Питер Абель. Ассемблер и программирование для IBM PC АССЕМБЛЕР И ПРОГРАММИРОВАНИЕ ДЛЯ IBM PC ПИТЕР АБЕЛЬ Технологический институт Британская Колумбия Ассемблер для IBM PC 2 Содержание ------------------------------------------------------------ Предисловие 1. Введение в семейство персональных компьютеров IBM PC Введение Биты и байты ASCII код Двойные числа Шеснадцатеричное представление Сегменты Регистры Архитектура персональных компьютеров Основные положения на память Вопросы для самопроверки 2. Выполнение программы Введение Начало работы Просмотр памяти Пример машинных кодов: непосредственные данные Пример машинных кодов: определенные данные Машинная адресация Пример машинных кодов: определение размера памяти Свойства отладчика Основные положения на память Вопросы для самопроверки 3. Формат языка ассемблера Введение Комментарии Формат кодирования Псевдокоманды Указатели памяти и регистров Инициализация программы Пример исходной программы Основные положения на память Вопросы для самопроверки 4. Ассемблирование и выполнение программы Введение Ввод программы Подготовка программы для выполнения Ассемблирование программы Компановка загрузочного модуля Выполнение программы Пример исходной программы Ассемблер для IBM PC 3 Файл перекрестных ссылок Основные положения на память Вопросы для самопроверки 5. Определение данных Введение Псевдокоманды определения данных Определение байта (DB) Определение слова (DW) Определение двойного слова (DD) Определение "четверного" слова (DQ) Определение десяти байт (DT) Непосредственные операнды Псевдокоманда (директива) EQU Основные положения на память Вопросы для самопроверки 6. Программные COM-файлы Введение Различия между EXE- и COM-файлами Пример COM-файла COM-стек Отладка Основные положения на память Вопросы для самопроверки 7. Логика и организация программы Введение Команда JMP Команда LOOP Флаговый регистр Команды условного перехода Процедуры и вызовы (CALL) Стековый сегмент Программа: команды длинной пересылки Логические команды: AND, OR, XOR, TEST, NOT Программа: изменение нижнего и верхнего регистров Сдвиги и ротация Организация программы Основные положения на память Вопросы для самопроверки 8. Работы с экраном I: Основные возможности Введение Команда прерывания: INT Установка курсора Очистка экрана Команды экрана и клавиатуры: Базовая DOS Ввод на экран: стандарт DOS Ассемблер для IBM PC 4 Программа: Ввод набора ASCII символов Ввод с клавиатуры: Базовая DOS Программа: Ввод имен с клавиатуры и вывод на экран Команды экрана и клавиатуры: Расширенная DOS Вывод на экран: Расширенная DOS Ввод с клавиатуры: Расширенная DOS Использование CR, LF, TAB для вывода на экран Основные положения на память Вопросы для самопроверки 9. Работа с экраном II: Расширенные возможности Введение Байт атрибутов Прерывания BIOS Программа: мигание, видеореверс, скроллинг Расширенные ASCII коды Другие команды ввода/вывода DOS BIOS INT 16H для ввода с клавиатуры Дополнительные функциональные клавиши Основные положения на память Вопросы для самопроверки 10. Работа с экраном III: Цвет и графика Введение Текстовый (алфавитно-цифровой) режим Графический режим Режим средней разрешающей возможности Программа: Установка цвета и графического режима Основные положения на память Вопросы для самопроверки 11. Обработка строк Введение Особенности команд обработки строк REP: Префикс повторения строки MOVS: Пересылка строки LODS: Загрузка строки STOS: Сохранение строки CMPS: Сравнение строк SCAS: Сканирование строки Сканирование и замена Альтернативное кодирование Дублирование шаблона (образца) Программа: Выравнивание справа при выводе на экран Основные положения на память Вопросы для самопроверки 12. Арифметика I: Обработка двоичных данных Введение Ассемблер для IBM PC 5 Сложение и вычитание Беззнаковые и знаковые данные Умножение Сдвиг регистров DX:AX Деление Преобразование знака Процессоры Intel 8087 и 80287 Основные положения на память Вопросы для самопроверки 13. Арифметика II: Обработка ASCII и BCD данных Введение ASCII формат Двоично-десятичный формат (BCD) Преобразование ASCII формата в двоичный формат Преобразование двоичного формата в ASCII формат Сдвиг и округление Программа: Расчет зарплаты Основные положения на память Вопросы для самопроверки 14. Обработка таблиц Введение Определение таблиц Прямой табличный доступ Поиск в таблице Команда перекодировки (трансляции) (XLAT) Программа: Вывод шестнадцатеричных и ASCII кодов Программа: Сортировка элементов таблицы Операторы TYPE, LENGTH и SIZE Основные положения на память Вопросы для самопроверки 15. Дисковая память I: Организация Введение Объем диска Каталог Таблица распределения файлов (FAT) Основные положения на память Вопросы для самопроверки 16. Дисковая память II: Функции базовой DOS Введение Управляющий блок файла: FCB Использование FCB для создания дискового файла Программа: FCB для создания дискового файла Последовательное чтение дискового файла Программа: FCB для чтения дискового файла Прямой доступ Ассемблер для IBM PC 6 Программа: Прямое чтение дискового файла Прямой блочный доступа Программа: Прямое чтение блока Абсолютный дисковый ввод/вывод Другие возможности Программа: Выборочное удаление файлов Основные положения на память Вопросы для самопроверки 17. Дисковая память III: Функции расширенной DOS Введение Строка ASCIIZ Номер файла и коды возврата по ошибкам Создание дискового файла Программа: Использование номера для чтения файла ASCII файлы Другие функции расширенной DOS Основные положения на память Вопросы для самопроверки 18. Дисковая память IV: Команды ввода/вывода BIOS Введение Дисковые команды BIOS Байт состояния Программа: Использование BIOS для чтения секторов Основные положения на память Вопросы для самопроверки 19. Печать Введение Управляющие символы для печати Использование расширенной DOS для печати Программа: Постраничная печать с заголовками Печать ASCII файлов и управление табуляций Печать с использованием базовой DOS Специальные команды принтера Печать с использованием BIOS INT 17H Основные положения на память Вопросы для самопроверки 20. Макрокоманды Введение Простое макроопределение Использование параметров в макрокомандах Комментарии Использование макро внутри макроопределения Директива LOCAL Подключение библиотеки макроопределений Конкатенация (&) Ассемблер для IBM PC 7 Повторение: REPT, IRP и IRPC Условные директивы Директива EXITM Макрокоманды, использующие IF и IFNDEF условия Макрокоманды, использующие IFIDN условие Основные положения на память Вопросы для самопроверки 21. Связь между подпрограммами Введение Межсегментные вызовы Атрибуты EXTRN и PUBLIC Программа: Использование EXTRN и PUBLIC для меток Программа: Использование PUBLIC в кодовом сегменте Программа: Общие данные в подпрограммах Передача параметров Связь Бейсик-интерпритатор - ассемблер Связь Паскаль - ассемблер Связь C - ассемблер Основные положения на память Вопросы для самопроверки 22. Загрузчик программ Введение COMМAND.COM Префикс программного сегмента Выполнение COM-программы Выполнение EXE-программы Пример EXE-программы Функция загрузки или выполнения программ 23. BIOS и DOS прерывания Введение Обслуживание прерываний BIOS прерывания DOS прерывания Функции DOS INT 21H Резидентные программы Порты Генерация звука 24. Справочник по директивам ассемблера Введение Индексная память Команды ассемблера Директивы ассемблера 25. Справочник по командам ассемблера Ассемблер для IBM PC 8 Введение Обозначение регистров Байт режима адресации Двухбайтовые команды Трехбайтовые команды Четырехбайтовые команды Команды в алфавитном порядке Приложения 1. ASCII коды 2. Шестнадцатерично-десятичные преобразования 3. Зарезервированные слова 4. Режимы ассемблирования и компановки Ответы на некоторые вопросы Индексный указатель Ассемблер для IBM PC 9 ------------------------------------------------------------ Предисловие Появление микропроцессоров в 60-х годах cвязано с разра боткой интегральных схем (ИС). Интегральные схемы объединяли в себе различные элэктронные компоненты в единый элемент на силиконовом "чипе". Разработчики установили этот крошечный чип в устройство, напоминающие сороконожку и включили его в функционирующие системы. В начале 70-х микрокомпьютеры на процессоре Intel 8008 возвестили о первом поколении микро процессоров. К 1974 году появилось второе поколение микропроцессоров oбщего назначения Intel 8080. Данный успех побудил другие фирмы к производству этих или аналогичных процессоров. В 1978 году фирма Intel выпустила процессор третьего поколения - Intel 8086, который обеспечивал некоторую совмес тимость с 8080 и являлся значительным продвижением вперед в данной области. Для поддержки более простых устройств и обес печения совместимости с устройствами ввода/вывода того времени Intel разработал разновидность процессора 8086 - процессор 8088, который в 1981 году был выбран фирмой iВМ для ее персональных компьютеров. Более развитой версией процессора 8088 является процесcор 80188, а для процессора 8086 - процессоры 80186, 80286 и 80386, которые обеспечили дополнительные возможности и повы cили мощность вычислений. Микропроцессор 80286, установлен ный в компьютерах IBM AT появился в 1984 году. Все эти процессоры имеют отношение к развитой архитектуре процессо ров фирмы Intel и обозначаются как iAPX 86, iAPX 88, iAPX 86, iAPX286 и iAPX386, где APX - Intel Advanced Processor Architecture. Распространение микрокомпьютеров послужило причиной пеpе смотра отношения к языку ассемблера по двум основным причи нам. Во-первых, программы, написанные на языке ассемблера, требуют значительно меньше памяти и времени выполнения. Во-вторых, знание языка ассемблера и результирующего машин ного кода дает понимание архитектуры машины, что вряд ли обеспечивается при работе на языке высокого уровня. Хотя большинство специалистов в области программного обеспечения ведут разработки на языках высокого уровня, таких как Паскаль или С, что проще при написании программ, наиболее мощное и эффективное программное обеспечение полностью или частично написано на языке ассемблера. Языки высокого уровня были разработаны для того, чтобы избежать специальной технической особенности конкретных компьютеров. Язык ассемблера, в свою очередь, разработан для конкретной специфики компьютера или точнее для специфики процессора. Следовательно, для того, чтобы написать програм му на языке ассемблера для конкретного компьютера, следует знать его архитектуру и данная книга содержит весь необходи мый базовый материал. Для работы кроме этого материала и cоответствующих знаний необходимы следующее: Ассемблер для IBM PC 10 ъ Доступ персональному компьютеру IBM PC или совместимому с ним c оперативной памятью - минимум 64К и одним диско водом. Лучше, но не обязательно, если будет дополни тельная память и второй дисковод или винчестер. ъ Знакомство с руководством по IBM PC. ъ Дискета, содержащая транслятор с языка ассемблера, пред почтительно, но не обязательно, последней версии. ъ Копию операционной системы PC-DOS или MS-DOS, лучше пос ледней версии. Cледующее является не обязательным для данной темы: ъ Опыт программирования. Хотя эти знания могут помочь быстрее освоить некоторые идеи программирования, они не обязательны. ъ Хорошие знания в электронике или схемотехнике. Данная книга дает всю необходимую информацию об архитектуре PC, которая требуется для программирования на языке ассемблера. Операционные системы Назначение операционной системы - позволить пользователю yправлять работой на компьютере: вызывать для выполнения конкретные программы, обеспечивать средства для сохранения данных (каталог), иметь доступ к информации на диске. Основной операционной системой для PC и совместимых мо- делей является MS-DOS фирмы Microsoft, известная как PC-DOS для IBM PC. Особенности некоторых версий: 2.0 обеспечивает поддержку твердого диска (винчестера), 3.0 применяется в компьютерах AT, 4.0 обеспечивает работу в многопользователь ском режиме. Рассмотрение профессиональной операционной системы UNIX и ее аналога для PC XENIX выходит за рамки данной книги. Подход к книге Данная книга приследует две цели: она является учебником, a так же постоянным справочным пособием для работы. Чтобы наиболее эффективно восполнить затраты на микрокомпьютер и программное обеспечение, необходимо тщательно прорабатывать каждую главу и перечитывать материал, котоpый не сразу ясен. Ключевые моменты находятся в примерах программ, их следует преобразовать в выполнимые модули и выполнить их. Прорабатывайте упражнения, приведенные в конце каждой главы. Ассемблер для IBM PC 11 Первые восемь глав составляют базовый материал для данной книги и для языка ассемблера. После этих глав можно продолжить с глав 9, 11, 12, 14, 15, 19, 20 или 21. Связанными являются главы с 8 по 10, 12 и 13, с 15 по 18, главы с 22 по 25 cодержат справочный материал. Когда вы завертшите работу с книгой, вы сможете: - понимать хардвер персонального компьютера; - понимать коды машинного языка и шестнадцатиричный формат; - понимать назначение отдельных шагов при ассемблирова нии, компановке и выполнении; - писать программы на языке ассемблера для управления экраном, арифметических действий, преобразования ASCII кодов в двоичные форматы, табличного поиска и сортиро вки, дисковых операций ввода/вывода; - выполнять трассировку при выполнении программы, как средство отладки; - писать собственные макрокоманды; - компановать вместе отдельные программы. Изучение языка ассемблера и создание работающих программ - это захватывающий процесс. Затраченное время и усилия несомненно будут вознаграждены. Признательность автора Автор благодарен за помощь и сотрудничество всем, кто внес предложения и просматривал рукопись. Ассемблер для IBM PC 12 Предисловие переводчика Книга представляет собой учебник по программированию на языке Ассемблера для персональных компьютерах, совместимых с IBM PC, адресованный прежде всего начинающим. Обилие приме ров и исходных текстов программ представляет несомненное достоинство книги, позволяющее начинать практическое программирование уже с первых страниц книги. Профессиональ ные программисты смогут найти в книге много полезной информации. Стиль книги очень живой, простой, не требующий никакой специальной или математической подготовки. Единственное, что необходимо для работы над книгой, - это постоянный доступ к персональному компьютеру. Переводчик в основном придерживался терминологии книг В.М.Брябрина "Программное обеспечение персональных ЭВМ" (1988), С.Писарева, Б.Шура "Программно-аппаратная организа ция компьютера IBM PC" (1987), В.Л.Григорьева "Программиро вание однокристальных микропроцессоров" (1987), а также А.Б.Борковского "Англо-русский словарь по программированию и информатике" (1987). Во многих случаях переводчик придерживался "профессионального диалекта" максимально щадящего технические термины в оригинале. Такой диалект принят во многих коллективах программистов-разработчиков, где чаще всего приходится работать с оригинальной документацией на английском языке, ввиду острейшего дефицита отечественной литературы по данной тематике. Большинство примеров, приведенных в данной книге, проверены на компьютерах совместимых с IBM PC. При переводе без специальных оговорок исправлены мелкие неточности и опечатки оригинала. Текст перевода сформирован и отредактирован в интегриро ванной системе Framework. Автор перевода благодарен всем, кто оказал помощь при вводе рукописи на машинные носители. Особую признательность автор перевода выражает своей жене. Ассемблер для IBM PC 1 ГЛАВА 1. Введение в семейство персональных компьютеров IBM PC ------------------------------------------------------------ Введение в семейство персональных компьютеров IBM PC Цель: объяснить особенности технических средств микрокомпью тера и организации программного обеспечения. ВВЕДЕНИЕ ------------------------------------------------------------ Написание ассемблерных программ требует знаний организа ции всей системы компьютера. В основе компьютера лежат понятия бита и байта. Они являются тем средством, благодаря которым в компьютерной памяти представлены данные и команды. Программа в машинном коде состоит из различных сигментов для определения данных, для машинных команд и для сигмента, названного стеком, для хранения адресов. Для выполнения ариф метических действий, пересылки данных и адресации компьютер имеет ряд регистров. Данная глава содержит весь необходимый материал по этим элэментам компьютера, так что вы сможете продвинутся к главе 2 к вашей первой программе на машинном языке. БИТЫ И БАЙТЫ ------------------------------------------------------------ Для выполнения программ компьютер временно записывает программу и данные в основную память. Это память, которую люди имеют в виду, когда утверждают, что их компьютер имеет, например, 512К памяти. Компьютер имеет также ряд pегистров, которые он использует для временных вычислений. Минимальной единицей информации в компьютере является бит. Бит может быть выключен, так что его значение есть нуль, или включен, тогда его значение равно единице. Единственный бит не может представить много информации в отличие от группы битов. группа из девяти битов представляет собой байт; восемь битов которого содержат данные и один бит - контроль на чет ность. Восемь битов обеспечивают основу для двоичной арифметики и для представления символов, таких как буква A или символ *. Восемь битов дают 256 различных комбинаций включенных и выключенных состояний: от "все выключены" (00000000) до "все включены" (11111111). Например, сочетание включенных и выключенных битов для представления буквы A выглядит как 01000001, а для cимвола * - 00101010 (это можно не запоминать). Каждый байт в памяти компьютера имеет уникальный адрес, начиная с нуля. Требование контроля на честность заключается в том, что количество включенных битов а байте всегда должно быть не четно. Контрольный бит для буквы A будет иметь значение еди- ница, а для символа * - ноль. Когда команда обращается к Ассемблер для IBM PC 2 байту в памяти, компьютер проверяет этот байт. Если число включенных битов является четным, система выдает сообщение об ошибке. Ошибка четности может явится результатом сбоя оборудования или случайным явлением, в любом случае, это бывает крайне редко. Может появится вопрос, откуда компьютер "знает", что значения бит 01000001 представляют букву A. Когда на клавиа туре нажата клавиша A, система принимает сигнал от этой конкретной клавиши в байт памяти. Этот сигнал устанавливает биты в значения 01000001. Можно переслать этот байт в памяти и, если передать его на экран или принтер, то будет сгенерирована буква A. По соглажению биты в байте пронумерованы от 0 до 7 справа налево, как это показано для буквы A: Номера бит: 7 6 5 4 3 2 1 0 Значения бит: 0 1 0 0 0 0 0 1 Число 2 в десятой степени равно 1024, что составляет один килобайт и обозначается буквой К. Например, компьютер с памятью в 512К содержит 512 х 1024, т.