Структуры в языке ассемблер. Структура программы на ассемблере Формат данных и структура команд языка ассемблер

Тема 1.4 Ассемблерная мнемоника. Структура и форматы команд. Виды адресации. Система команд микропроцессора

План:

1 Язык ассемблера. Основные понятия

2 Символы языка ассемблера

3 Типы операторов ассемблера

4 Директивы ассемблера

5 Система команд процессора

1 Я зык ассемблера. Основные понятия

Язык ассемблера - это символическое представление машинного языка. Все процессы в машине на самом низком, аппаратном уровне приводятся в действие только командами (инструкциями) машинного языка. Отсюда понятно, что, несмотря на общее название, язык ассемблера для каждого типа компьютера свой.

Программа на ассемблере представляет собой совокупность блоков памяти, называемых сегментами памяти. Программа может состоять из одного или нескольких таких блоков-сегментов. Каждый сегмент содержит совокупность предложений языка, каждое из которых занимает отдельную строку кода программы.

Предложения ассемблера бывают четырех типов:

1) команды или инструкции, представляющие собой символические аналоги машинных команд. В процессе трансляции инструкции ассемблера преобразуются в соответствующие команды системы команд микропроцессора;

2) макрокоманды - оформляемые определенным образом предложения текста программы, замещаемые во время трансляции другими предложениями;

3) директивы, являющиеся указанием транслятору ассемблера на выполнение некоторых действий. У директив нет аналогов в машинном представлении;

4) строки комментариев , содержащие любые символы, в том числе и буквы русского алфавита. Комментарии игнорируются транслятором.

­ Структура программы на ассемблере. Синтаксис ассемблера.

Предложения, составляющие программу, могут представлять собой синтаксическую конструкцию, соответствующую команде, макрокоманде, директиве или комментарию. Для того чтобы транслятор ассемблера мог распознать их, они должны формироваться по определенным синтаксическим правилам. Для этого лучше всего использовать формальное описание синтаксиса языка наподобие правил грамматики. Наиболее распространенные способы подобного описания языка программирования - синтаксические диаграммы и расширенные формы Бэкуса-Наура. Для практического использования более удобны синтаксические диаграммы. К примеру, синтаксис предложений ассемблера можно описать с помощью синтаксических диаграмм, показанных на следующих рисунках 10, 11, 12.

Рисунок 10 - Формат предложения ассемблера

­ Рисунок 11 - Формат директив

­ Рисунок 12 - Формат команд и макрокоманд

На этих рисунках:

­ имя метки - идентификатор, значением которого является адрес первого байта того предложения исходного текста программы, которое он обозначает;

­ имя - идентификатор, отличающий данную директиву от других одноименных директив. В результате обработки ассемблером определенной директивы этому имени могут быть присвоены определенные характеристики;

­ код операции (КОП) и директива - это мнемонические обозначения соответствующей машинной команды, макрокоманды или директивы транслятора;

­ операнды - части команды, макрокоманды или директивы ассемблера, обозначающие объекты, над которыми производятся действия. Операнды ассемблера описываются выражениями с числовыми и текстовыми константами, метками и идентификаторами переменных с использованием знаков операций и некоторых зарезервированных слов.

Синтаксические диаграммы помогают найти и затем пройти путь от входа диаграммы (слева) к ее выходу (направо). Если такой путь существует, то предложение или конструкция синтаксически правильные. Если такого пути нет, значит эту конструкцию компилятор не примет.

­ 2 Символы языка ассемблера

Допустимыми символами при написании текста программ являются:

1) все латинские буквы: A-Z , a-z . При этом заглавные и строчные буквы считаются эквивалентными;

2) цифры от 0 до 9 ;

3) знаки ? , @ , $ , _ , & ;

4) разделители , . () < > { } + / * % ! " " ? = # ^ .

Предложения ассемблера формируются из лексем , представляющих собой синтаксически неразделимые последовательности допустимых символов языка, имеющие смысл для транслятора.

Лексемами являются:

1) идентификаторы - последовательности допустимых символов, использующиеся для обозначения таких объектов программы, как коды операций, имена переменных и названия меток. Правило записи идентификаторов заключается в следующем: идентификатор может состоять из одного или нескольких символов;

2) цепочки символов - последовательности символов, заключенные в одинарные или двойные кавычки;

3) целые числав одной из следующих систем счисления: двоичной, десятичной, шестнадцатеричной. Отождествление чисел при записи их в программах на ассемблере производится по определенным правилам:

4) десятичные числа не требуют для своего отождествления указания каких-либо дополнительных символов, например 25 или 139. Для отождествления в исходном тексте программы двоичных чисел необходимо после записи нулей и единиц, входящих в их состав, поставить латинское “b ”, например 10010101b .

5) шестнадцатеричные числа имеют больше условностей при своей записи:

Во-первых, они состоят из цифр 0...9 , строчных и прописных букв латинского алфавита a , b , c , d , e , f или A , B , C , D , E , F .

Во-вторых, у транслятора могут возникнуть трудности с распознаванием шестнадцатеричных чисел из-за того, что они могут состоять как из одних цифр 0...9 (например, 190845), так и начинаться с буквы латинского алфавита (например, ef15 ). Для того чтобы "объяснить" транслятору, что данная лексема не является десятичным числом или идентификатором, программист должен специальным образом выделять шестнадцатеричное число. Для этого на конце последовательности шестнадцатеричных цифр, составляющих шестнадцатерич-ное число, записывают латинскую букву “h ”. Это обязательное условие. Если шестнадцатеричное число начинается с буквы, то перед ним записывается ведущий ноль: 0 ef15h.

Практически каждое предложение содержит описание объекта, над которым или при помощи которого выполняется некоторое действие. Эти объекты называются операндами . Их можно определить так: операнды - это объекты (некоторые значения, регистры или ячейки памяти), на которые действуют инструкции или директивы, либо это объекты, которые определяют или уточняют действие инструкций или директив.

Возможно, провести следующую классификацию операндов:

­ постоянные или непосредственные операнды;

­ адресные операнды;

­ перемещаемые операнды;

­ счетчик адреса;

­ регистровый операнд;

­ базовый и индексный операнды;

­ структурные операнды;

­ записи.

