前　　言A

　　本書介紹x86和Intel64處理器的匯編語言編程與架構(gòu)，適合作為下述幾類大學(xué)課程的教材：

　　匯編語言編程計(jì)算機(jī)系統(tǒng)基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)學(xué)生使用Intel或AMD處理器，用Microsoft宏匯編器（Microsoft Macro Assembler，MASM）編程，MASM運(yùn)行在Microsoft Windows最新的版本上。盡管本書的初衷是作為大學(xué)生的編程教材，但它也是計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)課程的有效補(bǔ)充。本書廣受歡迎，前幾個(gè)版本已被翻譯為多種語言。

　　重點(diǎn)主題　本版所含主題可以自然過渡到講述計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)、操作系統(tǒng)和編寫編譯器的后續(xù)課程：

　　虛擬機(jī)概念指令集架構(gòu)基本布爾運(yùn)算指令執(zhí)行周期內(nèi)存訪問和握手中斷和輪詢基于硬件的I/O浮點(diǎn)數(shù)二進(jìn)制表示其他主題則專門針對x86和Intel64架構(gòu)：

　　受保護(hù)的內(nèi)存和分頁實(shí)地址模式的內(nèi)存分段16位中斷處理MS-DOS和BIOS系統(tǒng)調(diào)用（中斷）浮點(diǎn)單元架構(gòu)和編程指令編碼本書中的某些例子還可以用于計(jì)算機(jī)科學(xué)課程體系中的后續(xù)課程：

　　搜索與排序算法高級語言結(jié)構(gòu)有限狀態(tài)機(jī)代碼優(yōu)化示例第7版的新內(nèi)容這一版增加了對程序示例的討論，添加了更多的復(fù)習(xí)題和關(guān)鍵術(shù)語，介紹了64位編程，降低了對子程序庫的依賴性。具體內(nèi)容如下：

　　本版前面的幾章現(xiàn)在包含了以64位CPU架構(gòu)和編程為主的小節(jié)，并且還創(chuàng)建了子程序庫的64位版本Irvine64。

　　修改、替換了很多復(fù)習(xí)題和練習(xí)，部分題目從章節(jié)內(nèi)移動到該章末尾，且習(xí)題分為兩部分：簡答題和算法基礎(chǔ)練習(xí)。后者要求學(xué)生編寫一小段代碼實(shí)現(xiàn)一個(gè)目標(biāo)。

　　每章有一節(jié)為關(guān)鍵術(shù)語，列出了新的術(shù)語和概念，以及新的MASM偽指令和Intel指令。

　　添加了新的編程練習(xí)，刪除了一些舊習(xí)題，并對一些現(xiàn)有的練習(xí)進(jìn)行了修改。

　　本書對作者子程序庫的依賴性大大減低。鼓勵學(xué)生自己調(diào)用系統(tǒng)函數(shù)，并使用Visual Studio調(diào)試器單步執(zhí)行程序。Irvine32和Irvine64鏈接庫可以幫助學(xué)生處理輸入/輸出，但是不強(qiáng)制要求使用它們。

　　作者錄制的新視頻教程涵蓋了本書的基本內(nèi)容，并已添加到Pearson網(wǎng)站。

　　本書仍然關(guān)注其首要目標(biāo)，即教授學(xué)生編寫并調(diào)試機(jī)器級程序。它不能代替計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的完整教材，但它確實(shí)在告訴學(xué)生計(jì)算機(jī)工作原理的基礎(chǔ)上，給出了編寫軟件的第一手經(jīng)驗(yàn)。我們認(rèn)為，理論聯(lián)系實(shí)際能讓學(xué)生更好地掌握知識。在工程課程中，學(xué)生構(gòu)建原型；在計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)課程中，學(xué)生應(yīng)編寫機(jī)器級程序。在這些課程里，學(xué)生都能獲得難忘的經(jīng)驗(yàn)，從而有信心在任何OS/面向機(jī)器的環(huán)境中工作。

