Изучение архитектуры персонального компьютера на примере микропроцессора фирмы Intel. Регистры общего назначения. Оперативная память; форматы данных и команд. Команд пересылки с различными способами адресации операндов. Структура программы на Ассемблере.
Расширение сфер применения компьютерной техники обусловлено ростом производительности и информационной емкости вычислительных систем, что в свою очередь зависит от успехов в развитии аппаратуры и программного обеспечения. Успехи в развитии аппаратуры определяются сегодня в первую очередь степенью интеграции элементной базы, развитием технологий обработки информации, развитием коллективного использования сетевых распределенных ресурсов.
Успехи в развитии ПО требуют использования всех средств автоматизации программирования для получения максимальной эффективности, скорости выполнения критических участков программ. Для решения этой задачи большую роль играет использование машинно-ориентированных языков. Выделим две сферы их применения: 1) разработка системных программ, включаемых в состав операционных систем (ОС), например, драйверы устройств;
2) решение специализированных задач информационных и управляющих систем, к которым относят программы управления базами данных и языком интерфейса, программы сбора и обработки информации в информационно-измерительных системах и комплексах, в том числе и бортовых, и т.п.
При классификации программных средств их традиционно делят на прикладные (или проблемные - программы пользователей) и системные программы, поддерживающие работу вычислительных систем, комплексов и сетей в автоматическом режиме.
Программные средства пользователей включают в себя комплексы долговременно сохраняемых программ для решения задач из узкой предметной области пользователя.
К классу системных программ относят специальные программы, обеспечивающие автоматизированную разработку программ и выполнение любых программ. При развитии вычислительных систем (ВС) часто употребляемые функции типовых проблемных программ поднимают на уровень системных программ для использования их в различных приложениях, а в дальнейшем наиболее распространенные и критичные по временным затратам - на уровень частичной или полной аппаратной реализации. Такой путь прошли в последние десятилетия средства управления многопрограммным защищенным режимом в процессорах фирмы Intel - от программной до частично аппаратной реализации. А путь от прикладных до системных управляющих прошли, например, средства управления диалоговым взаимодействием с пользователем, реализованных в объектно-ориентированных графических программных оболочках (например, Windows).
Управляющие системные программы, обеспечивающие корректное выполнение всех процессов при решении задач на компьютере и функционирование всех устройств ВС, постоянно находятся в оперативной памяти (ОП) составляют ядро ОС и называются резидентными программами. Управляющие программы, которые загружаются в ОП непосредственно перед выполнением, называют транзитными.
Обрабатывающие системные программы выполняются как специальные прикладные или приложения ОС, используемые пользователем при создании новых или модификации ранее созданных системных программ. При создании таких программ используются машинно-ориентированные языки и языки высокого уровня. Однако, эффективность программ, созданных на языках высокого уровня, в любом случае будет ниже, чем эффективность программ написанных высококвалифицированным программистом на машинно-ориентированных языках.
Язык Ассемблер используется везде, где необходима максимальная производительность и эффективность, и будет использоваться до тех пор, пока проводятся исследовательские работы в области развития и создания новых архитектур ЭВМ.
На языке Ассемблера пишут все, что требует максимальной скорости выполнения (основные компоненты компьютерных игр, ядра ОС реального времени); то, что непосредственно взаимодействует с внешними устройствами; то, что должно полностью использовать возможности процессора (ядра многозадачных ОС, программы перевода в защитный режим); все, что полностью использует возможности ОС (вирусы, антивирусы, программы защиты информации и взлома защит); программы, предназначенные для обработки больших объемов информации.
К недостаткам Ассемблера относят следующие: • Ассемблер трудно выучить. Действительно, Ассемблер - язык программирования низкого уровня, язык системного программирования и естественно, что он требует больших усилий для освоения всех его возможностей.
• Программы на Ассемблере трудночитаемые, но и программы на любом языке будут трудночитаемыми, если они плохо документированы.
• Программы на Ассемблере не переносятся на другие процессоры - это действительно так, но именно благодаря этому достигается максимальная эффективность разработанных на Ассемблере программ.
• Программы на Ассемблере трудно создавать, так как нет библиотек стандартных модулей, которые разработаны для языков высокого уровня.
Часто у обучаемых возникает вопрос, зачем использовать Ассемблер, если производительность компьютеров позволяет решать сегодня задачи любой сложности.
Введение
Расширение сфер применения компьютерной техники обусловлено ростом производительности и информационной емкости вычислительных систем, что в свою очередь зависит от успехов в развитии аппаратуры и программного обеспечения. Успехи в развитии аппаратуры определяются сегодня в первую очередь степенью интеграции элементной базы, развитием технологий обработки информации, развитием коллективного использования сетевых распределенных ресурсов.
Успехи в развитии ПО требуют использования всех средств автоматизации программирования для получения максимальной эффективности, скорости выполнения критических участков программ. Для решения этой задачи большую роль играет использование машинно-ориентированных языков. Выделим две сферы их применения: 1) разработка системных программ, включаемых в состав операционных систем (ОС), например, драйверы устройств;
2) решение специализированных задач информационных и управляющих систем, к которым относят программы управления базами данных и языком интерфейса, программы сбора и обработки информации в информационно-измерительных системах и комплексах, в том числе и бортовых, и т.п.