Операнды являются элементарными компонентами, из которых формируется часть машинной команды, обозначающая объекты, над которыми выполняется операция. В более общем случае операнды могут входить как составные части в более сложные образования, называемые выражениями .

Выражения представляют собой комбинации операндов и операторов, рассматриваемые как единое целое. Результатом вычисления выражения может быть адрес некоторой ячейки памяти или некоторое константное (абсолютное) значение.

­ 3 Типы операторов ассемблера

Перечислим возможные типы операторов ассемблера и синтаксические правила формирования выражений ассемблера:

­ арифметические операторы;

­ операторы сдвига;

­ операторы сравнения;

­ логические операторы;

­ индексный оператор;

­ оператор переопределения типа;

­ оператор переопределения сегмента;

­ оператор именования типа структуры;

­ оператор получения сегментной составляющей адреса выражения;

­ оператор получения смещения выражения.

1 Директивы ассемблера

­ Директивы ассемблера бывают:

1) Директивы сегментации. В ходе предыдущего обсуждения мы выяснили все основные правила записи команд и операндов в программе на ассемблере. Открытым остался вопрос о том, как правильно оформить последовательность команд, чтобы транслятор мог их обработать, а микропроцессор - выполнить.

При рассмотрении архитектуры микропроцессора мы узнали, что он имеет шесть сегментных регистров, посредством которых может одновременно работать:

­ с одним сегментом кода;

­ с одним сегментом стека;

­ с одним сегментом данных;

­ с тремя дополнительными сегментами данных.

Физически сегмент представляет собой область памяти, занятую командами и (или) данными, адреса которых вычисляются относительно значения в соответствующем сегментном регистре. Синтаксическое описание сегмента на ассемблере представляет собой конструкцию, изображенную на рисунке 13:

­ Рисунок 13 - Синтаксическое описание сегмента на ассемблере

Важно отметить, что функциональное назначение сегмента несколько шире, чем простое разбиение программы на блоки кода, данных и стека. Сегментация является частью более общего механизма, связанного с концепцией модульного программирования. Она предполагает унификацию оформления объектных модулей, создаваемых компилятором, в том числе с разных языков программирования. Это позволяет объединять программы, написанные на разных языках. Именно для реализации различных вариантов такого объединения и предназначены операнды в директиве SEGMENT.

2) Директивы управления листингом. Директивы управления листингом делятся на следующие группы:

­ общие директивы управления листингом;

­ директивы вывода в листинг включаемых файлов;

­ директивы вывода блоков условного ассемблирования;

­ директивы вывода в листинг макрокоманд;

­ директивы вывода в листинг информации о перекрестных ссылках;

­ директивы изменения формата листинга.

2 Система команд процессора

Система команд процессора представлена на рисунке 14.

Рассмотрим основные группы команд.

­ Рисунок 14 - Классификация команд ассемблера

Команды бывают:

1 Команды пересылки данных. Эти команды занимают очень важное место в системе команд любого процессора. Они выполняют следующие важнейшие функции:

­ сохранение в памяти содержимого внутренних регистров процессора;

­ копирование содержимого из одной области памяти в другую;

­ запись в устройства ввода/вывода и чтение из устройств ввода/вывода.

В некоторых процессорах все эти функции выполняются одной единственной командой MOV (для байтовых пересылок - MOVB ) но с различными методами адресации операндов.

В других процессорах помимо команды MOV имеется еще несколько команд для выполнения перечисленных функций. Также к командам пересылки данных относятся команды обмена информацией (их обозначение строится на основе слова Exchange ). Может быть предусмотрен обмен информацией между внутренними регистрами, между двумя половинами одного регистра (SWAP ) или между регистром и ячейкой памяти.

2 Арифметические команды. Арифметические команды рассматривают коды операндов как числовые двоичные или двоично-десятичные коды. Эти команды могут быть разделены на пять основных групп:

­ команды операций с фиксированной запятой (сложение, вычитание, умножение, деление);

­ команды операций с плавающей запятой (сложение, вычитание, умножение, деление);

­ команды очистки;

­ команды инкремента и декремента;

­ команда сравнения.

3 Команды операций с фиксированной запятой работают с кодами в регистрах процессора или в памяти как с обычными двоичными кодами. Команды операций с плавающей запятой (точкой) используют формат представления чисел с порядком и мантиссой (обычно эти числа занимают две последовательные ячейки памяти). В современных мощных процессорах набор команд с плавающей запятой не ограничивается только четырьмя арифме-тическими действиями, а содержит и множество других более сложных команд, например, вычисление тригонометрических функций, логарифмических функций, а также сложных функций, необходимых при обработке звука и изображения.

4 Команды очистки предназначены для записи нулевого кода в регистр или ячейку памяти. Эти команды могут быть заменены командами пересылки нулевого кода, но специальные команды очистки обычно выполняются быстрее, чем команды пересылки.

5 Команды инкремента (увеличения на единицу) и декремента

(уменьшения на единицу) также бывают очень удобны. Их можно в принципе заменить командами суммирования с единицей или вычитания единицы, но инкремент и декремент выполняются быстрее, чем суммирование и вычитание. Эти команды требуют одного входного операнда, который одновременно является и выходным операндом.

6 Команда сравнения предназначена для сравнения двух входных операндов. По сути, она вычисляет разность этих двух операндов, но выходного операнда не формирует, а всего лишь изменяет биты в регистре состояния процессора по результату этого вычитания. Следующая за командой сравнения команда (обычно это команда перехода) будет анализировать биты в регистре состояния процессора и выполнять действия в зависимости от их значений. В некоторых процессорах предусмотрены команды цепочечного сравнения двух последовательностей операндов, находящихся в памяти.

7 Логические команды. Логические команды выполняют над операндами логические (побитовые) операции, то есть они рассматривают коды операндов не как единое число, а как набор отдельных битов. Этим они отличаются от арифметических команд. Логические команды выполняют следующие основные операции:

­ логическое И, логическое ИЛИ, сложение по модулю 2 (Исключающее ИЛИ);

­ логические, арифметические и циклические сдвиги;

­ проверка битов и операндов;

­ установка и очистка битов (флагов) регистра состояния процессора (PSW ).