　　保護(hù)模式編程是紙版章節(jié)（第1章～第13章）的重中之重。因此，學(xué)生需要在最新版本的Microsoft Windows環(huán)境下創(chuàng)建并運(yùn)行32位和64位程序。其他4章是電子版，講述16位編程。這些章包含了BIOS編程、MS-DOS服務(wù)、鍵盤和鼠標(biāo)輸入、視頻編程和圖形圖像內(nèi)容。其中一章為磁盤存儲基礎(chǔ)，還有一章為高級DOS編程技術(shù)。

　　子程序庫　本書為學(xué)生提供了三個(gè)版本的子程序庫，用于基本輸入/輸出、模擬、計(jì)時(shí)和其他有用的任務(wù)。Irvine32和Irvine64鏈接庫運(yùn)行于保護(hù)模式。16位版本的鏈接庫（Irvine16.lib）運(yùn)行于實(shí)地址模式，且只用于第14章～第17章。這些庫的完整源代碼見于配套的網(wǎng)站。鏈接庫是為了使用方便，而不是為了阻止學(xué)生學(xué)習(xí)如何自行對輸入–輸出編程。鼓勵學(xué)生創(chuàng)建自己的鏈接庫。

　　所含軟件與示例　所有示例程序均在Microsoft Visual Studio 2012下，用Microsoft Macro Assembler Version 11.0進(jìn)行了驗(yàn)證。此外，還提供了批處理文件允許學(xué)生用Windows命令行匯編和運(yùn)行應(yīng)用程序。第14章中的32位C++應(yīng)用程序已用Microsoft Visual C++ .NET測試。本書的內(nèi)容更新與勘誤參見配套的網(wǎng)站，其中包括了一些額外的編程項(xiàng)目，老師可以在章節(jié)結(jié)束的時(shí)候布置給學(xué)生。

　　總體目標(biāo)本書的以下目標(biāo)旨在提高學(xué)生對匯編語言相關(guān)知識的興趣并拓展知識面：

　　Intel和AMD處理器架構(gòu)與編程；實(shí)地址模式和保護(hù)模式編程；匯編語言偽指令、宏、運(yùn)算符與程序結(jié)構(gòu)；編程方法，展示了如何用匯編語言創(chuàng)建系統(tǒng)級軟件工具和應(yīng)用程序；計(jì)算機(jī)硬件操作；匯編語言程序、操作系統(tǒng)和其他應(yīng)用程序之間的交互作用。

　　本書的目標(biāo)之一是幫助學(xué)生以機(jī)器級的思維方式來處理編程問題。將CPU視為交互工具，學(xué)習(xí)盡可能直接地監(jiān)控其操作是很重要的。調(diào)試器是程序員最好的朋友，不僅可以捕捉錯誤，還可以用作學(xué)習(xí)CPU和操作系統(tǒng)的教學(xué)工具。我們鼓勵學(xué)生探查高級語言的內(nèi)部機(jī)制，并能意識到大多數(shù)編程語言都被設(shè)計(jì)為可移植的，因此，也獨(dú)立于其運(yùn)行的主機(jī)。除了短小的示例外，本書還有幾百個(gè)可運(yùn)行的程序來演示書中講述的指令和思想。本書結(jié)尾有參考資料，包括MS-DOS中斷和指令助記符指南。

　　背景知識　讀者應(yīng)至少能熟練使用一種高級語言進(jìn)行編程，比如Python、Java、C或C++。本書有一章涉及C++接口，因此，如果手邊有編譯器將會非常有幫助。本書不僅已經(jīng)用于計(jì)算機(jī)科學(xué)和管理信息系統(tǒng)專業(yè)課堂，而且還用于其他工程課程。

　　特點(diǎn)完整的程序清單　配套的網(wǎng)站包含了補(bǔ)充資料、學(xué)習(xí)指南，以及本書全部示例的源代碼。本書還提供了豐富的鏈接庫，其中包括30多個(gè)過程，可以簡化用戶輸入–輸出、數(shù)字處理、磁盤和文件處理，以及字符串處理。課程初期，學(xué)生可以用這個(gè)鏈接庫來改進(jìn)自己編寫的程序。之后，學(xué)生可以自行編寫過程并將它們添加到鏈接庫中。