При классификации программных средств их традиционно делят на прикладные (или проблемные - программы пользователей) и системные программы, поддерживающие работу вычислительных систем, комплексов и сетей в автоматическом режиме.
Программные средства пользователей включают в себя комплексы долговременно сохраняемых программ для решения задач из узкой предметной области пользователя.
К классу системных программ относят специальные программы, обеспечивающие автоматизированную разработку программ и выполнение любых программ. При развитии вычислительных систем (ВС) часто употребляемые функции типовых проблемных программ поднимают на уровень системных программ для использования их в различных приложениях, а в дальнейшем наиболее распространенные и критичные по временным затратам - на уровень частичной или полной аппаратной реализации. Такой путь прошли в последние десятилетия средства управления многопрограммным защищенным режимом в процессорах фирмы Intel - от программной до частично аппаратной реализации. А путь от прикладных до системных управляющих прошли, например, средства управления диалоговым взаимодействием с пользователем, реализованных в объектно-ориентированных графических программных оболочках (например, Windows).
Управляющие системные программы, обеспечивающие корректное выполнение всех процессов при решении задач на компьютере и функционирование всех устройств ВС, постоянно находятся в оперативной памяти (ОП) составляют ядро ОС и называются резидентными программами. Управляющие программы, которые загружаются в ОП непосредственно перед выполнением, называют транзитными.
Обрабатывающие системные программы выполняются как специальные прикладные или приложения ОС, используемые пользователем при создании новых или модификации ранее созданных системных программ. При создании таких программ используются машинно-ориентированные языки и языки высокого уровня. Однако, эффективность программ, созданных на языках высокого уровня, в любом случае будет ниже, чем эффективность программ написанных высококвалифицированным программистом на машинно-ориентированных языках.
Язык Ассемблер используется везде, где необходима максимальная производительность и эффективность, и будет использоваться до тех пор, пока проводятся исследовательские работы в области развития и создания новых архитектур ЭВМ.
На языке Ассемблера пишут все, что требует максимальной скорости выполнения (основные компоненты компьютерных игр, ядра ОС реального времени); то, что непосредственно взаимодействует с внешними устройствами; то, что должно полностью использовать возможности процессора (ядра многозадачных ОС, программы перевода в защитный режим); все, что полностью использует возможности ОС (вирусы, антивирусы, программы защиты информации и взлома защит); программы, предназначенные для обработки больших объемов информации.
К недостаткам Ассемблера относят следующие: • Ассемблер трудно выучить. Действительно, Ассемблер - язык программирования низкого уровня, язык системного программирования и естественно, что он требует больших усилий для освоения всех его возможностей.
• Программы на Ассемблере трудночитаемые, но и программы на любом языке будут трудночитаемыми, если они плохо документированы.
• Программы на Ассемблере не переносятся на другие процессоры - это действительно так, но именно благодаря этому достигается максимальная эффективность разработанных на Ассемблере программ.
• Программы на Ассемблере трудно создавать, так как нет библиотек стандартных модулей, которые разработаны для языков высокого уровня.
Часто у обучаемых возникает вопрос, зачем использовать Ассемблер, если производительность компьютеров позволяет решать сегодня задачи любой сложности. Ассемблеры - это машинно-ориентированные языки, использующие в своих конструкциях особенности архитектуры процессора, и постоянное развитие архитектур будет постоянно сопровождаться развитием языков Ассемблера.
1. Архитектура ПК
Понятие "архитектура ЭВМ" включает в себя структурную организацию аппаратных средств (набор блоков, устройств, объединенных в единую вычислительную систему) и функциональную организацию, позволяющую реализовать программное управление этой системой. С точки зрения программиста архитектура ЭВМ - это набор программно-доступных средств.
В современных ПК реализован магистрально-модульный принцип построения. Все устройства (модули) подключены к центральной магистрали, системной шине, которая включает в себя адресную шину, шину данных и шину управления.
Шина - это набор линий связи, по которым передается информация от одного из источников к одному или нескольким приемникам. Адресная шина однонаправленная, адреса передаются от процессора. Шина данных двунаправленная, данные передаются как от процессора, так и к процессору. В шину управления входят линии связи и однонаправленные и двунаправленные.
Внешние устройства работают значительно медленнее процессора, поэтому для организации параллельной работы процессора и внешних устройств в архитектуру компьютера входит система прямого доступа к памяти (ДМА) и интерфейсные блоки, включающие в себя устройства управления внешними устройствами (контроллеры, адаптеры).
2. Архитектура микропроцессора фирмы Intel (ix86)
Процессор ix86 после включения питания устанавливается в реальный режим адресации памяти и работы процессора. Большинство ОС сразу переводят его в защищенный режим, обеспечивающий многозадачность, распределение памяти, ресурсов и других дополнительные возможности. Программы пользователей в таких ОС могут работать в еще одном режиме - режиме виртуальных машин.