Команды логических операций позволяют побитно вычислять основные логические функции от двух входных операндов. Кроме того, операция И используется для принудительной очистки заданных битов (в качестве одного из операндов при этом используется код маски, в котором разряды, требующие очистки, установлены в нуль). Операция ИЛИ применяется для принудительной установки заданных битов (в качестве одного из операндов при этом используется код маски, в котором разряды, требующие установки в единицу, равны единице). Операция «Исключающее ИЛИ» используется для инверсии заданных битов (в качестве одного из операндов при этом применяется код маски, в котором биты, подлежащие инверсии, установлены в единицу). Команды требуют двух входных операндов и формируют один выходной операнд.

8 Команды сдвигов позволяют побитно сдвигать код операнда вправо (в сторону младших разрядов) или влево (в сторону старших разрядов). Тип сдвига (логический, арифметический или циклический) определяет, каково будет новое значение старшего бита (при сдвиге вправо) или младшего бита (при сдвиге влево), а также определяет, будет ли где-то сохранено прежнее значение старшего бита (при сдвиге влево) или младшего бита (при сдвиге вправо). Циклические сдвиги позволяют сдвигать биты кода операнда по кругу (по часовой стрелке при сдвиге вправо или против часовой стрелки при сдвиге влево). При этом в кольцо сдвига может входить или не входить флаг переноса. В бит флага переноса (если он используется) записывается значение старшего бита при циклическом сдвиге влево и младшего бита при циклическом сдвиге вправо. Соответственно, значение бита флага переноса будет переписываться в младший разряд при циклическом сдвиге влево и в старший разряд при циклическом сдвиге вправо.

9 Команды переходов. Команды переходов предназначены для организации всевозможных циклов, ветвлений, вызовов подпрограмм и т.д., то есть они нарушают последовательный ход выполнения программы. Эти команды записывают в регистр-счетчик команд новое значение и тем самым вызывают переход процессора не к следующей по порядку команде, а к любой другой команде в памяти программ. Некоторые команды переходов предусматривают в дальнейшем возврат назад, в точку, из которой был сделан переход, другие не предусматривают этого. Если возврат предусмотрен, то текущие параметры процессора сохраняются в стеке. Если возврат не предусмотрен, то текущие параметры процессора не сохраняются.

Команды переходов без возврата делятся на две группы:

­ команды безусловных переходов;

­ команды условных переходов.

В обозначениях этих команд используются слова Branch (ветвление) и Jump (прыжок).

Команды безусловных переходов вызывают переход в новый адрес независимо ни от чего. Они могут вызывать переход на указанную величину смещения (вперед или назад) или же на указанный адрес памяти. Величина смещения или новое значение адреса указываются в качестве входного операнда.

Команды условных переходов вызывают переход не всегда, а только при выполнении заданных условий. В качестве таких условий обычно выступают значения флагов в регистре состояния процессора (PSW ). То есть условием перехода является результат предыдущей операции, меняющей значения флагов. Всего таких условий перехода может быть от 4 до 16. Несколько примеров команд условных переходов:

­ переход, если равно нулю;

­ переход, если не равно нулю;

­ переход, если есть переполнение;

­ переход, если нет переполнения;

­ переход, если больше нуля;

­ переход, если меньше или равно нулю.

Если условие перехода выполняется, то производится загрузка в регистр-счетчик команд нового значения. Если же условие перехода не выполняется, счетчик команд просто наращивается, и процессор выбирает и выполняет следующую по порядку команду.

Специально для проверки условий перехода применяется команда сравнения (СМР), предшествующая команде условного перехода (или даже нескольким командам условных переходов). Но флаги могут устанавливаться и любой другой командой, например командой пересылки данных, любой арифметической или логической командой. Отметим, что сами команды переходов флаги не меняют, что как раз и позволяет ставить несколько команд переходов одну за другой.

Особое место среди команд перехода с возвратом занимают команды прерываний. Эти команды в качестве входного операнда требуют номер прерывания (адрес вектора).

Вывод:

Язык ассемблера - это символическое представление машинного языка. Язык ассемблера для каждого типа компьютера свой. Программа на ассемблере представляет собой совокупность блоков памяти, называемых сегментами памяти. Каждый сегмент содержит совокупность предложений языка, каждое из которых занимает отдельную строку кода программы. Предложения ассемблера бывают четырех типов: команды или инструкции, макрокоманды, директивы, строки комментариев.

Допустимыми символами при написании текста программ являются все латинские буквы: A-Z , a-z . При этом заглавные и строчные буквы считаются эквивалентными; цифры от 0 до 9 ; знаки ? , @ , $ , _ , & ; разделители , . () < > { } + / * % ! " " ? = # ^ .

Применяют следующие типы операторов ассемблера и синтаксические правила формирования выражений ассемблера. арифметические операторы, операторы сдвига, операторы сравнения, логические операторы, индексный оператор, оператор переопределения типа, оператор переопределения сегмента, оператор именования типа структуры, оператор получения сегментной составляющей адреса выражения, оператор получения смещения выражения.

Система команд разделена на 8 основных групп.

­ Контрольные вопросы:

1 Что представляет собой язык ассемблера?

2 Какие символы можно применять для записи команд на ассемблере?

3 Что представляют собой метки и их назначение?

4 Пояснить структуру команд ассемблера.

5 Перечислить 4 типа предложений ассемблера.

1. Архитектура ПК……………………………………………………………5

1.1. Регистры.

1.1.1 Регистры общего назначения.

1.1.2. Сегментные регистры

1.1.3 Регистр флагов

1.2. Организация памяти.

1.3. Представление данных.

1.3.1 Типы данных

1.3.2 Представление символов и строк

2. Операторы программы на ассемблере ……………………………………

1. Команды языка ассемблера

2.2. Режимы адресации и форматы машинных команд

3. Псевдооператоры ………………………………………………………….

3.1 Директивы определения данных

3.2 Структура программы на ассемблере

3.2.1 Программные сегменты. Директива assume

3.2.3 Упрощенная директива сегментации

4. Ассемблирование и компоновка программы ………………………….

5. Команды пересылки данных…………………………………………….

5.1 Команды общего назначения

5.2 Команды работы со стеком

5.3 Команды ввода-вывода

5.4 Команды пересылки адреса

5.5 Команды пересылки флагов

6. Арифметические команды ……………………………………………….