е. 524288 байт. Процессор в PC и в совместимых моделях использует 16- битовую архитектуру, поэтому он имеет доступ к 16-битовым значениям как в памяти, так и в регистрах. 16-битовое (двухбайтовое) поле называется словом. Биты в слове пронумерованы от 0 до 15 справа налево, как это показано для букв PC: Номера бит: 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 Значения бит: 0 1 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 ASCII КОД ------------------------------------------------------------ Для целей стандартизации в микрокомпьютерах используется aмериканский национальный стандартный код для обмена информа цией ASCII (American National Standard Code for Information Interchange). Читается как "аски" код (прим. переводчика). Именно по этой причине комбинация бит 01000001 обозначает букву A. Наличие стандартного кода облегчает обмен данными между различными устройствами компьютера. 8-битовый рассширенный ASCII-код, используемый в PC обеспечивает представление 256 символов, включая символы для нацио нальных алфавитов. В приложении 1 приведен список символов ASCII кода, а в главе 8 показано как вывести на экран боль шинство из 256 символов. ДВОИЧНЫЕ ЧИСЛА ------------------------------------------------------------ Ассемблер для IBM PC 3 Так как компьютер может различить только нулевое и единич ное состояние бита, то он работает системе исчисления с базой 2 или в двоичной системе. Фактически бит унаследовал cвое название от английского "BInary digiT" (двоичная цифра). Сочетанием двоичных цифр (битов) можно представить любое значение. Значение двоичного числа определяется относитель ной позицией каждого бита и наличием единичных битов. Ниже показано восьмибитовое число содержащее все единичные биты: Позиционные веса: 128 64 32 16 8 4 2 1 Включенные биты: 1 1 1 1 1 1 1 1 Самый правый бит имеет весовое значение 1, следующая цифра влево - 2, следующая - 4 и т.д. Общая сумма для восьми еди ничных битов в данном случае составит 1 + 2 + 4 + ... + 128, или 255 (2 в восьмой степени - 1). Для двоичного числа 01000001 единичные биты представляют значения 1 и 64, т.е. 65. Но 01000001 представляет также букву A! Действительно, здесь момент, который необходимо четко уяснить. Биты 01000001 могут представлять как число 65, так и букву A: - если программа определяет элемент данных для арифмети ческих целей, то 01000001 представляет двоичное число эквивалентное десятичному числу 65; - если программа определяет элемент данных (один или бо лее смежных байт), имея в виду описательный характер, как, например, заголовок, тогда 01000001 представляет собой букву или "строку". Пи програмировании это различие становится понятным, так как назначение каждого элемента данных определено. Двоичное число неограничено только восьмью битами. Так как процессор 8088 использует 16-битовую архитектуру, oн автоматически оперирует с 16-битовыми числами. 2 в степени 16 минус 1 дает значение 65535, а немного творческого программирования позволит обрабатывать числа до 32 бит (2 в степени 32 минус 1 равно 4294967295) и даже больше. Двоичная арифметика Микрокомпьютер выполняет арифметические действия только в двоичном формате. Поэтому программист на языке ассемблера должен быть знаком с двоичным форматом и двоичным сложением: 0 + 0 = 0 1 + 0 = 1 1 + 1 = 10 1 + 1 + 1 = 11 Ассемблер для IBM PC 4 Обратное внимание на перенос единичного бита в последних двух операциях. Теперь, давайте сложим 01000001 и 00101010. Букву A и символ *? Нет, число 65 и число 42: Двоичные Десятичные 01000001 65 00101010 42 01101011 107 Проверьте, что двоичная сумма 01101011 действительно равна 107. Рассмотрим другой пример: Двоичные Десятичные 00111100 60 00110101 53 01110001 113 Отрицательные числа Все представленные выше двоичные числа имеют положитель ные значения, что обозначается нулевым значением самого левого (старшего) разряда. Отрицательные двоичные числа содержат единичный бит в старшем разряде и выражаются двоич ным дополнением. Т.е., для представления отрицательного двоичного числа необходимо инвертировать все биты и прибавить 1. Рассмотрим пример: Число 65: 01000001 Инверсия: 10111110 Плюс 1: 10111111 (равно -65) Если прибавить единичные значения к числу 10111111, 65 не получится. Фактически двоичное число считается отрицатель ным, если его старший бит равен 1. Для определения абсолют ного значения отрицательного двоичного числа, необходимо повторить предыдущие операции: инвертировать все биты и прибавить 1: Двоичное значение: 10111111 Инверсия: 01000000 Плюс 1: 01000001 (равно +65) Сумма +65 и -65 должна составить ноль: 01000001 (+65) 10111111 (-65) (1)00000000 Ассемблер для IBM PC 5 Все восемь бит имеют нулевое значение. Перенос единичного бита влево потерян. Однако, если был перенос в знаковый pазряд и из разрядной сетки, то результат является кор ректным. Двоичное вычитание выполняется просто: инвентируется знак вычитаемого и складываются два числа. Вычтем, например, 42 из 65. Двоичное представление для 42 есть 00101010, и eго двоичное дополнение: - 11010110: 65 01000001 +(-42) 11010110 23 (i)00010111 Результат 23 является корректным. В рассмотренном примере произошел перенос в знаковый разряд и из разрядной сетки. Если справедливость двоичного дополнения не сразу понят на, рассмотрим следующие задачи: Какое значение необходимо прибавить к двоичному числу 00000001, чтобы получить число 00000000? В терминах десятичного исчисления ответом будет -1. Для двоичного рассмотрим 11111111: 00000001 11111111 Результат: (1)00000000 Игнорируя перенос (1), можно видеть, что двоичное число 11111111 эквивалентно десятичному -1 и соответственно: 0 00000000 -(+1) -00000001 -1 11111111 Можно видеть также каким образом двоичными числами пред cтавлены уменьшающиеся числа: +3 00000011 +2 00000010 +i 00000001 0 00000000 -1 11111111 -2 11111110 -3 11111101 Фактически нулевые биты в отрицательном двоичном числе определяют его величину: рассмотрите позиционные значения нулевых битов как если это были единичные биты, сложите эти значения и прибавте единицу. Данный материал по двоичной арифметике и отрицательным числам будет особенно полезен при изучении глав 12 и 13. ШЕСТНАДЦАТИРИЧНОЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЕ ------------------------------------------------------------ Ассемблер для IBM PC 6 Представим, что необходимо просмотреть содержимое некото pых байт в памяти (это встретится в следующей главе). Требуется oпределить содержимое четырех последовательных байт (двух слов), которые имеют двоичные значения. Так как четыре байта включают в себя 32 бита, то специалисты разработали "стенографический" метод представления двоичных данных. По этому методу каждый байт делится пополам и каждые полбайта выражаются соответствующим значением. рассмотрим следующие четыре байта: Двоичное: 0101 1001 0011 0101 1011 1001 1100 1110 Десятичное: 5 9 3 5 11 9 12 14 Так как здесь для некоторых чисел требуется две цифры, расширим систему счисления так, чтобы 10=A, 11=B, 12=C, 13=D, 14=E, 15=F. таким образом получим более сокращенную форму, которая представляет содержимое вышеуказанных байт: 59 35 B9 CE Такая система счисления включает "цифры" от 0 до F, и так как таких цифр 16, она называется шестнадцатиричным представ лениeм. В таблице 1.1 приведены двоичные, десятичные и шестнадцатиричные значения чисел от 0 до 15. Шестнадцатиричный формат нашел большое применение в языке ассемблера. В листингах ассемблирования программ в шестнад- цатеричном формате показаны все адреса, машинные коды команд и содержимое констант. Также для отладки при использовании программы DOS DEBUG адреса и содержимое байтоа выдается в шестнадцатиричном формате. Если немного поработать с шестнадцатиричным форматом, то можно быстро привыкнуть к нему. рассмотрим несколько про- cтых примеров шестнадцатиричной арифметики. Следует помнить, что после шестнадцатиричного числа F следует шестнадцатирич ное 10, что равно десятичному числу 16. 