　　編程邏輯　本書用兩章的篇幅重點(diǎn)介紹了布爾邏輯和位操作，并且有意識地嘗試將高級編程邏輯與底層機(jī)器細(xì)節(jié)對應(yīng)起來。這有助于學(xué)生創(chuàng)建更有效的實(shí)現(xiàn)，且有助于他們更好地理解編譯器是如何生成目標(biāo)代碼的。

　　硬件和操作系統(tǒng)概念　本書前兩章介紹基礎(chǔ)硬件和數(shù)據(jù)表示概念，包括二進(jìn)制數(shù)、CPU架構(gòu)、狀態(tài)標(biāo)志和內(nèi)存映射。概述硬件和以歷史的角度審視Intel處理器系列可以幫助學(xué)生更好地理解其目標(biāo)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。

　　結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)方法　從第5章開始，關(guān)注重點(diǎn)為過程和功能分解。同時(shí)，提供了更復(fù)雜的編程練習(xí)，要求學(xué)生在編碼之前把設(shè)計(jì)作為重點(diǎn)。

　　Java字節(jié)碼和Java虛擬機(jī)　第8章和第9章解釋了Java字節(jié)碼的基本操作，并給出了簡短的演示例子。很多短示例不僅給出了反匯編字節(jié)碼形式，還給出了詳細(xì)的步驟解釋。

　　磁盤存儲概念　學(xué)生從硬件和軟件的角度學(xué)習(xí)基于MS-Windows的磁盤存儲系統(tǒng)的基本原理。

　　創(chuàng)建鏈接庫　學(xué)生不僅可以自由地把自己編寫的過程添加到本書鏈接庫，還可以創(chuàng)建新的鏈接庫。他們要學(xué)習(xí)用工具箱方法進(jìn)行編程，并編寫多個(gè)程序可以共用的代碼。

　　宏和結(jié)構(gòu)　本書用一章專門描述創(chuàng)建結(jié)構(gòu)、聯(lián)合以及宏，這些對匯編語言編程和系統(tǒng)編程是非常重要的。條件宏和高級運(yùn)算符使得宏更加專業(yè)。

　　高級語言接口　本書用一章專門描述匯編語言與C和C++的接口。對于想要從事高級語言編程工作的學(xué)生而言，這是一項(xiàng)重要的工作技能。他們可以學(xué)習(xí)代碼優(yōu)化，還可以通過例子了解C++編譯器是如何優(yōu)化代碼的。

　　教學(xué)輔助　所有的程序清單都在網(wǎng)上。同時(shí)向教師提供了測試庫、復(fù)習(xí)題答案、編程練習(xí)的解決方案，以及每章的PPT。

　　章節(jié)說明第1章～第9章為匯編語言核心概念，需要按順序?qū)W習(xí)。后面的章節(jié)則可以自由選擇。下面的章節(jié)示意圖展示了后續(xù)章節(jié)與其他章節(jié)知識之間的依賴關(guān)系。

　　第1章　基本概念：匯編語言的應(yīng)用、基礎(chǔ)概念、機(jī)器語言和數(shù)據(jù)表示。

　　第2章　x86處理器架構(gòu)：基本微計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)、指令執(zhí)行周期、x86處理器架構(gòu)、Intel64架構(gòu)、x86內(nèi)存管理、微計(jì)算機(jī)組件、輸入–輸出系統(tǒng)。

　　第3章　匯編語言基礎(chǔ)：介紹匯編語言、鏈接和調(diào)試、常量和變量定義。

　　第4章　數(shù)據(jù)傳送、尋址和算術(shù)運(yùn)算：簡單的數(shù)據(jù)傳送和算術(shù)運(yùn)算指令、匯編–鏈接–執(zhí)行周期、運(yùn)算符、偽指令、表達(dá)式、JMP和LOOP指令、間接尋址。

　　第5章　過程：與外部鏈接庫的鏈接、描述本書鏈接庫、堆棧操作、過程的定義和使用、流程圖、自頂向下的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

　　第6章　條件處理：布爾和比較指令、條件跳轉(zhuǎn)和循環(huán)、高級邏輯結(jié)構(gòu)、有限狀態(tài)機(jī)。

　　第7章　整數(shù)運(yùn)算：移位和循環(huán)移位指令及其應(yīng)用、乘法和除法、擴(kuò)展加法和減法、ASCII和壓縮十進(jìn)制運(yùn)算。