6.1 Арифметические операции над целыми двоичными числами

6.1.1 Сложение и вычитание

6.1.2 Команды приращения и уменьшения приемника на единицу

6.2 Умножение и деление

6.3 Изменение знака

7. Логические операции ………………………………………………….

8. Сдвиги и циклические сдвиги …………………………………………

9. Строковые операции …………………………………………………….

10. Логика и организация программ ………………………………………

10.1 Безусловные переходы

10.2 Условные переходы

10.4 Процедуры в языке ассемблера

10.5 Прерывания INT

10.6 Системное программное обеспечение

10.6.1.1 Чтение клавиатуры.

10.6.1.2 Вывод символов на экран

10.6.1.3 Завершение программ.

10.6.2.1 Выбор режимов дисплея

11. Дисковая память ……………………………………………………………..

11.2 Таблица распределения файлов

11.3 Операции ввода-вывода на диск

11.3.1 Запись файла на диск

11.3.1.1 Данные в формате ASCIIZ

11.3.1.2 Файловый номер

11.3.1.3 Создание дискового файла

11.3.2 Чтение дискового файла

Введение

Язык ассемблера - это символическое представление машинного языка. Все процессы в персональном компьютере (ПК) на самом низком, аппаратном уровне приводятся в действие только командами (инструкциями) машинного языка. По-настоящему решить проблемы, связанные с аппаратурой (или даже, более того, зависящие от аппаратуры как, к примеру, повышение быстродействия программы), невозможно без знания ассемблера.

Ассемблер представляет собой удобную форму команд непосредственно для компонент ПК и требует знание свойств и возможностей интегральной микросхемы, содержащей эти компоненты, а именно микропроцессора ПК. Таким образом, язык ассемблера непосредственно связан с внутренней организацией ПК. И не случайно практически все компиляторы языков высокого уровня поддерживают выход на ассемблерный уровень программирования.

Элементом подготовки программиста-профессионала обязательно является изучение ассемблера. Это связано с тем, что программирование на ассемблере требует знание архитектуры ПК, что позволяет создавать более эффективные программы на других языках и объединять их с программами на ассемблере.

В пособии рассматриваются вопросы программирования на языке ассемблера для компьютеров на базе микропрцессоров фирмы Intel.

Данное учебное пособие адресуется всем, кто интересуется архитектурой процессора и основам программирования на языке Ассемблер, в первую очередь, разработчикам программного продукта.

Архитектура ПК.

Архитектура ЭВМ – это абстрактное представление ЭВМ, которое отражает ее структурную, схемотехническую и логическую организацию.

Все современные ЭВМ обладают некоторыми общими и индивидуальными свойствами архитектуры. Индивидуальные свойства присущи только конкретной модели компьютера.

Понятие архитектуры ЭВМ включает в себя:

структурную схему ЭВМ;

средства и способы доступа к элементам структурной схемы ЭВМ;

набор и доступность регистров;

организацию и способы адресации;

способ представления и формат данных ЭВМ;

набор машинных команд ЭВМ;

форматы машинных команд;

обработка прерываний.

Основные элементы аппаратных средств компьютера: системный блок, клавиатура, устройства отображения, дисководы, печатающие устройства (принтер) и различные средства связи. Системный блок состоит из системной платы, блока питания и ячеек расширения для дополнительных плат. На системной плате размещены микропроцессор, постоянная память (ROM), оперативная память (RAM) и сопроцессор.

Регистры.

Внутри микропроцессора информация содержится в группе из 32 регистров (16 пользовательских, 16 системных), в той или иной мере доступных для использования программистом. Так как пособие посвящено программированию для микропроцессора 8088-i486, то логичнее всего начать эту тему с обсуждения внутренних регистров микропроцессора, доступных для пользователя.

Пользовательские регистры используются программистом для написания программ. К этим регистрам относятся:

восемь 32-битных регистров (регистры общего назначения) EAX/AX/AH/AL, EBX/BX/BH/BL, ECX/CX/CH/CL, EDX/DX/DLH/DL, EBP/BP, ESI/SI, EDI/DI, ESP/SP;

шесть 16 -,битовых регистров сегментов: CS,DS, SS, ES, FS,GS;

регистры состояния и управления: регистр флагов EFLAGS/FLAGS, и регистр указателя команды EIP/IP.

Через наклонную черту приведены части одного 32-разрядного регистра. Приставка E (Extended) обозначает использование 32-разраядного регистра. Для работы с байтами используются регистры с приставками L (low) и H(high), например, AL,CH - обозначающие младший и старший байты 16-разрядных частей регистров.

Регистры общего назначения.

EAX/AX/AH/AL(Accumulator register) –аккумулятор . Используются при умножении и делении, в операциях ввода-вывода и в некоторых операциях над строками.

EBX/BX/BH/BL – базовый регистр (base register), часто используется при адресации данных в памяти.

ECX/CX/CH/CL – счетчик (count register), используется как счетчик числа повторений цикла.

EDX/DX/DH/DL –регистр данных (data register), используется для хранения промежуточных данных. В некоторых командах использование его обязательно.

Все регистры этой группы позволяют обращаться к своим «младшим» частям. Использование для самостоятельной адресации можно только младшие 16- и 8-битовые части этих регистров. Старшие 16 бит этих регистров как самостоятельные объекты недоступны.

Для поддержки команд обработки строк, позволяющих производить последовательную обработку цепочек элементов имеющих длину 32, 16 или 8 бит используются:

ESI/SI (source index register) – индекс источника . Содержит адрес текущего элемента источника.

EDI/DI (distination index register) – индекс приемника (получателя). Содержит текущий адрес в строке приемнике.

В архитектуре микропрцессора на программно-аппаратном уровне поддерживается структура данных – стек. Для работы со стеком есть специальные команды и специальные регистры. Следует отметить, что стек заполняется в сторону меньших адресов.

ESP/SP (stack poINTer register) –регистр указателя стека . Содержит указатель вершины стека в текущем сегменте стека.

EBP/BP (base poINTer register) –регистр указателя базы стека . Предназначен для организации произвольного доступа к данным внутри стека.