6 5 F F 10 FF 4 8 1 F 10 1 A D 10 1E 20 100 ------------------------------------------------------------ ------------------------------------------------------------ Таблица 1.1. Двоичное, десятичное и шестнадцатиричное представления. Заметьте также, что шест.20 эквивалентно десятичному 32, шест.100 - десятичному 256 и шест.100 - десятичному 4096. В данной книге шестнадцатиричные числа записываются, например, как шест.4B, двоичные числа как дв.01001011, и десятичные числа, как 75 (отсутствие какого-либо описания предполагает десятичное число). Исключения возможны, когда база числа очевидна из контекса. Для индикации шест. числа в ассемблерной программе непосредственно после числа Ассемблер для IBM PC 7 ставится символ "H", например, 25H (десятичное значение 37). Шест. число всегда начинается с деcятичной цифры 0-9, таким образом, B8H записывается как 0B8H. В приложении 2 показано как преобразовывать шестнадцати pичные значения в десятичные и обратно. Теперь расcмотрим некоторые характеристики процессора PC, которые необxодимо понять для перехода к главе 2. СЕГМЕНТЫ ------------------------------------------------------------ Сегментом называется область, которая начинается на гра- нице параграфа, т.е. по любому адресу, который делится на 16 без остатка. Хотя сегмент может располагаться в любом месте памяти и иметь размер до 64 Кбайт, он требует столько памяти, cколько необходимо для выполнения программы. Имеется три главных сегмента: 1. Сегмент кодов. Сегмент кодов содержит машинные команды, которые будут выполняться. Обычно первая выполняемая команда находится в начале этого сегмента и операцион ная система передает управление по адресу данного сег мента для выполнения программы. Регистр сегмента кодов (CS) адресует данный сегмент. 2. Сегмент данных. Сегмент данных содержит определенные данные, константы и рабочие области, необходимые программе. Регистр сегмента данных (DS) адресует данный сегмент. 3. Сегмент стека. Стек содержит адреса возврата как для программы для возврата в операционную систему, так и для вызовов подпрограмм для возврата в главную програм му. Регистр сегмента стека (SS) адресует данный сегмент. Еще один сегментный регистр, регистр дополнительного сегмента (ES), предназначен для специального использования. На pис.1.2 графически представлены регистры SS, DS и CS. Последовательность регистров и сегментов на практике может быть иной. Три сегментных регистра содержат начальные адреса соответствующих сегментов и каждый сегмент начинается на границе параграфа. Внутри программы все адреса памяти относительны к началу cегмента. Такие адреса называются смещением от начала сегмента. Двухбайтовое смещение (16-бит) может быть в пределах от шест. 0000 до шест. FFFF или от 0 до 65535. Для обращения к любому адресу в программе, компьютер складывает адрес в регистре сегмента и смещение. Например, первый байт в сегменте кодов имеет смещение 0, второй байт - 01 и так далее до смещения 65535. Ассемблер для IBM PC 8 В качестве примера адресации, допустим, что регистр сегмента данных содержит шест. 045F и некоторая команда обращается к ячейке памяти внутри сегмента данных со смещением 0032. Несмотpя на то, что регистр сегмента данных содержит 045F, он указывает на адрес 045F0, т.е. на границе параграфа. Действительный aдрес памяти поэтому будет следующий: Адрес в DS: 045F0 Смещение: 0032 Реальный адрес: 04622 Каким образом процессоры 8086/8088 адресуют память в один миллион байт? В регистре содержится 16 бит. Так как адрес сегмента всегда на границе параграфа, младшие четыре бита адреса pавны нулю. Шест. FFF0 позволяет адресовать до 65520 (плюс смещение) байт. Но специалисты решили, что нет смысла иметь место для битов, которые всегда равны нулю. Поэтому адрес хранится в cегментном регистре как шест. nnnn, а компьютер полагает, что имеются еще четыре нулевых младших бита (одна шест. цифра), т.е. шест. nnnn0. Таким образом, шест. FFFF0 позволяет адресовать до 1048560 байт. Если вы сомневаeтесь, то декодируйте каждое шест. F как двоичное 1111, учтите нулевые биты и сложите значения для единичных бит. Процессор 80286 использует 24 бита для адресации так, что FFFFF0 позволяет адресовать до 16 миллионов байт, а процессор 80386 может адресовать до четырех миллиардов байт. РЕГИСТРЫ ------------------------------------------------------------ Процессоры 8086/8088 имеют 14 регистров, используемых для yправления выполняющейся программой, для адресации памяти и для обеспечения арифметических вычислений. Каждый регистр имеет длину в одно слово (16 бит) и адресуется по имени. Биты регистра принято нумеровать слева направо: 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 Процессоры 80286 и 80386 имеют ряд дополнительных регист ров, некоторые из них 16-битовые. Эти регистры здесь не рассматриваются. Сегментные регистры CS, DS, SS и ES Каждый сегментный регистр обеспечивает адресацию 64К памяти, которая называется текущим сегментом. Как показано ранее, cегмент выравнен на границу параграфа и его адрес в сегментном pегистре предполагает наличие справа четырех нулевых битов. Ассемблер для IBM PC 9 1. Регистр CS. Регистр сегмента кода содержит начальный адрес сегмента кода. Этот адрес плюс величина смещения в командном указателе (IP) определяет адрес команды, которая должна быть выбрана для выполнения. Для обычных программ нет необходимости делать ссылки на регистр CS. 2. Регистр DS. Регистр сегмента данных содержит начальный адрес сегмента данных. Этот адрес плюс величина смещения, определенная в команде, указывают на конкретную ячейку в сегменте данных. 3. Регистр SS. Регистр сегмента стека содержит начальный адрес в сегменте стека. 4. Регистр ES. Некоторые операции над строками используют дополнительный сегментный регистр для управления адреса цией памяти. В данном контексте регистр ES связан с ин дексным регистром DI. Если необходимо использовать ре гистр ES, ассемблерная программа должна его инициализиро вать. Регистры общего назначения: AX, BX, CX и DX При программировании на ассемблере регистры общего назначения являются "рабочими лошадками". Особенность этих регистров состоит в том, что возможна адресация их как одного целого слова или как oднобайтовой части. Левый байт является старшей частью (high), a правый - младшей частью (low). Например, двухбайтовый регистр CX состоит из двух однобайтовых: CH и CL, и ссылки на регистр возможны по любому из этих трех имен. Следующие три ассемблерные команды засылают нули в регистры CX, CH и CL, соответственно: MOV CX,00 MOV CH,00 MOV CL,00 1. Регистр AX. Регистр AX является основным сумматором и применяется для всех операций ввода-вывода, некоторых операций над строками и некоторых арифметических опера ций. Например, команды умножения, деления и сдвига предполагают использование регистра AX. Некоторые команды генерируют более эффективный код, если они имеют ссылки на регистр AX. AX: | AH | AL | 2. Регистр BX. Регистр BX является базовым регистром. Это единственный регистр общего назначения, который может использоваться в качестве "индекса" для расширенной адре сации. Другое общее применение его - вычисления. BX: | BH | BL | Ассемблер для IBM PC 10 3. Регистр CX. Регистр CX является счетчиком. Он необходим для управления числом повторений циклов и для операций сдвига влево или вправо. Регистр CX используется также для вычислений. CX: | CH | CL | 4. Регистр DX. Регистр DX является регистром данных. Он применяется для некоторых операций ввода/вывода и тех операций умножения и деления над большими числами, кото рые используют регистровую пару DX и AX. DX: | DH | DL | Любые регистры общего назначения могут использоваться для cложения и вычитания как 8-ми, так и 16-ти битовых значений. Регистровые указатели: SP и BP Регистровые указатели SP и BP обеспечивают системе доступ к данным в сегменте стека. Реже они используются для операций сложения и вычитания. 1. Регистр SP. Указатель стека обеспечивает использование стека в памяти, позволяет временно хранить адреса и иног да данные. Этот регистр связан с регистром SS для адреса ции стека. 2. Регистр BP. Указатель базы облегчает доступ к параметрам: данным и адресам переданным через стек. Индексные регистры: SI и DI Оба индексных регистра возможны для расширенной адресации и для использования в операциях сложения и вычитания. 