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DOS 時代組合語言原始碼賞析：CALC 計算機常駐程式 (TSR) 啟動器

編輯：組合語言

前言

本文收錄 CALC.ASM，功能為檢測並啟動常駐記憶體中的計算機程式 (PEMATH)。屬於 TSR (Terminate and Stay Resident) 協作模式的「啟動器」端：掃描中斷向量表確認 PEMATH 是否已安裝 (以特徵字串 "PEMATH" 識別)，若存在則呼叫其進入點中斷，否則顯示錯誤訊息。展示了中斷向量表掃描、TSR 識別機制、遠呼叫介面、極簡 .COM 程式結構。

程式運作流程

存取中斷向量表 (0000:0000) 取得 INT 61h 向量 (預設計算機中斷號)
向量指向的程式碼偏移 +4 處檢查特徵字串 "PEMATH"
若匹配：INT 61h 呼叫常駐計算機
若不匹配：輸出 "PEMATH is not resident" 至標準輸出 (控制代碼 1)
INT 20h 退出

完整原始碼

PAGE ,132
TITLE CALC
CGROUP GROUP CODESEG
CODESEG SEGMENT PARA PUBLIC 'CODE'
 ASSUME CS:CGROUP,DS:CGROUP,ES:CGROUP
 PUBLIC CALC
 ORG 100H
CALC PROC FAR
 JMP START
INT_NUMBER DB 61h
SCREEN_HANDLE DW 0001h
MESSAGE DB 'PEMATH is not resident',13,10
MESSAGE_LEN EQU $-MESSAGE
TAG DB 'PEMATH'
TAG_LEN EQU $-TAG
START:
 SUB AX,AX
 MOV ES,AX
 SUB BH,BH
 MOV BL,INT_NUMBER
 SHL BX,1
 SHL BX,1
 MOV DI,ES:[BX]
 MOV ES,ES:[BX+2]
 ADD DI,4
 LEA SI,TAG
 MOV CX,TAG_LEN
 REPE CMPSB
 JE CALL_CALC
 MOV BX,SCREEN_HANDLE
 MOV CX,MESSAGE_LEN
 LEA DX,MESSAGE
 MOV AH,40h
 INT 21h
 JMP SHORT CALC_EXIT
CALL_CALC:
 MOV AL,INT_NUMBER
 MOV BYTE PTR INT_CODE,AL
 DB 0CDh
INT_CODE:
 DB 00h
 NOP
 NOP
CALC_EXIT:
 INT 20h
CALC ENDP
CODESEG ENDS
END CALC

關鍵技術解析

1. 中斷向量表掃描與 TSR 識別


SUB AX,AX
MOV ES,AX              ; ES = 0 (中斷向量表段)
MOV BL,INT_NUMBER (61h)
SHL BX,1; SHL BX,1     ; BX = 61h * 4 = 184h (向量表偏移)
MOV DI,ES:[BX]         ; DI = 向量位移
MOV ES,ES:[BX+2]       ; ES = 向量段基址
ADD DI,4               ; 跳過中斷處理常式開頭指令，指向特徵字串位置
LEA SI,TAG             ; "PEMATH"
MOV CX,TAG_LEN (6)
REPE CMPSB             ; 比較 6 位元組
JE CALL_CALC

INT n 向量佔 4 位元組：位移 (IP) + 段基址 (CS)
TSR 程式慣例在進入點後放置特徵字串供識別
REPE CMPSB 重複比較字串，CX 為計數，ZF=1 時繼續

2. 動態構建 INT 指令呼叫 TSR


CALL_CALC:
 MOV AL,INT_NUMBER (61h)
 MOV BYTE PTR INT_CODE,AL  ; 修改下一條指令的中斷號
 DB 0CDh                   ; INT 指令操作碼
INT_CODE:
 DB 00h                    ; 此處被執行時修改為 61h
 NOP
 NOP

利用自我修改代碼 在運行時構建 INT 61h 指令 (CD 61)，避免硬編碼中斷號，靈活性極高。

3. 錯誤訊息輸出至標準輸出


MOV BX,SCREEN_HANDLE (1)  ; STDOUT
MOV CX,MESSAGE_LEN
LEA DX,MESSAGE
MOV AH,40h                ; WRITE
INT 21h

使用檔案控制代碼 1 (標準輸出) 配合 AH=40h 寫入字串，而非 AH=09h (需 $ 結尾)。

4. .COM 程式結構

ORG 100h：.COM 載入位址偏移
CGROUP GROUP CODESEG + ASSUME CS:CGROUP,DS:CGROUP,ES:CGROUP：小模型，單段
PUBLIC CALC + END CALC：進入點標號
INT 20h：標準 .COM 退出方式

TSR 協作模式架構

角色	程式	功能
常駐核心	PEMATH (未提供原始碼)	掛載 `INT 61h`、提供計算機功能、特徵字串 "PEMATH"
啟動器	CALC	檢測常駐核心、呼叫 `INT 61h`、錯誤提示
用戶	鍵盤熱鍵或命令列	執行 CALC.COM 喚起計算機

現代對應與啟發

CALC/TSR 技術	現代對應
中斷向量表掃描識別 TSR	共享記憶體/命名管道/註冊表/服務發現檢測常駐服務
特徵字串驗證	API 版本檢查、健康檢查端點、`IsServiceRunning()`
自我修改代碼構建 INT 指令	動態程式碼生成、JIT 編譯、`emit` 指令
遠中斷呼叫介面	RPC/IPC/系統呼叫/`syscall` 指令
.COM 單一檔案無依賴	靜態連結單一二進位、`go build -ldflags="-s -w"`

學習重點

實模式中斷向量表結構：0000:0000 起始，每向量 4 位元組 (IP+CS)
TSR 識別慣例：特徵字串、版本號、檢查和
REPE CMPSB 字串比較指令用法
自我修改代碼技術：運行時修改指令操作數 (MOV BYTE PTR [INT_CODE], AL)
標準輸出寫入：AH=40h, BX=1 vs AH=09h, DS:DX=$終止字串
.COM 程式最小化模板：ORG 100h、INT 20h 退出

總結

CALC.ASM 是 TSR 生態系中「啟動器」的經典實現：掃描中斷向量 → 驗證特徵字串 → 動態構建中斷呼叫 → 錯誤回饋。其核心思想——服務發現、介面契約、動態調用、優雅降級——在現代微服務架構、外掛系統、熱插拔模組中依然是核心設計模式。研讀此碼，可窺見「常駐服務與啟動器分離」架構在 16 位實模式下的極簡本質。