1.1.2. Сегментные регистры

В программной модели микропроцессора имеются шесть сегментных регистров: CS, SS, DS, ES, GS, FS. Их существование обусловлено спецификой организации и использования оперативной памяти микропроцессорами Intel. Микропроцессор аппаратно поддерживает структурную организацию программы состоящей из сегментов. Для указания сегментов доступных в данный момент предназначены сегментные регистры. Микропроцессор поддерживает следующие типы сегментов:

Сегмент кода. Содержит команды программы Для доступа к этому сегменту служит регистр CS (code segment register) – сегментный регистр кода . Он содержит адрес сегмента с машинными командами, к которому имеет доступ микропроцессор.

Сегмент данных. Содержит обрабатываемые программой данные. Для доступа к этому сегменту служит регистр DS (data segment register) – сегментный регистр данных , который хранит адрес сегмента данных текущей программы.

Сегмент стека. Этот сегмент представляет собой область памяти, называемую стеком. Микропроцессор организует стек по принципу – первый «пришел», первый «ушел». Для доступа к стеку служит регистр SS (stack segment register) – сегментный регистр стека , содержащий адрес сегмента стека.

Дополнительный сегмент данных. Обрабатываемые данные могут находиться еще в трех дополнительных сегментах данных. По умолчанию предполагается, что данные находятся в сегменте данных. При использовании дополнительных сегментов данных их адреса требуется указать явно с помощью специальных префиксов переопределения сегментов в команде. Адреса дополнительных сегментов данных должны содержаться в регистрах ES, GS, FS (extenSIon data segment registers).

Регистры управления и состояния

Микропроцессор содержит несколько регистров, которые содержат информацию о состоянии, как самого микропроцессора, так и программы, команды которой в данный момент загружены в конвейер. Это:

Регистр указателя команд EIP/IP;

регистр флагов EFLAGS/FLAGS.

Используя эти регистры, можно получать информацию о результатах выполнения команд и влиять на состояние самого микропроцессора.

EIP/IP (instruction poINTer register) –указатель команд . Регистр EIP/IP имеет разрядность 32 или 16 бит и содержит смещение следующей выполняемой команды относительно содержимого сегментного регистра CS в текущем сегменте команд. Этот регистр непосредственно недоступен, но изменение его производится командами перехода.

EFLAGS/FLAGS (Flag register) – регистр флагов . Разрядность 32/16 бит. Отдельные биты данного регистра имеют определенное функциональное назначение и называются флагами. Флаг - это бит, принимающий значение 1 ("флаг установлен"), если выполнено некоторое условие, и значение 0 ("флаг сброшен") в противном случае. Младшая часть этого регистра полностью аналогична регистру FLAGS для i8086.

1.1.3 Регистр флагов

Регистр флагов является 32-разрядным, имеет имя EFLAGS (рис.1). Отдельные биты регистра имеют определенное функциональное назначение и называются флагами. Каждому из них присвоено определенное имя (ZF, CF и т.д). Младшие 16 бит EFLAGS представляют 16-разрядный регистр флагов FLAGS, используемый при выполнении программ, написанных для микропроцессора i086 и i286.

Рис.1 Регистр флагов

Некоторые флаги принято называть флагами условий; они автоматически меняются при выполнении команд и фиксируют те или иные свойства их результата (например, равен ли он нулю). Другие флаги называются флагами состояний; они меняются из программы и оказывают влияние на дальнейшее поведение процессора (например, блокируют прерывания).

Флаги условий:

CF (carry flag) - флаг переноса . Принимает значение 1, если при сложении целых чисел появилась единица переноса, не "влезающая" в разрядную сетку, или если при вычитании чисел без знака первое из них было меньше второго. В командах сдвига в CF заносится бит, вышедший за разрядную сетку. CF фиксирует также особенности команды умножения.

OF (overflow flag) - флаг переполнения . Устанавливается в 1, если при сложении или вычитании целых чисел со знаком получился результат, по модулю превосходящий допустимую величину (произошло переполнение мантиссы и она "залезла" в знаковый разряд).

ZF (zero flag) - флаг нуля . Устанавливается в 1, если результат команды оказался равным 0.

SF (SIgn flag) - флаг знака . Устанавливается в 1, если в операции над знаковыми числами получился отрицательный результат.

PF (parity flag) - флаг четности . Равен 1, если результат очередной команды содержит четное количество двоичных единиц. Учитывается обычно только при операциях ввода-вывода.

AF (auxiliary carry flag) - флаг дополнительного переноса . Фиксирует особенности выполнения операций над двоично-десятичными числами.

Флаги состояний:

DF (direction flag) - флаг направления . Устанавливает направление просмотра строк в строковых командах: при DF=0 строки просматриваются "вперед" (от начала к концу), при DF=1 - в обратном направлении.

IOPL (input/output privilege level) – уровень привилегий ввода-вывода. Используется в защищенном режиме работы микропроцессора, для контроля доступа к командам ввода-вывода, в зависимости от привилегированности задачи.

NT (nested task) – флаг вложенности задачи. Используется в защищенном режиме работы микропроцессора для фиксации того факта, что одна задача вложена в другую.

Системные флаг:

IF (INTerrupt flag) - флаг прерываний . При IF=0 процессор перестает реагировать на поступающие к нему прерывания, при IF=1 блокировка прерываний снимается.

TF (trap flag) - флаг трассировки . При TF=1 после выполнения каждой команды процессор делает прерывание (с номером 1), чем можно воспользоваться при отладке программы для ее трассировки.

RF (resume flag) – флаг возобновления . Используется при обработке прерываний от регистров отладки.

VM (virtuAL 8086 mode) – флаг виртуального 8086. 1-процессор работает в режиме виртуального 8086. 0- процессор работает в реальном или защищенном режиме.

AC (ALignment check) –флаг контроля выравнивания. Предназначен для разрешения контроля выравнивания при обращении к памяти.

Организация памяти.

Физическая память, к которой микропроцессор имеет доступ, называется оперативной памятью (или оперативным запоминающим устройством - ОЗУ). ОЗУ представляет собой цепочку байтов, имеющих свой уникальный адрес (его номер), называемый физическим. Диапазон значений физических адресов от 0 до 4 Гбайт. Механизм управления памятью полностью аппаратный.