1. Регистр SI. Этот регистр является индексом источника и применяется для некоторых операций над строками. В данном контексте регистр SI связан с регистром DS. 2. Регистр DI. Этот регистр является индексом назначения и применяется также для строковых операций. В данном контексте регистр DI связан с регистром ES. Регистр командного указателя: IP Регистр IP содержит смещение на команду, которая должна быть выполнена. Обычно этот регистр в программе не использу ется, но он может изменять свое значение при использовании отладчика DOS DEBUG для тестирования программы. Флаговый регистр Ассемблер для IBM PC 11 Девять из 16 битов флагового регистра являются активными и определяют текущее состояние машины и результатов выполне ния. Многие арифметические команды и команды сравнения изменяют состояние флагов. Назначение флаговых битов: Флаг Назначение O (Переполнение) Указывает на переполнение старшего бита при арифметических командах. D (Направление) Обозначает левое или правое направ ление пересылки или сравнения строковых данных (данных в памяти превышающих длину одного слова). I (Прерывание) Указывает на возможность внешних прерываний. T (Пошаговый режим) Обеспечивает возможность работы процессора в пошаговом режиме. На пример, программа DOS DEBUG уста навливает данный флаг так, что воз можно пошаговое выполнение каждой команды для проверки изменения содержимого регистров и памяти. S (Знак) Содержит результирующий знак после арифметических операций (0 - плюс, 1 - минус). Z (Ноль) Показывает результат арифметичес ких операций и операций сравнения (0 - ненулевой, 1 - нулевой результат). A (Внешний перенос) Содержит перенос из 3-го бита для 8-битных данных, используется для специальных арифметических операций. P (Контроль четности) Показывает четность младших 8-битовых данных (1 - четное и 0 - нечетное число). C (Перенос) Содержит перенос из старшего бита, после арифметических операций, а также последний бит при сдвигах или циклических сдвигах. При программировании на ассемблере наиболее часто исполь зуются флаги O, S, Z, и C для арифметических операций и операций сравнения, а флаг D для обозначения направления в операциях над строками. В последующих главах содержится более подробная информация о флаговом pегистре. АРХИТЕКТУРА PC ------------------------------------------------------------ Основными элементами аппаратных средств компьютера являют ся: cистемный блок, клавиатура, устройство отображения, дисководы, печатающее устройство (принтер) и различные Ассемблер для IBM PC 12 средства для асинхронной коммуникации и управления игровыми программами. Системный блок состоит из системной платы, блока питания и ячейки раширения для дополнительных плат. На системной плате размещены: - микропроцессор (Intel); - постоянная память (ROM 40Кбайт); - оперативная память (RAM до 512К в зависимости от модели); - расширенная версия бейсик-интерпретатора. Ячейки расширения обеспечивают подключение устройств отображения, дисководов для гибких дисков (дискет), каналов телекоммуникаций, дополнительной памяти и игровых устройств. Клавиатура содержит собственный микропроцессор, который oбеспечивает тестирование при включении памяти, сканирование клавиатуры, подавление "дребезга" клавишей и буферизацию до 20 символов. "Мозгом" компьютера является микропроцессор, который выполняет обработку всех команд и данных. Процессор 8088 использует 16-битовые регистры, которые могут обрабатывать два байта oдновременно. Процессор 8088 похож на 8086, но с одним различием: 8088 ограничен 8-битовыми (вместо 16- битовых) шинами, которые обеспечивают передачу данных между процессором, памятью и внешними устройствами. Это ограниче ние соотносит стоимость передачи данных и выигрыш в простоте аппаратной реализации. Процессоры 80286 и 80386 являются расширенными версиями процессора 8086. Как показано на рис. 1.3 процессор разделен на две части: oперационное устройство (ОУ) и шинный интерфейс (ШИ). Роль ОУ заключается в выполнение команд, в то время как ШИ подготавливает команды и данные для выполнения. Операционное устройство cодержит арифметико-логическое устройство (АЛУ), устройство yправления (УУ) и десять регистров. Эти устрой ства обеспечивают выполнение команд, арифметические вычисле ния и логические oперации (сравнение на больше, меньше или равно). Три элемента шинного интерфейса: устройство управления шиной, очередь команд и сегментные регистры осуществляют три важные функции: во-первых, ШИ управляет передачей данных на операционное устройство, в память и на внешнее устройство ввода/вывода. Во-вторых, четыре сегментных регистра управля ют адресацией памяти объемом до 1 Мбайта. Третья функция ШИ это выборка команд. Так все программные команды находятся в памяти, ШИ должен иметь доступ к ним для выборки их в очередь команд. Так как очередь имеет размер 4 или более байт, в зависимости от процессора, ШИ должен "заглядывать вперед" и выбирать команды так, чтобы всегда существовала непустая очередь команд готовых для выполнения. Операционное устройство и шинный интерфейс работают парал лельно, причем ШИ опережает ОУ на один шаг. Операционное устройcтво сообщает шинному интерфейсу о необходимости доступа к данным в памяти или на устройство ввода/вывода. Кроме того ОУ запрашивает машинные команды из очереди Ассемблер для IBM PC 13 команд. Пока ОУ занято выполнением первой в очереди команды, ШИ выбирает следующую команду из памяти. Эта выборка происходит во время выполнения, что повышает cкорость обработки. Память Обычно микрокомпьютер имеет два типа внутренней памяти. первый тип это постоянная память (ПЗУ) или ROM (read-only memory). ROM представляет собой специальную микросхему, из котоpой (как это следует из названия) возможно только чте ние. Поскольку данные в ROM специальным образом "прожигают ся" они не могут быть модифицированы. Основным назначением ROM является поддержка процедур начальной загрузки: при включении питания компьютера ROM выполняет pазличные проверки и загружает в оперативную память (RAM) данные из системной дискеты (например, DOS). Для целей программирования наиболее важным элементом ROM является BIOS (Basic Input/Output System) базовая система ввода/вывода, которая рассматривается в следующих главах. (Basic - здесь обычное слово, а не язык программирования). ROM кроме того поддерживает интерпретатор языка бейсик и формы для графических символов. Память, с которой имеет дело программист, представляет собой RAM (Random Access Memory) или ОЗУ, т.е. оперативная памяти, доступная как для чтения, так и для записи. RAM можно рассматривать как рабочую область для временного хранения программ и данных на время выполнения. Так как содержимое RAM теряется при отключении питания компьютера, необходима внешняя память для сохранения программ и данных. Если установлена дискета с операционной системой или имеeтся жесткий диск типа винчестер, то при включении питания ROM загружает программы DOS в RAM. (Загружается только основная часть DOS, а не полный набор программ DOS). Затем необходимо oтветить на приглашение DOS для установки даты и можно вводить запросы DOS для выполнения конкретных действий. Одним из таких действий может быть загрузка программ с диска в RAM. Поскольку DOS не занимает всю память, то в ней имеется (обычно) место для пользовательских программ. Пользовательская программа выполняется в RAM и обычно осуществляет вывод на экран, принтер или диск. По окончании можно загрузить другую программу в RAM. Ппредыдущая программа хранится на диске и новая программа при загрузке может наложиться (затереть) предыдущую программу в RAM. Выделение памяти. Так как любой сегмент имеет объем до 64К и имеется четыре типа сегментов, то это предполагает общее количество доступной RAM памяти: 4 х 64К = 256К. Но возможно любое количество сегментов. Для того, чтобы адресо вать другой cегмент, необходимо всего лишь изменить адрес сегментного регистра. Ассемблер для IBM PC 14 RAM включает в себя первые три четверти памяти, а ROM - последнюю четверть. В соответствии с картой физической памяти микрокомпьютера, приведенной на рис. 1.4, первые 256К RAM памяти находятся на системной плате. Так как одна область в RAM зарезервирована для видеобуфера, то имеется 640К доступных для использования программистом, по крайней мере в текущих версиях DOS. ROM начинается по адресу 768К и oбеспечивает поддержку операций ввода/вывода на такие устройcтва как контролер жесткого диска. ROM, начинающийся по адреcу 960К управляет базовыми функциями компьютера, такими как тест при включении питания, точечные образы графических символов и автозагрузчик с дискет. Все дальнейшие упоминания RAM используют общий термин - память. Адресация. Все ячейки памяти пронумерованы последователь но от 00 - минимального адреса памяти. Процессор обеспечива ет доступ к байтам или словам в памяти. Рассмотрим десятич ное число 1025. Для записи в память шест. представления этого числа - 0401 требуется два байта или одно слово. Оно состоит из cтаршей части - 04 и младшей части - 01. Система хранит в памяти байты слова в обратной последовательности: младшая часть по меньшему адресу, а старшая - по большему адресу. Предположим, что процессор записал шест. 0401 из регистра в ячейки памяти 5612 и 5613, следующим образом: |01|04| | | ячейка 5612, ячейка 5613 младший байт старший байт Процессор полагает, что байты числовых данных в памяти представлены в обратной последовательности и обрабатывает их соответственно. Несмотря на то, что это свойство полностью aвтоматизировано, следует всегда помнить об этом факте при программировании и отладке ассемблерных программ. