汇编基础最后一篇--机器语言指令

这是汇编语言基础最后一篇,以后还会更新更高级的汇编知识,并且这部分知识会应用到逆向编程的环节,这一章介绍汇编基础–机器指令。

一个16比特位的汇编指令
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opcode操作码占用3个比特位,可以表示2的3次方为8种操作

寄存器占用2个比特位,可表示2的2次方为4种可用寄存器

地址空间为2的11次方为2048个可能的内存单元地址可用。

inc 指令和dec指令
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从图中可以看出这些指令长度仅为一字节,因为每个指令地址相差为1字节。

inc eax 这条指令的机器码为40, 40为16进制表示,转为二进制为 0100 0000

inc ecx 这条指令机器码为41,41位16进制表示,转换为二进制为0100 0001

依次展开会发现机器码的规律,开头都为01000XXX,而XXX实际就是寄存器在机器中表示的二进制机器码

下面是各个寄存器的机器码:
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下面看下dec 寄存器指令图:
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dec 寄存器指令的格式可以总结为

01001xxx, xxx为寄存器二进制指令格式。

mov 指令
mov eax, reg指令图
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每个指令长度为2字节,从地址偏移可以看出。

将上面指令机器码转为二进制
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mov ecx, eax 十六进制为8B C8,二进制表示第二个字节 1100 1000

mov ecx, ecx 十六进制为 8B C9,二进制表示第二个字节为 1100 1001

通过对比二进制,发现第一个字节都为8B,第二个字节分别为 C0,C1,C2,C3…C9

mov reg, reg 指令格式为

10001011 11XXXYYY

XXX为目的寄存器, YYY为源寄存器

mov reg, imm 即将一个立即数移动到寄存器中指令的机器码会是什么样呢?

下图为将立即数移动到寄存器的图示:
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mov eax, 1 指令机器码为 B8 00000001

mov ecx, 10 指令机器码为 B9 0000000A

两条指令地址相差5个字节,每个字节8bit,可计算出每条指令为40bit长度。

即10个十六进制数表示。而 B8 00000001 和 B9 0000000A 恰巧为10个16进制数字组成。

机器码B8 00000001 从左向右数,去掉B8占用的一个字节,剩下的四个字节可以看出用来表示

立即数 1。同样的道理,可以看出 B9 0000000A也是这个原理。

如果移动的为负数,怎么表示呢?
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mov edx, -1 这个指令我们分析一下 -1在机器中的表现形式

负数在机器中以补码的形式表现,-1 的补码计算规则为:

1的源码为 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0001

按位取反 为 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1110

末尾+1 位 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111

转换为十六进制为 F F F F F F F F 恰好就是 机器码的最后三个字节表示。

同样的道理适用于mov ebx, -10

下面分析前两个字节 BA, BB, B8, B9 分别有什么关联。
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同步对比可以看出 前几个比特位是一样的,都为 10111

后三个比特位分别为 000, 001, 010, 011,这四个二进制码恰好为

几个寄存器的二进制表示方法。所以

mov reg, imm 机器指令为

10111XXX YYYYYYYY YYYYYYYY YYYYYYYY YYYYYYYY

mov reg, mem 将内存数据移动到寄存器中 的机器指令怎么表示?

mov mem, reg 将寄存器中的数据移动到内存中,机器指令如何表示?
下图定义了变量num1, num2, num3
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num1 地址为 0000 0000

num2 地址为 0000 0004

num3 地址为 0000 0008

下图为指令对应的机器码:
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除去A1,A3开始的一个字节,剩下的4个字节分别为 十六进制4 和十六进制8,分别为num2的地址

和num3 的地址。

下面分析第一个字节A1和A3 规律:
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可以得出结论,无论将内存数据移动到eax中,还是将eax中的数据移动到内存中,

最后的4个字节表示的都是内存的地址,第一个字节表示的不同,用来表示两种移动方式的区别。

总结规律如下:
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mov eax, mem 10100001 YYYYYYYY YYYYYYYY YYYYYYYY YYYYYYYY

mov mem , eax 10100011 YYYYYYYY YYYYYYYY YYYYYYYY YYYYYYYY
下面图表表示了ebx,ecx,edx三种寄存器和内存数据移动指令
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可以看出其他寄存器(eax, ecx, edx)和内存之间移动数据的操作指令大小为6字节,多出的为第二字节,