Совокупность программно-доступных средств процессора называется архитектурой процессора (с точки зрения программиста). Начиная с 386 процессора программисту доступны 16 основных регистров, 11 регистров для работы с сопроцессором и мультимедийными приложениями, и в реальном режиме доступны некоторые регистры управления и некоторые специальные регистры. Регистр - это набор из n устройств, способных хранить n-разрядное двоичное число.
3. Регистры общего назначения
32-х разрядные регистры общего назначения без ограничения могут использоваться для временного хранения команд, адресов и данных. Обращение к ним осуществляется по именам EAX, EBX, ECX, EDX при работе с 32-х разрядными данными, по именам AX, BX, CX, DX, при работе со словами - 16-ти разрядными данными, при работе с байтами могут использоваться восемь 8-разрядных регистров: AL, AH, BL, BH, CL, CH, DL, DH.
Эти регистры имеют собственные имена, которые говорят о том, как они часто используются. АХ - аккумулятор, обычно используется для хранения результата. DX - регистр данных - в нем хранится старшая часть результата, если он не умещается в регистре AX. BX - регистр базы, используется для организации специальной адресации операндов по базе. СХ - счетчик, используется автоматически для организации циклов и при работе со строками.
Регистры указателей и индексов имеют специальные назначения. Регистры индексов используются для организации способов адресации операндов, а регистры указателей - для организации работы с сегментом стека. Рассматриваемый процессор может работать с оперативной памятью как с непрерывным массивом байт (модель памяти flat), так и с разделенной на много массивов - сегментов. Во втором случае физический адрес байта состоит из 2-х частей: адрес начала сегмента и смещение внутри сегмента.
Для получения адреса начала сегмента используются шестнадцатиразрядные сегментные регистры DS, ES, FS, GS, CS и SS, называемые селекторами. Операционные системы могут размещать сегменты в различных областях оперативной памяти и даже временно записывать на винчестер, если ОП не хватает. С каждым селектором связан программно-недоступный дескриптор, в котором содержится адрес сегмента, размер сегмента и некоторые его атрибуты. Это справедливо для защищенного режима работы. В реальном режиме размер сегмента фиксирован и составляет 64 Кбайта. Адрес сегмента кратен 16 и в 16-ой системе счисления может быть записан в виде XXXX016, четыре старшие цифры адреса сегмента содержатся в сегментном регистре. В защищенном режиме размер сегмента может изменяться до 4Гбайт.
DS, ES, FS, GS - 16-ти разрядные сегментные регистры, используемые для определения начала сегментов данных. CS - сегментный регистр кодового сегмента. SS - сегментный регистр для определения сегмента стека.
Сегментных регистров всего 6, но в любой момент пользователь может изменить содержимое этих регистров. Например,…..
Специальным образом реализуется и используется сегмент стека. Адрес начала сегмента стека определяется автоматически ОС с помощью регистра SS, а указатель на вершину стека - это регистр указателей SP (ESP). Ctek организован таким образом, что при добавлении элементов в стек содержимое указателя стека уменьшается. Стек растет вниз от максимального значения, хранящегося в SS (растет вниз головой). При добавлении в стек адреса уменьшаются. Такая организация необходима при использовании модели памяти flat. В этом случае программа размещается, начиная с младших адресов ОП, а стек размещается в старших адресах
Стек используется для временного хранения данных, для организации работы с подпрограммами, в том числе и рекурсивными, для передачи параметров подпрограммам, размещения локальных параметров и т.д.
Для того чтобы стек можно было использовать для хранения фактических и локальных параметров, после передачи фактических параметров значение указателя на вершину стека можно сохранить в регистре BP (EBP) и тогда к глобальным параметрам можно обращаться, используя конструкцию BP - k, а к локальным - BP n, где k и n - определяются количеством параметров и их размером.
Регистр флагов. Регистр FLAGS или EFLAGS определяет состояние процессора и программы в каждый текущий момент времени.
В реальном режиме используют 9 флагов, из них 6 реагируют на результат выполнения команды, 3 определяют режим работы процессора.
В защищенном режиме используются 5 дополнительных флагов, определяющих режим работы процессора.
Назначение флажков: CF устанавливается в 1, если при выполнении команд сложения осуществляется перенос за разрядную сетку, а при вычитании требуется заем.
PF = 1, если в младшем байте результата содержится четное количество единиц.
AF = 1, если в результате выполнения команды сложения (вычитания) осуществлялся перенос (заем) из 3-го разряда байта в 4-й ( из 4-го в 3-й).
ZF = 1, если результатом выполнения операции является ноль во всех разрядах результата.
SF всегда равен старшему биту результата.
TF = 1 прерывает работу процессора после каждой выполненной команды.
DF определяет направление обработки строк данных, если DF= 0 - обработка строк идет в сторону увеличения адресов, DF = 1 - в сторону уменьшения, это реализуется автоматическим увеличением или уменьшением содержимого регистров индексов SI (ESI) и DI(EDI).