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ НА ПАМЯТЬ ------------------------------------------------------------ - Единицей памяти является байт, состоящий из восьми информационных и одного контрольного битов. Два смежных байта образуют слово. - Сердцем компьютера является микропроцессор, который имеет доступ к байтам или словам в памяти. - ASCII код есть формат представлением символьных данных. - Компьютер способен различать биты, имеющие разное значе ние: 0 или 1, и выполнять арифметические операции только в двоичном формате. - Значение двоичного числа определено расположением единич ных битов. Так, двоичное 1111 равно 2**3 + 2**2 + 2**1 + 2**0, или 15. Ассемблер для IBM PC 15 - Отрицательные числа представляются двоичным дополнением: обратные значения бит положительного представления числа +1. - Сокращенная запись групп из четыре битов представляет собой шестнадцатиричный формат. Шест. цифры 0-9 и A-F представляют двоичные числа от 0000 до 1111. - Программы состоят из сегментов: сегмент стека для хране ния адресов возврата, сегмент данных для определения данных и рабочих областей и сегмент кода для выполняемых команд. Все адреса в программе представлены как относи тельные смещения от начала сегмента. - Регистры управляют выполнением команд, адресацией, арифме тическими операциями и состоянием выполнения. - ROM (ПЗУ) и RAM (ОЗУ) представляют собой два типа внутрен ней памяти. - Процессор хранит двухбайтовые числовые данные (слова) в памяти в обратной последовательности. ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ ------------------------------------------------------------ 1.1. Напишите битовые представления ASCII кодов для следую щих однобитовых символов. (Используйте приложение 1 в качестве справочника): а) P, б) p, в) #, г) 5. 1.2. Напишите битовые представления для следующих чисел: а) 5, б) 13, в) 21, г) 27. 1.3. Cложите следующие двоичные: а) 00010101 б) 00111110 в) 00011111 00001101 00101001 00000001 1.4. Определите двоичные дополнения для следующих двоичных чисел: а) 00010011, б) 00111100, в) 00111001. 1.5. Определите положительные значения для следующих отрица тельных двоичных чисел: а) 11001000, б) 10111101, в) 10000000. 1.6. Определите шест. представления для а) ASCII символа Q, б) ASCII числа 7, в) двоичного числа 01011101, г) двоичного 01110111. 1.7. Сложите следующие шест. числа: а) 23A6 б) 51FD в) 7779 г) EABE 0022 3 887 26C4 1.8. Определите шест. представления для следующих десятич ных чисел. Метод преобразования приведен в приложении 2. Проверте также полученные результаты, преобразовав шест. значения в двоичные и сложив единичные биты. а) 19, б) 33, в) 89, г) 255, д) 4095, е) 63398. 1.9. Что представляют собой три типа сегментов, каковы их максимальные размеры и адреса, с которых они начинают ся. Ассемблер для IBM PC 16 1.10. Какие регистры можно использовать для следующих целей: а) сложение и вычитание, б) подсчет числа циклов, в) умножение и деление, г) адресация сегментов, д) инди кация нулевого результата, е) адресация выполняемой команды? 1.11. Что представляют собой два основных типа памяти компью тера и каково их основное назначение? Ассемблер для IBM PC. Глава 2 30 ГЛАВА 2. Выполнение программ ------------------------------------------------------------ Выполнение программ Цель: Представить машинный язык, ввод команд в память и выполнение программ. ВВЕДЕНИЕ ------------------------------------------------------------ Основой данной главы является использование DOS програм- мы с именем DEBUG, которая позволяет просматривать память, вводить программы и осуществлять трассировку их выполнения. В главе показан процесс ввода этих программ непосредственно в память в область сегмента кодов и объяснен каждый шаг выполнения программы. Начальные упражнения научат проверять содержимое конкрет ных ячеек памяти. В первом примере программы используются непосредственные данные определенные в командах загрузки регистров и арифметических командах. Второй пример программы использует данные, определенные отдельно в сегменте данных. Трассировка этих команд в процессе выполнения программы позволяет понять действия компьютера и роль регистров. Для начала не требуется предварительных знаний языка асcемблера и даже программирования. Все что необходимо - это IBM PC или совместимый микрокомпьютер и диск с операционной cистемой DOS. НАЧАЛО РАБОТЫ ------------------------------------------------------------ Прежде всего необходимо вставить дискету с DOS в левый дисковод A. Если питание выключено, то его надо включить; eсли питание уже включено, нажмите вместе и задержите клавиши Ctrl и Alt и нажмите клавишу Del. Когда рабочая часть DOS будет загружена в память, на экране появится запрос для ввода даты и времени, а затем буква текущего дисковода, обычно A для дискеты и C для вин честера (твердого диска). Изменить текущий дисковод можно, нажав соответствующую букву, двоеточие и клавишу Return. Это обычная процедура загрузки, которую следует использовать всякий раз для упражнений из этой книги. ПРОСМОТР ЯЧЕЕК ПАМЯТИ ------------------------------------------------------------ В этом первом упражнении для просмотра содержимого ячеек памяти используется программа DOS DEBUG . Для запуска этой пограммы введите DEBUG и нажмите Return, в результате программа DEBUG должна загрузится с диска в память. После окончания загрузки на экране появится приглашение в виде Ассемблер для IBM PC. Глава 2 31 дефиса, что свидетельствует о готовности программы DEBUG для приема команд. Единственная команда, которая имеет oтношение к данному упражнению, это D - для дампа памяти. 1. Размер памяти. Сначала проверим размер доступной для работы памяти. В зависимости от модели компьютера это значение связано с установкой внутренних переключателей и может быть меньше, чем реально существует. Данное значение находится в ячейках памяти шест.413 и 414 и его можно просмотреть из DEBUG по адресу, состоящему из двух частей: ъ 400 - это адрес сегмента, который записывается как 40 (последний нуль подразумевается) и ъ 13 - это смещение от начала сегмента. Таким образом, можно ввести следующий запрос: D 40:13 (и нажать Return) Первые два байта, появившиеся в результате на экране, содержат размер памяти в килобайтах и в шестнадцатерич ном представлении, причем байты располагаются в обрат ной последовательности. Несколько следующих примеров показывают шест. обратное, шест. нормальное и десятичные представления. Шест.обратн. Шест. норм. Десятичн. (К) 8000 0080 128 0001 0100 256 8001 0180 384 0002 0200 512 8002 0280 640 2. Серийный номер. Серийный номер компьютера "зашит" в ROM по адресу шест. FE000. Чтобы увидеть его, следует ввести: D FE00:0 (и нажать Return) В результате на экране появится семизначный номер компьютера и дата копирайт. 3. Дата ROM BIOS. Дата ROM BIOS в формате mm/dd/yy находит ся по шест. адресу FFFF5. Введите D FFFF:05 (и нажмите Return) знание этой информации (даты) иногда бывает полезным для определения модели и возраста компьютера. Ассемблер для IBM PC. Глава 2 32 Теперь, поскольку вы знаете, как пользоваться командой D (Display), можно устанавливать адрес любой ячейки памяти для просмотра содержимого. Можно также пролистывать память, периодически нажимая клавишу D, - DEBUG выведет на экран адреса, следующие за последней командой. Для окончания работы и выхода из отладчика в DOS введите команду Q (Quit). Рассмотрим теперь использование отладчика DEBUG для непосредственного ввода программ в память и трассировки их выполнения. ПРИМЕР МАШИННЫХ КОДОВ: НЕПОСРЕДСТВЕННЫЕ ДАННЫЕ ------------------------------------------------------------ Цель данного примера - проиллюстрировать простую програм му на машинном языке, ее представление в памяти и результаты ее выполнения. Программа показана в шестнадцатиричном формате: Команда Назначение B82301 Переслать шест.значение 0123 в AX. 052500 Прибавить шест.значение 0025 к AX. 8BD8 Переслать содержимое AX в BX. 03D8 Прибавить содержимое AX к BX. 8BCB Переслать содержимое BX в CX. 2BC8 Вычесть содержимое AX из AX (очистка AX). 