0D,15,1D。

第一字节8B表示从内存移动数据到寄存器,89表示从寄存器移动到内存,如下图所示:
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第二个字节图表如下:
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通过二进制可以看出 前两位都为 00, 中间三位为 001 ,010, 011 分别表示ecx, edx, ebx

最后三位为101, 其实这个字节不仅仅用于表示移动,还可以表示很多操作,因为ecx为循环控制,

ebx为基址寄存器, edx可用于存余数等等,所以 前两位为00,且最后三位为101,这个组合表示移动

操作。中间三位表示操作的寄存器是什么。

该字节概括为如下图所示:
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mod 字段为00, 且r/m字段值为101,它表示地址模式数据置换,也就是指向内存地址模式
add 指令 sub 指令

add指令很简单,给出图表读者自己分析。
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字节转为二进制可以看出从右往左数第3到1位为第二个操作的寄存器,

从右往左数第6到4位表示第一个操作的寄存器, 两个寄存器操作模式为 第7~16位所表示。

movoffset 指令 lea 指令
num2 的值为5, 地址为 00000004, 分别将num2 的内容移动到esi和edi,再通过lea指令将num2地址放入esi和edi
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通过对比可以看出后四个字节都为 0000 0004 , 但是前两个字节是不一样的。将前两个字节展开为二进制
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由于mov esi, num2 是将num2数据存入esi,而 lea esi, num2 是将num2地址放入esi,所以

第一个字节的倒数第二位不同,第一个字节分别为10001011 , 10001101,mov和lea第二个字节是相同的。

下面对比两个lea指令前两个字节 ,第一个字节是相同的,第二个字节为 00 110 101 和 00 111 101

第二个字节中间三位不同,分别为110(esi), 111(edi)表示寄存器。

所以可以总结一下, mov 指令和 lea指令区别在于第一个字节,计算机用第一个字节区别mov和lea指令。

计算机用第二个字节中间三位区别lea指令操作的不同寄存器。

第二个字节和我们上面说过的:
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mod 字段为00, 且r/m字段值为101,它表示地址模式数据置换,也就是指向内存地址模式。
下面看一下 mov esi, offset mem 和 mov edi, offset mem两条指令。
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可以看出mov offset指令为5个字节,比 mov 和lea指令少了一个字节,因为mov offset仅仅在编译的时候加载地址,

所以不需要lea的第二个字节表示 数据移动操作。 mov offset是静态的。

mov offset 指令esi和 edi区别仅仅在第一个字节,展开后可以看到:
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第一个字节的后三位 分别为 110(esi), 111(edi)。

可以得出结论mov offset 的指令第一个字节后三位区别esi还是edi,其余不变。
jmp指令

看一则jmp指令操作
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jmp 指令 机器码为EB + 相对偏移地址 ,如 jmp around 为EB 04 ,通知计算机跳转到当前指令指针位置+4字节的位置,需要普及一个知识,当程序运行的时候,指令指针或者CPU中的指令指针指向下一条将要取到CPU中被后续执行的指令。当运行到 jump around时,指令指针实际指向了 地址000000D8,指令 above:nop的位置,EB 04指向 为 000 000 DB 加上4个字节地址即为 000 000 DC, 恰好是 around:nop指令地址。

符合逻辑。

下面看下 jump above指令会跳转到哪里。

EB FC 指令 FC 为 1111 1100 , 该数值为某个负数的补码,负数补码的计算规则为符号位不变,其他位按位取反末位+1。

同样的道理,负数补码转为原码,符号位不变,按位取反末位+1

1111 1100 符号位不变,按位取反 1000 0011, 末位+1,

变为 1000 0100 表示-4.

jmp above 机器指令 EB FC 跳转到 指令指针地址向前移动四个字节的位置。

jmp above 指令运行时,指令指针指向下一条将要取出的指令位置,即 000 000 DC,

000 000 DC - 4 为 000 000 08,即 above:nop 的位置。

到此为止机器指令的知识介绍完毕,以后会介绍高级汇编和反汇编的知识,汇编基础介绍告一段落。

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