OF = 1, если результат команды превышает максимально допустимый для данной разрядной сетки.
IOPL = 1, если уровень привилегии текущей программы меньше значения этого флажка, то выполнение команды ввод/вывод для этой программы запрещен.
NT - определяет режим работы вложенных задач.
RF позволяет маскировать некоторые прерывания процессора.
VM - позволяет перейти из защищенного режима в режим виртуальных машин.
AC =1 приведет к сообщению об ошибке, если адреса операндов длиной в слово или двойное слово не будут кратны двум и четырем соответственно.
4. Оперативная память
Оперативная память состоит из байтов, каждый байт состоит из 8 информационных битов.
32-х разрядный процессор может работать с ОП размером до 4Гбайт и, следовательно, адреса байтов изменяются от 0 до 232-1 (0000000016 - FFFFFFFF16).
Байты памяти могут объединяться в поля фиксированной и переменной длины. Фиксированная длина - слово (2 байта) или двойное слово (4 байта). Поля переменной длины могут содержать произвольное количество байтов. Адресом поля является адрес младшего входящего в поле байта. Адрес поля может быть любым. ОП может использоваться как непрерывная последовательность байтов, так и как сегментированная.
Физический адрес (ФА) байта записывается как :, т.е. он может быть получен по формуле ФА=АС ИА, где АС - адрес сегмента, ИА - исполняемый адрес, формируется в команде различными способами в зависимости от способа адресации операндов. В защищенном режиме программа может определить до 16383 сегментов размером до 4 Гбайт, и таким образом может работать с 64 Тбайтами виртуальной памяти. Для реального режима АС определяется сегментным регистром и для получения двадцатиразрядного двоичного адреса байта необходимо к содержимому сегментного регистра, смещенного на 4 разряда влево, прибавить шестнадцатиразрядное смещение - ИА. Например, адрес следующей исполняемой команды: ФА = (CS) (IP)
Процессор ix86 вместе с сопроцессором могут обрабатывать большой набор различных типов данных: целые числа без знака, целые числа со знаком, действительные числа с плавающей точкой, двоично-десятичные числа, символы, строки, указатели. Целые числа без знака могут занимать байт, слово, двойное слово и принимать значения из диапазонов: 0 - 255, 0 - 65535, 0 - 4294967295 соответственно.
Целые числа со знаком могут занимать также байт, слово, двойное слово. Они хранятся в дополнительном коде и имеют следующий вид:
Дополнительный код положительного числа равен самому числу. Дополнительный код отрицательного числа в любой системе счисления может быть получен по формуле: X = 10n - |X|, где n - разрядность числа.
Например, представим в слове отрицательное 16-ричное число AC716
104 - AC7 = F539.
Дополнительный код двоичного числа может быть получен инверсией разрядов и прибавлением 1 к младшему разряду.
Например, число - 12 представим в байте: 1) 12 = 000011002, 2) инверсия - 111100112, 3) дополнительный код - 111101002.
Рассмотрим выполнение операции вычитания в машине: дополнительный код вычитаемого прибавляется к уменьшаемому.
Числа с плавающей точкой могут занимать 32 бита или 64 бита или 80 бит, и называются короткое вещественное, длинное вещественное, рабочее вещественное соответственно. Формат числа с плавающей точкой состоит из трех полей.
, , Диапазон представимых чисел:
Машинный порядок (Пм) включает в себя неявным образом знак порядка и связан с истинным порядком (Пи) формулой: Пм = Пи 12710 (102310, 1638310).
Предполагается, что мантисса нормализована и старший единичный разряд мантиссы не помещается в разрядную сетку. Например, для короткого вещественного:
Пример. Десятичное число 3060 представить в виде числа с плавающей точкой, занимающего 4 байта.
1) 306010 = BF416 1 ? |M| <1
2) нормализуем число 0. BF4*10316 основ. сист. счисления
3) получим машинный порядок Пм = 316 7F16 = 8216
4) запишем в разрядную сетку в 2-ой системе счисления: 0100 0001 0 011 1111 0100 0000 0000 00002
Или в 16-ричном виде: 413F400016.
Двоично-десятичные данные. Процессором могут обрабатываться 8-разрядные данные в упакованном и неупакованном формате и сопроцессором могут обрабатываться 80-разрядные данные в упакованном формате. Упакованный формат предполагает хранение двух цифр в байте, а неупакованный хранит одну цифру в цифровой части байта.
Символьные данные - это символы в коде ASCII. Для любого символа отводится один байт.
Строковые данные - это последовательности бит, байт, слов или двойных слов.
Указатели. Существуют два типа указателей: длинный указатель, занимающий 48 бит (из них селектор -16 бит и смещение - 32 бита) и короткий указатель, занимающий 32 бита - только смещение.
6. Форматы команд
Команда - это цифровой двоичный код, состоящий из двух подпоследовательностей двоичных цифр, одна из которых определяет код операции (сложить, умножить, переслать), вторая определяет операнды, участвующие в операции, и место хранения результата.