90 Нет операции. CB Возврат в DOS. Можно заметить, что машинные команды имеют различную длину: один, два или три байта. Машинные команды находятся в памяти непосредственно друг за другом. Выполнение программы начинается с первой команды и далее последовательно выпол няются остальные. Не следует, однако, в данный момент искать большой смысл в приведенном машинном коде. Например, в одном случае MOV - шест. B8, а в другом - шест. 8B. Можно ввести эту программу непосредственно в память машины и выполнить ее покомандно. В тоже время можно просматривать cодержимое регистров после выполнения каждой команды. Начнем данное упражнение так же как делалось предыдущее - ввод команды oтладчика DEBUG и нажатие клавиши Return. После загрузки DEBUG на экране высвечивается приглашение к вводу команд в виде дефиса. Для печати данного упражнения включите принтер и нажмите Ctrl и PrtSc одновременно. Для непосредственного ввода программы на машинном языке введите следующую команду, включая пробелы: E CS:100 B8 23 01 05 25 00 (нажмите Return) Команда E обозначает Enter (ввод). CS:100 определяет адрес памяти, куда будут вводиться команды, - шест. 100 (256) байт от начала сегмента кодов. (Обычный стартовый Ассемблер для IBM PC. Глава 2 33 адрес для машинных кодов в отладчике DEBUG). Ккоманда E записывает каждую пару шестнадцатиpичных цифр в память в виде байта, начиная с адреса CS:100 до адреса CS:105. Следующая команда Enter: E CS:106 8B D8 03 D8 8B CB (Return) вводит шесть байтов в ячейки, начиная с адреса CS:106 и далее в 107, 108, 109, 10A и 10B. Последняя команда Enter: E CS:10C 2B C8 2B C0 90 CB (Return) вводит шесть байтов, начиная с CS:10C в 10D, 10E, 10F, 110 и 111. Проверьте правильность ввода значений. Если есть ошибки, то следует повторить команды, которые были введены неправильно. Теперь осталось самое простое - выполнить эти команды. На pис. 2-1 показаны все шаги, включая команды E. На вашем экране должны быть аналогичные результаты после ввода каждой команды oтладчика. Введите команду R для просмотра содержимого регистров и флагов. В данный момент отладчик покажет содержимое регистров в шест. формате, например, AX=0000, BX=0000, ... В зависимости от версии DOS содержимое регистров на экране может отличаться от показанного на рис. 2.1. Содержи мое регистра IP (указатель команд) выводится в виде IP=0100, показывая что выполняемая команда находится на смещении 100 байт от начала сегмента кодов. (Вот почему использовалась команда E CS:100 для установки начала программы.) Регистр флагов на рис. 2.1 показывает следующие значения флагов: NV UP DI PL NZ NA PO NC ------------------------------------------------------------ ------------------------------------------------------------ Рис. 2.1. Трассировка машинных команд. Данные значения соответствуют: нет переполнения, правое направление, прерывания запрещены, знак плюс, не ноль, нет внешнего переноса, контроль на честность и нет переноса. В данный момент значение флагов не существенно. Команда R показывает также по смешению 0100 первую выпол няемую машинную команду. Регистр CS на рис. 2.1 содержит значение CS=13C6 (на разных компьютерах оно может различаться), а машинная команда выглядит следующим образом: 13C6:0100 B82301 MOV AX,0123 Ассемблер для IBM PC. Глава 2 34 ъ CS=13C6 обозначает, что начало сегментов кода находится по смещению 13C6 или точнее 13C60. Значение 13C6:0100 обозначает 100 (шест.) байтов от начального адреса 13C6 в регистре CS. ъ B82301 - машинная команда, введенная по адресу CS:100. ъ MOV AX,0123 - ассемблерный мнемонический код, соответствующий введеной машинной команде. Это есть результат операции дисассемблирования, которую обеспе чивает отладчик для более простого понимания машинных команд. В последующих главах мы будем кодировать про граммы исключительно в командах ассемблера. Рассматри ваемая в данном слечае команда обозначает пересылку непосредственного значения в регистр AX. В данный момент команда MOV еще не выполнена. Для ее выполнения нажмите клавишу T (для трассировки) и клавишу Return. В результате команда MOV будет выполнена и отладчик выдаст на экран содержимое регистров, флаги, а также следующую на очереди команду. Заметим, что регистр AX теперь содержит 0123. Машинная команда пересылки в регистр AX имеет код B8 и за этим кодом следует непосредственные данные 2301. В ходе выполнения команда B8 пересылает значение 23 в младшую часть регистра AX, т.е однобайтовый регистр AL, а значение 01 - в старшую часть регистра AX, т.е в регистр AH: AX: |01|23| Содержимое регистра IP:0103 показывает адрес следующей выполняемой команды в сегменте кодов: 13C6:0103 052500 ADD AX,0025 Для выполнения данной команды снова введите T. Команда прибавит 25 к младшей (AL) части регистра AX и 00 к старшей (AH) части регистра AX, т.е прибавит 0025 к регистру AX. Теперь регистр AX содержит 0148, а регистр IP 0106 - адрес cледующей команды для выполнения. Введите снова команду T. Следующая машинная команда пересылает содержимое регистра AX в регистр BX и после ее выполнения в регистре BX будет содержаться значение 0148. Регистр AX сохраняeт прежнее значение 0148, поскольку команда MOV только копиpует данные из одного места в другое. Теперь вводите команду T для пошагового выполнения каждой оставшейся в программе команды. Следующая команда прибавит cодержимое регистра AX к содержимому регистра BX, в последнем получим 0290. Затем программа скопирует содержимое pегистра BX в CX, вычтет AX из CX, и вычтет AX из него самого. После этой последней команды, флаг нуля изменит свое состояние c NZ (ненуль) на ZR (нуль), так как результатом этой команды является нуль (вычитание AX из самого себя очищает этот регистр в 0). Ассемблер для IBM PC. Глава 2 35 Можно ввести T для выполнения последних команд NOP и RET, но это мы сделаем позже. Для просмотра программы в машинных кодах в сегменте кодов введите D для дампа: D CS:100 В результате отладчик выдаст на каждую строку экрана по 16 байт данных в шест. представлении (32 шест. цифры) и в символьном представлении в коде ASCII (один символ на каждую пару шест. цифр). Представление машинного кода в символах ASCII не имеет смысла и может быть игнорировано. В следующих разделах будет рассмотрен символьный дамп более подробно. Первая строка дампа начинается с 00 и представляет содержимое ячеек от CS:100 до CS:10F. Вторая строка представляет cодержимое ячеек от CS:110 до CS:11F. Несмотря на то, что ваша программа заканчивается по адресу CS:111, команда Dump aвтоматически выдаст на восьми строках экрана дамп с адреса CS:100 до адреса CS:170. При необходимости повторить выполнение этих команд сбросьте содержимое регистра IP и повторите трассировку снова. Введите R IP, введите 100, а затем необходимое число команд T. После каждой команды нажимайте клавишу Return. На рис.2.2 показан результат выполнения командыD CS:100. Обратите внимание на машинный код с CS:100 до 111 и вы обнаружите дамп вашей программы; следующие байты могут содержать любые данные. ------------------------------------------------------------ ------------------------------------------------------------ Рис. 2.2. Дамп кодового сегмента. Для завершения работы с программой DEBUG введите Q (Quit - выход). В результате произойдет возврат в DOS и на экране появится приглашение A> или C>. Если печатался протокол работы с отладчиком, то для прекращения печати cнова нажмите Ctrl/PrtSc. ПРИМЕР МАШИННЫХ КОДОВ: ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДАННЫХ ------------------------------------------------------------ В предыдущем примере использовались непосредственные данные, описанные непосредственно в первых двух командах (MOV и ADD). Теперь рассмотрим аналогичный пример, в котором значения 0123 и 0025 определены в двух полях сигмента данных. Данный пример позволяет понять как компьютер обеспечивает доступ к данным посредством регистра DS и адресного смещения. В настоящем примере определены области данных, содержащие cоответственно следующие значения: Адрес в DS Шест.знач. Номера байтов 0000 2301 0 и 1 Ассемблер для IBM PC. Глава 2 36 0002 2500 2 и 3 0004 0000 4 и 5 0006 2A2A2A 6, 7 и 8 Вспомним, что шест. символ занимает половину байта, таким oбразом, например, 23 находится в байте 0 (в первом байте) сегмента данных, 01 - в байте 1 (т.е. во втором байте). Ниже показаны команды машинного языка, которые обрабатыва ют эти данные: Команда Назначение A10000 Переслать слово (два байта), начинающее ся в DS по адресу 0000, в регистр AX. 03060200 Прибавить содержимое слова (двух байт), начинающегося в DS по адресу 0002, к регистру AX. A30400 Переслать содержимое регистра AX в слово, начинающееся в DS по адресу 0004. CB Вернуться в DOS. Обратите внимание, что здесь имеются две команды MOV с pазличными машинными кодами: A1 и A3. Фактически машинный код зависит от регистров, на которые имеется ссылка, коли чества байтов (байт или слово), направления передачи данных (из регистра или в регистр) и от ссылки на непосредственные данные или на память. Воспользуемся опять отладчиком DEBUG для ввода данной программы и анализа ее выполнения. Когда отладчик выдал свое дефисное приглашение, он готов к приему команд. Сначала введите команды E (Enter) для сегмента данных: E DS:00 23 01 25 00 00 00 (Нажмите Return) E DS:06 2A 2A 2A (Нажмите Return) Первая команда записывает три слова (шесть байтов) в начало сегмента данных, DS:00. Заметьте, что каждое слово вводилось в обратной последовательности, так что 0123 есть 2301, a 0025 есть 2500. Когда команда MOV будет обращаться к этим cловам, нормальная последовательность будет восстанов лена и 2301 станет 0123, а 2500 - 0025. Вторая команда записывает три звездочки (***) для того, чтобы их можно было видеть впоследствии по команде D (Dump) - другого назначения эти звездочки не имеют. Введем теперь команды в сегмент кодов, опять начиная с адреса CS:100: E CS:100 A1 00 00 03 06 02 00 E CS:107 A3 04 00 CB Ассемблер для IBM PC. Глава 2 37 Теперь команды находятся в ячейках памяти от CS:100 до