main proc farstart: mov ax,data ;初始化各段基址mov ds,axmov ax,stacksmov ss,axloop1: mov output,0000h ;清零mov dx,offset string1 mov ah,09hint 21hmov dx,offset input ;输入数值mov ah,0ahint 21hmov right,1call change ;调用转换子程序cmp right,0 ;判断数值是否满足条件jz errormov dx,offset string2mov ah,09hint 21hmov ax,output ;将转换后的16 进制数赋给axmov dl,ah ;显示最高位mov cl,4shr dl,clcall dispmov dl,ah ;显示第二位and dl,0fhcall dispmov dl,al ;显示第3 位mov cl,4shr dl,clcall dispmov dl,al ;显示最后一位and dl,0fhcall di