Рассматриваемый процессор может работать с безадресными командами, одно-, двух- и трехадресными командами. Команда в памяти может занимать от 1 до 15 байт, длина команды зависит от кода операции, количества и места расположения операндов. Одноадресные команды могут работать с операндами, расположенными в памяти и регистрах, для двухадресных команд существуют такие форматы, как: R-R M-M R-M M-R R-D M-D,
где R - регистр, M - память, D - данные.
Операнды могут находиться в регистрах, памяти и непосредственно в команде и размер операндов может быть равен байту, слову или двойному слову.
Используемый адрес операнда в общем случае может состоять из трех частей: , например, [BX] [SI] M.
Существуют различные способы адресации операндов, такие как: 1. регистровая
2. непосредственная
3. прямая
4. косвенно-регистровая
5. по базе со смещением
6. прямая с индексированием
7. по базе с индексированием
8. косвенная адресация с масштабированием
9. базово-индексная с масштабированием
10. базово-индексная с масштабированием и смещением.
Адресации с 8 по 10 используются только в защищенном режиме.
Машинный формат двухадресной команды, для которой один операнд находится всегда в регистре, а второй - в регистре или памяти можно представить следующим образом:
disp H/disp L - старшая / младшая часть смещения.
Поля код операции и иногда reg определяют выполняемую операцию.
Поле d определяет место хранения первого операнда.
Поле w определяет с какими данными работает команда: с байтами, или словами. Если w = 0, команда работает с байтами, если w = 1 - со словами. reg - определяет один операнд, хранимый в регистре.
Поля mod, disp H и disp L определяют второй операнд, который может храниться в регистре или в памяти.
Если mod = 11, то второй операнд находится в регистре, он определяется полем r/m, а disp H/disp - отсутствует, команда будет занимать 2 байта в памяти, если mod ? 11, то второй операнд находится в памяти, а значение поля mod определяет, как используется смещение: reg и r/m 000 001 010 011 100 101 110 111 w = 0 AL CL DL BL AH CH DH BH w = 1 AX CX DX BX SP BP SI DI
Физический адрес определяется так: r/m ИА ФА
000 (BX) (SI) disp (DS)
001 (BX) (DI) disp (DS)
010 (BP) (SI) disp (SS)
011 (BP) (DI) disp (SS)
100 (SI) disp (DS)
101 (DI) disp (DS)
110 (BP) disp (SS)
111 (BX) disp (DS)
7. Примеры команд пересылки с различными способами адресации операндов
В командах на ассемблере результат всегда пересылается по адресу первого операнда.
1) Регистровая адресация - операнд находится в регистре: MOV AX, BX; (BX) ® AX, содержимое регистра BX пересылается в регистр AX.
Машинный формат: 1001 0011 1100 0011 код операции = 100100, d = 1, w = 1, mod = 11, reg = 000, r/m = 011.
2) Непосредственная адресация - операнд находится непосредственно в команде: MOV AX, 25 ; 25 ® AX
CONST EQU 34h; именованная константа CONST
MOV AX, CONST; 34h ® AX
3) Прямая адресация - в команде содержится адрес операнда. Если известен адрес памяти, начиная с которого размещается операнд, то в команде можно непосредственно указать этот адрес: MOV AX, ES:0001 ; ((ES) 0001) ®AX.
ES - регистр сегмента данных, 0001 - смещение внутри сегмента. Содержимое двух байтов, начиная с адреса (ES) 0001 пересылаются в AX. Прямая адресация может быть записана с помощью символического имени, которое предварительно поставлено в соответствие некоторому адресу памяти, с помощью специальной директивы определения памяти, например, DB - байт, DW - слово, DD - двойное слово. Если в сегменте ES содержится директива Var_p DW, тогда по команде
MOV AX, ES: Var_p ; ((ES) Var_p) ®AX содержимое двух байтов, начиная с адреса (ES) Var_p пересылаются в AX.
Например, если команда имеет вид: MOV AX, Var_p ; ((DS) Var_p) ®AX. ?????????????
4) Косвенно-регистровая адресация. Данный вид адресации отличается от регистровой адресации тем, что в регистре содержится не сам операнд, а адрес области памяти, в которой содержится операнд. Например, MOV AX, [SI].
Для хранения адреса памяти могут использоваться регистры SI, DI, BX, BP, EAX. EBX, ECX, EDX, EBP, ESI, ED, но не могут использоваться AX, CX, DX, SP, ESP.
5) Адресация по базе со смещением: MOV AX, [BX] 2 ; ((DS) (BX) 2) ®AX.
? MOV AX, [BX 2] ? MOV AX, 2[BX]
MOV AX, [BP 4] ; ((SS) (BP) 4) ®AX.
6) Прямая адресация с индексированием
MOV AX, MAS[SI] ; ((DS) (SI) MAS) ®AX
MAS - адрес в области памяти. С помощью этой адресации можно работать с одномерными массивами. Символическое имя определяет начало массива, а переход от одного элемента к другому осуществляется с помощью содержимого индексного регистра.