Микропроцессор аппаратно поддерживает несколько моделей использования оперативной памяти:

сегментированную модель . В этой модели память для программ делится на непрерывные области памяти (сегменты), а сама программа может обращаться только к данным, которые находятся в этих сегментах;

страничную модель . В этом случае оперативная память рассматривается как совокупность блоков фиксированного размера 4 Кбайта. Основное применение этой модели связано с организацией виртуальной памяти, что позволяет использовать для работы программ пространство памяти большее, чем объем физической памяти. Для микропроцессора Pentium размер возможной виртуальной памяти может достигать 4 Тбайта.

Использование и реализация этих моделей зависит от режима работы микропроцессора:

Режим реальных адресов (реальный режим). Режим аналогичный работе i8086 процессора. Необходим для функционирования программ, разработанных для ранних моделей процессоров.

Защищенный режим. В защищенном режиме появляется возможность многозадачной обработки информации, защиты памяти с помощью четырехуровнего механизма привилегий и ее страничной организации.

Режим виртуального 8086. В этом режиме появляется возможность работы нескольких программ для i8086. При этом возможна работа программ реального режима.

Сегментация – механизм адресации, обеспечивающий существование нескольких независимых адресных пространств. Сегмент представляет собой независимый, поддерживаемый на аппаратном уровне блок памяти.

Каждая программа в общем случае может состоять из любого количества сегментов, но непосредственный доступ она имеет к трем основным: кода, данных и стека – и от одного до трех дополнительных сегментов данных. Операционная система размещает сегменты программы в оперативной памяти по определенным физическим адресам, после чего помещает значения этих адресов в соответствующие регистры. Внутри сегмента программа обращается к адресам относительно начала сегмента линейно, то есть начиная с адреса 0 и заканчивая адресом, равным размеру сегмента. Относительный адрес или смещение, который микропроцессор использует для доступа к данным внутри сегмента, называется эффективным.

Формирование физического адреса в реальном режиме

В реальном режиме диапазон изменения физического адреса от 0 до 1 Мбайт. Максимальный размер сегмента 64 Кбайт. При обращении к конкретному физическому адресу оперативной памяти определяется адрес начала сегмента и смещение внутри сегмента. Адрес начала сегмента берется из соответствующего сегментного регистра. При этом в сегментном регистре содержатся только старшие 16 бит физического адреса начала сегмента. Недостающие младшие четыре бита 20-битного адреса получаются сдвигом значения сегментного регистра влево на 4 разряда. Операция сдвига выполняется аппаратно. Полученное 20-битное значение и является настоящим физическим адресом, соответствующим началу сегмента. То есть физический адрес задается как пара "сегмент:смещение",где "сегмент" (segment) - это первые16 битов начального адресасегмента памяти, которому принадлежитячейка, а "смещение" - 16-битовый адрес этой ячейки, отсчитанный от начала данного сегмента памяти (величина 16*сегмент+смещение дает абсолютный адрес ячейки). Если, например, в регистре CS хранится величина 1234h, тогда адресная пара 1234h:507h определяет абсолютный адрес, равный 16*1234h+507h =12340h+507h = 12847h. Такая пара записывается в виде двойного слова, причем (как и для чисел) в "перевернутом" виде: в первом слове размещается смещение, а вовтором - сегмент, причем каждое из этих словв свою очередь представлено в "перевернутом"виде. Например, пара 1234h:5678h будет записана так:| 78 | 56| 34 | 12|.

Данный механизм образования физического адреса позволяет сделать программное обеспечение перемещаемым, то есть не зависящим от конкретных адресов загрузки его в оперативной памяти.

Программирование на уровне машинных команд - это тот минимальный уровень, на котором возможно составление программ. Система машинных команд должна быть достаточной для того, чтобы реализовать требуемые действия, выдавая указания аппаратуре вычислительной машины.

Каждая машинная команда состоит из двух частей:

• операционной — определяющей, «что делать»;
• операндной — определяющей объекты обработки, «с чем делать».

Машинная команда микропроцессора, записанная на языке ассемблера, представляет собой одну строку, имеющую следующий синтакический вид:

метка команда/директива операнд(ы) ;комментарии

При этом обязательным полем в строке является команда или директива.

Метка, команда/директива и операнды (если имеются) разделяются по крайней мере одним символом пробела или табуляции.

Если команду или директиву необходимо продолжить на следующей строке, то используется символ обратный слеш: \.

По умолчанию язык ассемблера не различает заглавные и строчные буквы в написании команд или директив.

Примеры строк кода:

Count db 1 ;Имя, директива, один операнд
mov eax,0 ;Команда, два операнда
cbw ; Команда

Метки

Метка в языке ассемблера может содержать следующие символы:

• все буквы латинского алфавита;
• цифры от 0 до 9;
• спецсимволы: _, @, $, ?.

В качестве первого символа метки может использоваться точка, но некоторые компиляторы не рекомендуют применять этот знак. В качестве меток нельзя использовать зарезервированные имена Ассемблера (директивы, операторы, имена команд).

Первым символом в метке должна быть буква или спецсимвол (но не цифра). Максимальная длина метки – 31 символ. Все метки, которые записываются в строке, не содержащей директиву ассемблера, должны заканчиваться двоеточием: .

Команды

Команда указывает транслятору, какое действие должен выполнить микропроцессор. В сегменте данных команда (или директива) определяет поле, рабочую область или константу. В сегменте кода команда определяет действие, например, пересылка (mov) или сложение (add).

Директивы

Ассемблер имеет ряд операторов, которые позволяют управлять процессом ассемблирования и формирования листинга. Эти операторы называются директивами . Они действуют только в процессе ассемблирования программы и, в отличие от команд, не генерируют машинных кодов.

Операнды

Операнд – объект, над которым выполняется машинная команда или оператор языка программирования.
Команда может иметь один или два операнда, или вообще не иметь операндов. Число операндов неявно задается кодом команды.
Примеры:

• Нет операндов ret ;Вернуться
• Один операнд inc ecx ;Увеличить ecx
• Два операнда add eax,12 ;Прибавить 12 к eax

Метка, команда (директива) и операнд не обязательно должны начинаться с какой-либо определенной позиции в строке. Однако рекомендуется записывать их в колонку для большего удобства чтения программы.

