DOS EXE 檔案格式深度剖析：.model small、記憶體佈局與 DEBUG 實戰追蹤

.model 指令與記憶體模型

; Model 偽操作格式
.model memory_model, model_options

; memory_model 可選：
; tiny   -> .COM 檔 (單段 64KB, CS=DS=ES=SS, ORG 100h)
; small  -> .EXE 檔 (代碼段 64KB + 資料段 64KB, 近地址訪問) **最常用**
; medium -> 代碼 >64KB (遠呼叫), 資料 64KB
; compact-> 代碼 64KB, 資料 >64KB (遠資料指標)
; large  -> 代碼/資料皆 >64KB
; huge   -> 單一陣列 >64KB
; flat   -> 32-bit 保護模式 (Win32), 4GB 線性位址

Small Model 完整範例：2.asm

.model small          ; 生成 EXE 格式
.stack 100h             ; 堆疊大小 256 bytes (預設 1024=400h)

.data                   ; 初始化資料段
mess db 'How, world!$'  ; DOS 9h 功能需 '$' 結尾

.data?                  ; 未初始化資料段 (不佔檔案大小)
pp dw 200h dup(?)       ; 必須用 '?' 佔位

.code                   ; 代碼段
.startup                ; 偽指令：自動產生 DS/SS 初始化代碼
mov ah, 9
lea dx, mess
int 21h                 ; 顯示字串
mov pp, ax
.exit                   ; 偽指令：產生結束代碼 (mov ah,4Ch / int 21h)
end                     ; 因用 .startup，無需指定程式入口標籤

編譯連結與檔案大小

D:\Masm615>ml 2.asm
Microsoft (R) Macro Assembler Version 6.15.8803
Assembling: 2.asm
Microsoft (R) Segmented Executable Linker Version 5.60.339
Object Modules [.obj]: 2.obj
Run File [2.exe]: "2.exe"
List File [nul.map]: NUL
Libraries [.lib]:
Definitions File [nul.def]:

D:\Masm615>dir 2
2 ASM   711 02-15-03 10:48 2.asm
2 OBJ   207 02-15-03 10:50 2.obj
2 EXE   562 02-15-03 10:50 2.exe

DEBUG 實戰：剖析記憶體佈局與啟動代碼

-r
AX=0000 BX=0000 CX=0032 DX=0000 SP=0100 BP=0000 SI=0000 DI=0000
DS=128C ES=128C SS=12A0 CS=129C IP=0000
129C:0000 BA9E12  MOV DX,129E       ; .startup 產生：載入資料段段位址
-u0 25
129C:0000 BA9E12  MOV DX,129E
129C:0003 8EDA    MOV DS,DX         ; 設定 DS = 資料段
129C:0005 8CD3    MOV BX,SS
129C:0007 2BDA    SUB BX,DX
129C:0009 D1E3    SHL BX,1
129C:000B D1E3    SHL BX,1
129C:000D D1E3    SHL BX,1
129C:000F D1E3    SHL BX,1          ; 計算堆疊段相對位移 (段落單位 * 16 = 位元組)
129C:0011 FA      CLI
129C:0012 8ED2    MOV SS,DX         ; 重設 SS = 資料段 (Small Model DS=SS)
129C:0014 03E3    ADD SP,BX         ; 調整 SP 指向堆疊頂
129C:0016 FB      STI
129C:0017 B409    MOV AH,09         ; 使用者代碼開始
129C:0019 8D160600 LEA DX,[0006]    ; mess 偏移 6 (WORD 對齊)
129C:001D CD21    INT 21
129C:001F A32001  MOV [0120],AX     ; pp 變數位置 (程式碼+資料+堆疊後)
129C:0022 B44C    MOV AH,4C
129C:0024 CD21    INT 21            ; 結束程式

資料區驗證

-d 129e:6 11
129E:0000  48 6F 77 2C 20 77 6F 72 6C 64  How, world
129E:0010  21 24                          !$

記憶體佈局圖解 (Small Model EXE 載入後)

+-------------------------+  <-- CS:IP (程式碼段起始)
| PSP (Program Segment    |  256 bytes (0000h-00FFh)
| Prefix) 環境參數/FCB... |
+-------------------------+
| 程式碼段                |  <-- CS 基址
| (啟動代碼 + 使用者代碼) |
+-------------------------+
| 資料段 (初始化)         |  <-- DS/SS 基址 (Small Model DS=SS)
| mess, 其他變數          |
+-------------------------+
| 資料段 (未初始化 .data?)|  不佔 EXE 檔案空間，載入時由 OS 零初始化
| pp 陣列                 |
+-------------------------+
| 堆疊區                  |  向下增長，SP 初始指向此處頂端
| (100h bytes)            |
+-------------------------+  <-- 記憶體結束

關鍵觀察點

1. 原始堆疊 SS:SP = 12A0:0100，啟動代碼調整後 新堆疊 129E:0120，**物理位址相同** (12A00h = 129E0h + 120h)。驗證 .startup 正確重設堆疊於資料段之後。
2. .data? 區塊 (pp) 位於初始化資料之後，偏移 0120h (見 MOV [0120],AX)，不佔 EXE 檔案大小 (562 bytes 含代碼+初始化資料+PSP 重定位資訊)。
3. LEA DX,[0006]：Small Model 近資料指標為 Word (16-bit)，偏移量必須為偶數 (WORD 對齊)，mess 因前有 PSP/對齊等因素落在 offset 6。
4. .startup/.exit 是 MASM 高層偽指令，簡化樣板代碼，但掩蓋了段暫存器初始化細節，學習階段建議手寫初始化代碼理解機制。

對比：.COM vs .EXE (Tiny vs Small)