7) Адресация по базе с индексированием
MOV AX, Arr[BX][DI] ; ((DS) (BX) (DI) Arr) ®AX.
Эта адресация используется для работы с двумерными массивами. Символическое имя определяет начало массива, с помощью базового регистра осуществляется переход от одной строки матрицы к другой, а с помощью индексного регистра - переход от одного элемента к другому внутри строки.
8. Особенности использования команд пересылки
1. Нельзя пересылать информацию из одной области памяти в другую.
2. Нельзя пересылать информацию из одного сегментного регистра в другой.
3. Нельзя пересылать непосредственный операнд в сегментный регистр, но если такая необходимость возникает, то нужно использовать в качестве промежуточного один из регистров общего назначения: MOV DX, 100h
MOV DS, DX
4. Нельзя изменять командой MOV содержимое регистра CS.
5. Данные в памяти хранятся в "перевернутом" виде, а в регистрах в "нормальном" виде, и команда пересылки учитывает это, например, R DW 1234h
В байте с адресом R будет 34h, в байте с адресом R 1 будет 12h.
MOV AX, R ; 12h ® AH, 34h ® AL.
6. Размер передаваемых данных определяется типом операндов в команде.
X DB ? ; Х - адрес одного байта в памяти.
DW ? ; Y определяет поле в 2 байта в памяти.
MOV X, 0 ; очищение одного байта в памяти.
MOV Y, 0 ; очищение двух байт в памяти.
MOV AX, 0 ; очищение двух байт регистра
MOV [SI], 0 ; сообщение об ошибке.
В двух последних случаях необходимо использовать специальный оператор PTR.
PTR
Выражение может быть константным или адресным, а тип - BYTE, WORD, DWORD и т.д. byte PTR 0 ; 0 воспринимается как байт word PTR 0 ; 0 воспринимается как слово byte PTR op1; один байт в памяти начиная с этого адреса
MOV byte PTR [SI], 0
? MOV [SI], byte PTR 0
? MOV [SI], word PTR 0 ; 0 ® ((DS) (SI))
7. Если тип обоих операндов в команде определяется, то эти типы должны соответствовать друг другу.
MOV AH, 500 ; сообщение об ошибке.
MOV AX, X ; ошибка, Х - 1байт, АХ - 2 байта.
MOV AL, R ; ошибка
MOV AL, byte PTR R ; (AL) = 34h
MOV AL, byte PTR R 1 ; (AL) = 12h
К командам пересылки относят: 1) команду обмена значений операндов.
XCHG OP1, OP2 ; r « r U r " m
MOV AX, 10h
MOV BX, 20h
XCHG AX, BX ; (AX) = 20h, (BX) = 10h
2) команду BSWOP для перестановки значений байтов внутри регистра. Например, если (EAX) = 12345678h, то после выполнения команды BSWOP EAX содержимое (EAX) = 78563412h.
3) команды конвертирования: CBW ; безадресная команда, (AL) ® AX.
CWD ;( AX) ® DS:AX (для i386 и выше)
EWDE ; ( AX) ® EAX
CDF ; (EAX) ® EDX:EAX
4) команды условной пересылки CMOVXX: CMOVL AL, BL ; если (AL) < (BL), то (BL) ® (AL)
5) команду загрузки адреса: LEA OP1, OP2
Эта команда вычисляет адрес OP2 и пересылает первому операнду, который может быть только регистром.
LEA BX, M[DX][DI]
9. Структура программы на Ассемблере архитектура микропроцессор память ассемблер
Ассемблер - это язык программирования низкого уровня и программа, написанная на Ассемблере, должна пройти три этапа обработки на компьютере, как и программа, написанная на любом другом языке программирования.
I этап - преобразование исходного модуля в объектный - ассемблирование. Исходных модулей может быть 1 или несколько. II этап - с помощью программы редактора связей объектные модули объединяются в загрузочный, исполняемый модуль. III этап - выполнение программы.
Существует два типа исполняемых модулей (исполняемых файлов): exe-файл (.exe) и com-файл (.com). В результате выполнения второго этапа получается исполняемый exe-файл, чтобы получить com-файл, необходимо выполнить еще один этап обработки - преобразование exe-файла в com-файл.
Исходный файл на Ассемблере состоит из команд и директив. Команды преобразуются в машинные коды, реализующие алгоритм решения задачи. Директивы описывают, каким образом необходимо выполнять ассемблирование и объединение модулей. Они описывают форматы данных, выделяемые области памяти для программ и данных и т.д.
Команда на Ассемблере состоит из четырех полей: [[:]] [] [;комментарии]
Поля отделяют друг от друга хотя бы одним пробелом. В квадратных скобках указаны необязательные поля, все поля, кроме , могут отсутствовать. - символическое имя Ассемблера. Имя используется в качестве метки для обращения к этой команде, передачи управления на данную команду, [:] после имени означает, что метка является внутренней. Код операции определяет, какое действие должен выполнить процессор. Поле содержит адреса данных, или данные, участвующие в операции, а также место расположения результатов операции. Операндов может быть от 1 до 3, они отделяются друг от друга запятой. Комментарии отделяются кроме пробела еще и ";" и могут занимать всю строку или часть строки.