В качестве операндов могут выступать

• идентификаторы;
• цепочки символов, заключенных в одинарные или двойные кавычки;
• целые числа в двоичной, восьмеричной, десятичной или шестнадцатеричной системе счисления.

Идентификаторы

Идентификаторы – последовательности допустимых символов, использующиеся для обозначения таких объектов программы, как коды операций, имена переменных и названия меток.

Правила записи идентификаторов.

• Идентификатор может состоять из одного или нескольких символов.
• В качестве символов можно использовать буквы латинского алфавита, цифры и некоторые специальные знаки: _, ?, $, @.
• Идентификатор не может начинаться символом цифры.
• Длина идентификатора может быть до 255 символов.
• Транслятор воспринимает первые 32 символа идентификатора, а остальные игнорирует.

Комментарии

Комментарии отделяются от исполняемой строки символом; . При этом все, что записано после символа точка с запятой и до конца строки, является комментарием. Использование комментариев в программе улучшает ее ясность, особенно там, где назначение набора команд непонятно. Комментарий может содержать любые печатные символы, включая пробел. Комментарий может занимать всю строку или следовать за командой на той же строке.

Структура программы на ассемблере

Программа, написанная на языке ассемблера, может состоять из нескольких частей, называемых модулями . В каждом модуле могут быть определены один или несколько сегментов данных, стека и кода. Любая законченная программа на ассемблере должна включать один главный, или основной, модуль, с которого начинается ее выполнение. Модуль может содержать сегменты кода, сегменты данных и стека, объявленные при помощи соответствующих директив. Перед объявлением сегментов нужно указать модель памяти при помощи директивы.MODEL.

Пример «ничего не делающей» программы на языке ассемблера:

686P
.MODEL FLAT, STDCALL
.DATA
.CODE
START:

RET
END START

В данной программе представлена всего одна команда микропроцессора. Эта команда RET . Она обеспечивает правильное окончание работы программы. В общем случае эта команда используется для выхода из процедуры.
Остальная часть программы относится к работе транслятора.
.686P — разрешены команды защищенного режима Pentium 6 (Pentium II). Данная директива выбирает поддерживаемый набор команд ассемблера, указывая модель процессора. Буква P, указанная в конце директивы, сообщает транслятору о работе процессора в защищенном режиме.
.MODEL FLAT, stdcall — плоская модель памяти. Эта модель памяти используется в операционной системе Windows. stdcall
.DATA — сегмент программы, содержащий данные.
.CODE — блок программы, содержащей код.
START — метка. В ассемблере метки играют большую роль, что не скажешь о современных языках высокого уровня.
END START — конец программы и сообщение транслятору, что начинать выполнение программы надо с метки START .
Каждый модуль должен содержать директиву END , отмечающую конец исходного кода программы. Все строки, которые следуют за директивой END , игнорируются. Если опустить директиву END , то генерируется ошибка.
Метка, указанная после директивы END , сообщает транслятору имя главного модуля, с которого начинается выполнение программы. Если программа содержит один модуль, метку после директивы END можно не указывать.

По назначению можно выделить команды (в скобках приводятся примеры мнемонических кодов операций команд ассемблера ПК типа IBM PC):

l выполнения арифметических операций (ADD и ADC - сложения и сложения с переносом, SUB и SBB - вычитания и вычитания с заемом, MUL и IMUL - умножения без знака и со знаком, DIV и IDIV - деления без знака и со знаком, CMP - сравнения и т. д.);

l выполнения логических операций (OR, AND, NOT, XOR, TEST и т. д.);

l пересылки данных (MOV - переслать, XCHG - обменять, IN - ввести в микропроцессор, OUT - вывести из микропроцессора и т. д.);

l передачи управления (ветвления программы: JMP - безусловного перехода, CALL - вызова процедуры, RET - возврата из процедуры, J* - условного перехода, LOOP - управления циклом и т. д.);

l обработки строк символов (MOVS - пересылки, CMPS - сравнения, LODS - загрузки, SCAS - сканирования. Эти команды обычно используются с префиксом (модификатором повторения) REP;

l прерывания работы программы (INT - программные прерывания, INTO - условного прерывания при переполнении, IRET - возврата из прерывания);

l управления микропроцессором (ST* и CL* - установки и сброса флагов, HLT - останова, WAIT - ожидания, NOP - холостого хода и т. д.).

С полным списком команд ассемблера можно познакомиться в работах .

Команды пересылки данных

l MOV dst, src - пересылка данных (move - переслать из src в dst).

Пересылает: один байт (если src и dst имеют формат байта) или одно слово (если src и dst имеют формат слова) между регистрами или между регистром и памятью, а также заносит непосредственное значение в регистр или в память.

Операнды dst и src должны иметь одинаковый формат - байт или слово.

Src могут иметь тип: r (register) - регистр, m (memory) - память, i (impedance) - непосредственное значение. Dst могут быть типа r, m. Нельзя в одной команде использовать операнды: rsegm совместно с i; два операнда типа m и два операнда типа rsegm). Операнд i может быть и простым выражением:

mov AX, (152 + 101B) / 15

Вычисление выражения выполняется только при трансляции. Флаги не меняет.

l PUSH src - занесение слова в стек (push- протолкнуть; записать в стек изsrc). Помещает в вершину стека содержимое src - любого 16-битового регистра (в том числе и сегментного) или двух ячеек памяти, содержащих 16-битовое слово. Флаги не меняются;

l POP dst - извлечение слова из стека (pop - вытолкнуть; считать из стека в dst). Снимает слово с вершины стека и помещает его в dst - любой 16-битовый регистр (в том числе и сегментный) или в две ячейки памяти. Флаги не меняются.

Курсоваяработа

По дисциплине «Системное программирование»

Тема №4: «Решение задач на процедуры»

Вариант 2

ВОСТОЧНО-СИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ТЕХНОЛОГИЙ И УПРАВЛЕНИЯ

____________________________________________________________________

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ КОЛЛЕДЖ

ЗАДАНИЕ

на курсовую работу

Дисциплина:

Тема: Решение задач на процедуры

Исполнитель(и):Главинская Арина Александровна

Руководитель:ДамбаеваСэсэгма Викторовна

Краткое содержание работы:изучение подпрограмм на языке Ассемблера,

решение задач с использованием подпрограмм

1. Теоретическая часть:Основные сведения о языке Ассемблер (набор

команд и т.д.), Организация подпрограмм, Способы передачи впараметров

в подпрограммах

2. Практическая часть:Разработать две подпрограммы, одна из которых преобразует любую заданную букву в заглавную (в том числе для русских букв), а другая преобразует букву в строчную.