　　第8章　高級過程：堆棧參數(shù)、局部變量、高級PROC和INVOKE偽指令、遞歸。

　　第9章　字符串和數(shù)組：字符串原語、操作字符和整數(shù)數(shù)組、二維數(shù)組、排序和檢索。

　　第10章　結(jié)構(gòu)和宏：結(jié)構(gòu)、宏、條件匯編偽指令、定義重復(fù)塊。

　　第11章　MS-Windows編程：保護(hù)模式內(nèi)存管理概念、用Microsoft-Windows API顯示文本和顏色，動態(tài)內(nèi)存分配。

　　第12章　浮點(diǎn)數(shù)處理與指令編碼：浮點(diǎn)數(shù)二進(jìn)制表示和浮點(diǎn)運(yùn)算。學(xué)習(xí)IA-32浮點(diǎn)單元編程。理解IA-32機(jī)器指令編碼。

　　第13章　高級語言接口：參數(shù)傳遞規(guī)范、內(nèi)嵌匯編代碼、將匯編語言模塊鏈接到C和C++程序。

　　附錄A　MASM參考知識附錄B　x86指令集附錄C　“本節(jié)回顧”問題答案下面的章節(jié)和附錄由配套網(wǎng)站提供：

　　第14章　16位MS-DOS編程：內(nèi)存組織、中斷、函數(shù)調(diào)用、標(biāo)準(zhǔn)MS-DOS文件I/O服務(wù)。

　　第15章　磁盤基礎(chǔ)知識：磁盤存儲系統(tǒng)、扇區(qū)、簇、目錄、文件分配表、處理MS-DOS錯誤碼、驅(qū)動器和目錄操作。

　　第16章　BIOS編程：鍵盤輸入、視頻文本、圖形、鼠標(biāo)編程。

　　第17章　高級MS-DOS編程：自定義設(shè)計(jì)段、運(yùn)行時(shí)程序結(jié)構(gòu)、中斷處理、用I/O端口的硬件控制。

　　附錄D　BIOS和MS-DOS中斷附錄E　“本節(jié)回顧”問題答案（第14章～第17章）教師和學(xué)生資源教師資源下面受保護(hù)的教師資源見配套網(wǎng)站www.pearsonhighered.com/irvine：

　　PPT講義教師解題手冊學(xué)生資源學(xué)生通過位于www.pearsonhighered.com/irvine的出版社網(wǎng)站可以找到本書作者的網(wǎng)站鏈接。下述資源位于www.asmirvine.com，且不需要用訪問卡：

　　Getting Started（入門），循序漸進(jìn)的完整教程，幫助學(xué)生設(shè)置Visual Studio進(jìn)行匯編語言編程。

　　與匯編語言編程主題相關(guān)的補(bǔ)充讀物。

　　本書全部示例程序的完整代碼，以及作者補(bǔ)充鏈接庫的源代碼。

　　Assembly Language Workbook（匯編語言工作手冊），一個(gè)交互式的工作手冊，其中包括數(shù)值轉(zhuǎn)換、尋址模式、寄存器使用、調(diào)試編程和浮點(diǎn)二進(jìn)制數(shù)。內(nèi)容頁面是可以自定義的HTML文檔，幫助文件為Windows幫助格式。

　　調(diào)試工具：Microsoft Visual Studio調(diào)試器用法教程。

　　致謝非常感謝培生教育（Pearson Education）計(jì)算機(jī)科學(xué)的執(zhí)行主編Tracy Johnson，過去幾年提供了友好且有益的指導(dǎo)。感謝Jouve公司的Pavithra Jayapaul以及培生出版社的產(chǎn)品編輯Greg Dulles為本書出版所做的出色工作。

　　早期版本特別感謝以下諸位，他們在本書早期版本中提供了極大的幫助：

　　William Barrett，圣何塞州立大學(xué)Scott BlackledgeJames Brink，太平洋路德大學(xué)Gerald Cahill，羚羊谷學(xué)院