Например: JMP M1 ; команда безусловной передачи управления на команду с меткой M1.
Директива, как и команда, состоит из четырех полей: [] [;комментарии]
Здесь - символическое имя Ассемблера, - определяет назначение директивы. Операндов может быть различное количество и для одной директивы.
Например: M1 DB 1, 0, 1, 0, 1
Директива DB определяет 5 байтов памяти и заполняет 0 или 1 соответственно, адрес первого байта определяется символическим именем М1.
M2 DB ?,?,?
Директива DB определяет три байта памяти ничем их не заполняя, адрес первого - M2.
PP1 Proc FAR ; директива начала процедуры, PP1 endp ; директива конца процедуры, SS Segment ; директива начала сегмента, SSENDS ; директива конца сегмента.
Исходный модуль на Ассемблере это последовательность строк: команд, директив и комментариев. Исходный модуль просматривается Ассемблером, пока не встретится директива end. Обычно программа на Ассемблере состоит из трех сегментов: сегмента стека, сегмента данных, сегмента кода.
; сегмент стека
Sseg Segment…
----/-----
Sseg ends
; сегмент данных
Dseg Segment…
-----/-------
Dseg end
; сегмент кода
Cseg Segment…
-----/-------
Cseg end end start
Каждый сегмент начинается директивой начала сегмента - Segment и заканчивается директивой конца сегмента - ends, в операндах директивы Segment содержится информация о назначении сегмента, кроме того в кодовом сегменте непосредственно за директивой Segment должна быть специальная директива, устанавливающая соответствие между именами в директивах Segment и сегментными регистрами. Например,
ASSUME SS:SSEG, DS:DSEG, CS:CSEG, CS:DSEG;
Здесь на DSEG ссылаются два сегментных регистра и DS, и CS, это значит, что содержимое этих сегментов будет одинаковым, т.е. адреса начала двух сегментов данных будут одинаковыми.
Кодовый сегмент оформляется как процедура, это может быть одна процедура или несколько последовательных процедур, или несколько вложенных процедур.
Структура кодового сегмента с использованием двух вложенных процедур выглядит следующим образом: Cseg Segment…
В сегменте стека выделяется место под стек. В сегменте данных описываются данные, используемые в программе, выделяется место под промежуточные и окончательные результаты.
Кодовый сегмент содержит программу решения поставленной задачи. Представим структуру программы с использованием стандартных директив сегментации, когда кодовый сегмент реализован как две последовательные процедуры.
; Prim1.ASM
; сегмент стека
Sseg Segment…
DB 256 DUP(?)
Sseg ends
; сегмент даннх
Dseg Segment…
X DB ‘A’
Y DB ‘B’
Z DB ‘C’
Dseg ends
Cseg Segment…
ASSUME SS:SSEG, DS:DSEG, CS:CSEG
Start Proc FAR
Push DS
Push AX
MOV DX, DSEG
MOV DS, DX
CALL Main
Ret
Start endp
Main Proc NEAR
ADD AL, X
MOV AX, Y
--------/------ ret
Main endp
Cseg ends end Start
Строки 1, 5, 11 - это комментарии. Кодовый сегмент содержит две последовательные процедуры. Первая процедура - внешняя, об этом говорит параметр FAR в директиве proc.
Строки 15 -18 - реализуют связь с операционной системой и определяют адрес начала сегмента данных. Строка 19 - это обращение к внутренней процедуре Main, строка 20, команда Ret - возврат в ОС. Main - внутренняя процедура, о чем говорит параметр NEAR в директиве начала процедуры Proc. Директива end имеет параметр Start, определяющий точку входа в программу, т.е. команду, с которой должно начинаться выполнение программы. Внутренняя процедура это процедура, к которой можно обратиться только из того сегмента, в котором она содержится. К внешней процедуре можно обратиться из любого сегмента. По умолчанию (если в директиве начала процедуры параметр отсутствует) процедура является внутренней.
Алфавит языка Ассемблер состоит из символов трех категорий: букв латинского алфавита, арабских цифр и специальных символов.
Символические имена в Ассемблере могут состоять из строчных и прописных букв латинского алфавита, цифр от 0 до 9 и некоторых символов ‘_’, ‘.’, ‘?’, строчные и прописные буквы не различаются, количество значимых символов в имени равно 31.
В программе на Ассемблере могут использоваться константы пяти типов: целые двоичные, десятичные, шестнадцатеричные, действительные с плавающей точкой, символьные.
Целые двоичные - это последовательности 0 и 1 со следующим за ними символом ‘b’, например, 10101010b или 11000011b.
Целые десятичные - это обычные десятичные числа, возможно заканчивающиеся буквой d, например, - 125 или 78d.