преобразует любую заданную букву в заглавную, а другая преобразует букву в строчную.

преобразует букву в строчную.

Сроки выполнения проекта по графику:

1. Теоретическая часть - 30 % к 7 неделе.

2. Практическая часть - 70 % к 11 неделе.

3. Защита - 100% к 14 неделе.

Требования к оформлению:

1. Расчетно-пояснительная записка курсового проекта должна быть представлена в

электронной и твердой копиях.

2. Объем отчета должен быть не менее 20 машинописных страниц без учета приложений.

3. РПЗ оформляется по ГОСТу 7.32-91 и подписывается у руководителя.

Руководитель работы __________________

Исполнитель __________________

Дата выдачи "26 " сентября 2017 г.

Введение. 2

1.1 Основные сведения о языке Ассемблер. 3

1.1.1 Набор команд. 4

1.2 Организация подпрограмм в языке Ассемблер. 4

1.3 Способы передачи параметров в подпрограммах. 6

1.3.1 Передача параметров через регистры.. 6

1.3.2 Передача параметров через стек. 7

2 ПРАКТИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ.. 9

2.1 Постановка задачи. 9

2.2 Описание решения задачи. 9

2.3 Тестирование программы.. 7

Заключение. 8

Список литературы.. 9

Введение

Общеизвестно, что программировать на Ассемблере трудно. Как Вы знаете, сейчас существует много различных языков высокого уровня , которые позволяют затрачивать намного меньше усилий при написании программ. Естественно, возникает вопрос, когда у программиста может появиться необходимость использовать Ассемблер при написании программ. В настоящее время можно указать две области, в которых использование языка Ассемблера оправдано, а зачастую и необходимо.

Во-первых, это так называемые машинно-зависимые системные программы, обычно они управляют различными устройствами компьютера (такие программы называются драйверами). В этих системных программах используются специальные машинные команды, которые нет необходимости применять в обычных (или, как говорят прикладных ) программах. Эти команды невозможно или весьма затруднительно задать в языке высокого уровня.

Вторая область применения Ассемблера связана с оптимизацией выполнения программ. Очень часто программы-переводчики (компиляторы) с языков высокого уровня дают весьма неэффективную программу на машинном языке. Обычно это касается программ вычислительного характера, в которых большую часть времени выполняется очень небольшой (порядка 3-5%) участок программы (главный цикл). Для решения этой проблемы могут использоваться так называемые многоязыковые системы программирования, которые позволяют записывать части программы на различных языках. Обычно основная часть программы записывается на языке программирования высокого уровня (Фортране, Паскале, С и т.д.), а критические по времени выполнения участки программы – на Ассемблере. Скорость работы всей программы при этом может значительно увеличиться. Часто это единственный способ заставить программу дать результат за приемлемое время.

Целью данной курсовой работы является получение практических навыков работы программирования на языке ассемблера.

Задачи работы:

1. Изучить основные сведения о языке Ассемблер (структура и компоненты программы на Ассемблере, формат команд, организация подпрограмм и др.);

2. Изучить виды битовых операций, формат и логику работы логических команд Ассемблера;

3. Решить индивидуальную задачу на применение подпрограмм в Ассемблере;

4.. Сформулировать вывод о проделанной работе.

1 ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ

Основные сведения о языке Ассемблер

Assembler - язык программирования низкого уровня, представляющий собой формат записи машинных команд, удобный для восприятия человеком.

Команды языка ассемблера один в один соответствуют командам процессора и, фактически, представляют собой удобную символьную форму записи (мнемокод) команд и их аргументов. Также язык ассемблера обеспечивает базовые программные абстракции: связывание частей программы и данных через метки с символьными именами и директивы.

Директивы ассемблера позволяют включать в программу блоки данных (описанные явно или считанные из файла); повторить определённый фрагмент указанное число раз; компилировать фрагмент по условию; задавать адрес исполнения фрагмента, менять значения меток в процессе компиляции; использовать макроопределения с параметрами и др.

Достоинства и недостатки

· минимальное количество избыточного кода (использование меньшего количества команд и обращений в память). Как следствие - большая скорость и меньший размер программы;

· большие объемы кода, большое число дополнительных мелких задач;

· плохая читабельность кода, трудность поддержки (отладка, добавление возможностей);

· трудность реализации парадигм программирования и любых других сколько-нибудь сложных конвенций, сложность совместной разработки;

· меньшее количество доступных библиотек, их малая совместимость;

· непосредственный доступ к аппаратуре: портам ввода-вывода, особым регистрам процессора;

· максимальная «подгонка» для нужной платформы (использование специальных инструкций, технических особенностей «железа»);

· непереносимость на другие платформы (кроме двоично совместимых).

Кроме инструкций, программа может содержать директивы: команды, не переводящиеся непосредственно в машинные инструкции, а управляющие работой компилятора. Набор и синтаксис их значительно разнятся и зависят не от аппаратной платформы, а от используемого компилятора (порождая диалекты языков в пределах одного семейства архитектур). В качестве набора директив можно выделить:

· определение данных (констант и переменных);

· управление организацией программы в памяти и параметрами выходного файла;

· задание режима работы компилятора;

· всевозможные абстракции (т.е. элементы языков высокого уровня) - от оформления процедур и функций (для упрощения реализации парадигмы процедурного программирования) до условных конструкций и циклов (для парадигмы структурного программирования);

· макросы.

Набор команд

Типичными командами языка ассемблера являются:

· Команды пересылки данных (mov и др.)

· Арифметические команды (add, sub, imul и др.)

· Логические и побитовые операции (or, and, xor, shr и др.)

· Команды управления ходом выполнения программы (jmp, loop, ret и др.)

· Команды вызова прерываний (иногда относят к командам управления): int

· Команды ввода-вывода в порты (in, out)

Для микроконтроллеров и микрокомпьютеров характерны также команды, выполняющие проверку и переход по условию, например:

· jne - перейти, если не равно;

· jge - перейти, если больше или равнo .