Целые шестнадцатеричные числа - должны начинаться с цифры и заканчиваются символом ‘h’, если первая цифра шестнадцатеричного числа это - ‘A’, ‘B’, ‘C’, ‘D’, ‘E’, ‘F’, то перед ним необходимо поставить ноль, иначе они будут восприниматься как символические имена, например, 12ABH, 79CDH, 0AE5Ah.
Числа действительные с плавающей точкой представляются в виде мантиссы и порядка, например, - 34.751е 02 - это 3475.1 или 0.547е-2 - это 0.00547.
Символьные данные - это последовательности символов, заключенные в апострофы или двойные кавычки, например, "abcd", "a1b2c3", ‘567".
Также, как и в языках высокого уровня, в Ассемблере могут использоваться именованные константы. Для этого существует специальная директива EQU. Например, M EQU 27 ; директива EQU присваивает имени М значение 27.
Переменные в Ассемблере определяются с помощью директив определения данных и памяти, например, v1 DB 0CFH v2 DW 34 или с помощью директивы ‘ = ’ v3 = 100 v3 = v3 1
Константы в основном используются в директивах определения или как непосредственные операнды в командах.
Выражения в Ассемблере строятся из операндов, операторов и скобок.
Операнды - это константы или переменные. Операторы - это знаки операций: арифметических, логических, отношений и некоторых специальных.
Арифметические операции: ‘ ’, ‘-‘, ‘*’, ‘/’, mod.
Логические операции: NOT, AND, OR, XOR.
Операции отношений: LT(), GE(?).
Операции сдвига: сдвиг влево(SHL), сдвиг вправо(SHR).
Специальные операции: offset и PTR. offset - ее значением является смещение операнда, а операндом может быть метка или переменная;
PTR - определяет тип операнда, которым может быть: BYTE = 1 байт, WORD = 2 байт, DWORD = 4 байт, FWORD = 6 байт, QWORD = 8 байт, TWORD = 10 байт;
или тип вызова: NEAR - ближний, FAR - дальний.
Примеры выражений: 1) 10010101b 37d 2) OP1 LT OP2
3) (OP3 GE OP4) AND (OP5 LT OP6) 4) 27 SHL 3 ;
11. Директива определения данных и памяти
Общий вид директивы определения следующий: [] Dx [] [], где x - это один из символов: B - определить байт, W - определить слово, D - определить двойное слово, F - определить 6 байтов памяти, Q - определить 8 байтов памяти, T - определить 10 байтов памяти. В поле операндов может быть знак вопроса, одна или несколько констант, разделенных запятой. Имя, если оно есть, определяет адрес первого байта выделяемой области. Директивой выделяется указанное количество байтов, и указанные операнды заполняют соответствующие поля памяти. Если операндом является знак вопроса (?), то значением соответствующего поля будет случайная величина. Примеры: 1)R1 DB 0, 0, 0, 0 ; выделено 4 байта, заполненных 0.
Адрес первого байта - R1, второго R1 1, третьего - R1 2, четвертого - R1 3
3) Если операндом является символическое имя IM1, которое соответствует смещению 03АС1h в сегменте, то после выполнения
M DD IM1 будет выделено 4 байта памяти, двойное слово с адресом - М. и значением - 03АС1h.
4) Если необходимо выделить 100 байтов памяти и заполнить их 1, то это можно сделать с помощью специального повторителя DUP.
D DB 100 DUP (1)
5) Определить одномерный массив слов с адресом первого элемента массива, именем MAS и конкретными значениями можно так: MAS DW 1, 7, 35, 75, 84
6) Определение двумерного массива ARR(3,4):
Выделили 100 байтов памяти, ничем не заполняя.
В директиве определения байта (слова) максимально допустимая константа - 255 (65535).
С помощью директивы определения байта можно определить символьную константу длинной 255 символов, а с помощью определения слова можно определить символьную константу, которая может содержать не более двух символов.
12. Команда прерывания, команды работы со стеком
С помощью команды прерывания приостанавливается работа процессора, управление передается DOC или BIOS и после выполнения какой-то системной обрабатывающей программы, управление передается команде, следующей за командой Int.
Выполняемые действия будут зависеть от операнда, (параметры директивы команды Int) и содержания некоторых регистров.
Например, чтобы вывести на экран символ восклицательный знак ‘!’ необходимо выполнить три команды: MOV AH, 6
MOV DL, ‘!’
Int 21h ;
Команда int с параметром 21h передает управление обработчику функций операционной системы, который по содержимому регистра AH определяет какую функцию следует выполнить. Функция с номером 6 - это вывод на экран символа, хранящегося в регистре DL. Процессор выполняет программу вывода на экран символа и возвращается к выполнению текущей программы, начиная с команды, следующей за int.
Для работы со стеком используются регистры SS, SP/ESP и BP/EBP.
Сегментный регистр SS содержит адрес начала сегмента стека. ОС сама выбирает этот адрес и пересылает его в регистр SS. Регистр SP указывает на вершину стека и при добавлении элемента в стек содержимое этого регистра уменьшается на длину операнда.
Вы можете ЗАГРУЗИТЬ и ПОВЫСИТЬ уникальность своей работы