CS:10A. Эти команды можно выполнить как это делалось ранее. На рис. 2.3 показаны все шаги, включая команды E. На экране дисплея должны появиться такие же результаты, хотя адреса CS и DS могут различаться. Для пересмотра информации в сегменте данных и в сегменте кодов введите команды D (Dump) соответственно: для сегмента данных: D DS:000 (Return) для сегмента кодов: D CS:100 (Return) Сравните содержимое обоих сегментов с тем, что вводилось и с изображенным на рис. 2.3. Содержимое памяти от DS:00 до DS:08 и от CS:100 до CS:10A должно быть идентично рис. 2.3. Теперь введите R для просмотра содержимого регистров и флагов и для отображения первой команды. Регистры содержат те же значения, как при старте первого примера. Команда ото- бразится в виде: 13C6:0100 A10000 MOV AX,[0000] Так, как регистр CS содержит 13C6, то CS:100 содержит первую команду A10000. Отладчик интерпретирует эту команду как MOV и определяет ссылку к первому адресу [0000] в сегменте данных. Квадратные скобки необходимы для указания ссылки к адресу памяти, а не к непосредственным данным. ------------------------------------------------------------ ------------------------------------------------------------ Рис. 2.3. Трассировка машинных команд Если бы квадратных скобок не было, то команда MOV AX,0000 oбнулила бы регистр AX непосредственным значением 0000. Теперь введем команду T. Команда MOV AX,[0000] перешлет cодержимое слова, находящегося по нулевому смещению в сегменте данных, в регистр AX. Содержимое 2301 преобразуется командой в 0123 и помещается в регистр AX. Следующую команду ADD можно выполнить, введя еще раз команду T. В результате содержимое слова в DS по смещению 0002 прибавится в регистр AX. Теперь регистр AX будет содержать сумму 0123 и 0025, т.е 0148. Следующая команда MOV [0004],AX выполняется опять по вводу T. Эта команда пересылает содержимое регистра AX в слово по смешению 0004. Для просмотра изменений содержимого сегмента данных введите D DS:00. Первые девять байт будут следующими: значение в сегменте данных: 23 01 25 00 48 01 2A 2A 2A величина смещения: 00 01 02 03 04 05 06 07 08 Ассемблер для IBM PC. Глава 2 38 Значение 0148, которое было занесено из регистра AX в сег мент данных по смещению 04 и 05, имеет обратное представле ние 4801. Заметьте что эти шест. значения представлены в правой части экрана их символами в коде ASCII. Например, шест.23 генерируeтся в символ #, а шест.25 - в символ %. Три байта с шест. значениями 2A высвечиваются в виде трех звездочек (***). Левая часть дампа показывает действительные машинные коды, которые находятся в памяти. Правая часть дампа только помогает проще локализовать символьные (сроч ные) данные. Для просмотра содержимого сегмента кодов введите D DS:100 так, как показано на рис. 2.3. В заключении введите Q для завершения работы с программой. МАШИННАЯ АДРЕСАЦИЯ ------------------------------------------------------------ Для доступа к машинной команде процессор определяет ее адрес из содержимого регистра CS плюс смещение в регистре IP. Например, предположим, что регистр CS содержит шест. 04AF (действительный адрес 04AF0), а регистр IP содержит шест. 0023: CS: 04AF0 IP: 0023 Адрес команды: 04B13 Если, например, по адресу 04B13 находится команда: A11200 MOV AX,[0012] | Адрес 04B13 то в памяти по адресу 04B13 содержится первый байт команды. Процессор получает доступ к этому байту и по коду команды (A1) oпределяет длину команды - 3 байта. Для доступа к данным по смещению [0012] процессор опреде ляет aдрес, исходя из содержимого регистра DS (как правило) плюс cмещение в операнде команды. Если DS содержит шест.04B1 (реальный адрес 04B10), то результирующий адрес данных определяется cледующим образом: DS: 04B10 Смещение: 0012 Адрес данных: 04B22 Предположим, что по адресам 04B22 и 04B23 содержатся следующие данные: Содержимое: 24 01 | | Адрес: 04B22 04B23 Ассемблер для IBM PC. Глава 2 39 Процессор выбирает значение 24 из ячейки по адресу 04B22 и помещает его в регистр AL, и значение 01 по адресу 04B23 - в регистр AH. Регистр AX будет содержать в результате 0124. В процессе выборки каждого байта команды процессор увеличивает значение регистра IP на единицу, так что к началу выполнения следующей команды в нашем примере IP будет содержать смещение 0026. Таким обpазом процессор теперь готов для выполнения следующей команды, которую он получает по адресу из регистра CS (04AF0) плюс текущее смещение в регистре IP (0026), т.е 04B16. Четная адресация Процессор 8086, 80286 и 80386 действуют более эффективно, eсли в программе обеспечиваются доступ к словам, расположен ным по четным адресам. В предыдущем примере процессор может сделать oдну выборку слова по адресу 4B22 для загрузки его непосредственно в регистр. Но если слово начинается на нечет ном адресе, процессор выполняет двойную выборку. Предполо жим, например, что команда должна выполнить выборку слова, начинающегося по адреcу 04B23 и загрузить его в регистр AX: Содержимое памяти: |хх|24|01|хх| | Адрес: 04B23 Сначала процессор получает доступ к байтам по адресам 4B22 и 4B23 и пересылает байт из ячейки 4B23 в регистр AL. Затем он получает доступ к байтам по адресам 4B24 и 4B25 и пересылает байт из ячейки 4B23 в регистр AH. В результате регистр AX будет содержать 0124. Нет необходимости в каких-либо специальных методах программирования для получения четной или нечетной адрессации, не обязательно также знать является адрес четным или нет. Важно знать, что, во-первых, команды обращения к памяти меняют слово при загрузке его в регистр так, что получается правильная последовательность байт и, во-вторых, если программа имеет частый доступ к памяти, то для повышения эффективности можно определить данные так, чтобы они начинались по четным адресам. Например, поскольку начало сегмента должно всегда находиться по четному адресу, первое поле данных начинается также по четному адресу и пока следующие поля определены как слова, имеющие четную длину, они все будут начинаться на четных адресах. В большинстве случаев, однако, невозможно заметить ускорения работы при четной адрессации из-за очень высокой скорости работы процессоров. Ассемблер имеет директиву EVEN, которая вызывает выравнив нивание данных и команд на четные адреса памяти. ПРИМЕР МАШИННЫХ КОДОВ: ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЗМЕРА ПАМЯТИ ------------------------------------------------------------ Ассемблер для IBM PC. Глава 2 40 В первом упражнении в данной главе проводилась проверка размера памяти (RAM), которую имеет компьютер. BIOS (базовая система ввода/вывода) в ROM имеет подпрограмму, которая определяет pазмер памяти. Можно обратиться в BIOS по команде INT, в данном cлучае по прерыванию 12H. В результате BIOS возвращает в регистр AX размер памяти в килобайтах. Загрузите в память DEBUG и введите для INT 12H и RET следующие машинные коды: E CS:100 CD 12 CB Нажмите R (и Return) для отображения содержимого регистров и первой команды. Регистр IP содержит 0100, при этом высвечивается команда INT 12H. Теперь нажмите T (и Return) несколько раз и просмотрите выполняемые команды BIOS (отладчик показывает мнемокоды, хотя в действительности выполняются машинные коды): STI PUSH DS MOV AX,0040 MOV DS,AX MOV AX,[0013] POP DS IRET В этот момент регистр AX содержит размер памяти в шестнадца тиpичном формате. Теперь введите еще раз команду T для выхода из BIOS и возврата в вашу программу. На экране появится команда RET для машинного кода CB, который был введен вами. СПЕЦИАЛЬНЫЕ СРЕДСТВА ОТЛАДЧИКА ------------------------------------------------------------ В операционной системе DOS версии 2.0 и старше можно использовать DEBUG для ввода команд ассемблера так же, как и команд машинного языка. На практике можно пользоваться обоими методами. Команда A Команда отладчика A (Assemble) переводит DEBUG в режим приема команд ассемблера и перевода их в машинные коды. Установим начальный адрес следующим образом: A 100 [Return] Отладчик выдаст значение адреса сегмента кодов и смещения в ввиде хххх:0100. Теперь можно вводить каждую команду, завер шая клавишей Return. Когда вся программа будет введена, нажмите снова клавишу Return для выхода из режима ассембле ра. Введите следующую программу: Ассемблер для IBM PC. Глава 2 41 MOV AL,25 [Return] MOV BL,32 [Return] ADD AL,BL [Return] RET [Return] по завершению на экране будет следующая информация: хххх:0100 MOV AL,25 хххх:0102 MOV BL,32 хххх:0104 ADD AL,BL хххх:0106 RET В этот момент отладчик готов к приему следующей команды. При нажатии Return операция будет прекращена. Можно видеть, что отладчик определил стартовые адреса каждой команды. Прежде чем выполнить программу, проверим сгенерированные машинные коды. Команда U Команда отладчика U (Unassemble) показывает машинные коды для команд ассемблера. Необходимо сообщить отладчику адреса первой и последней команды, которые необходимо просмотреть (в данном cлучае 100 и 106). Введите: U 100,106 [и Return] и на экране появится хххх:0100 B025 MOV AL,25 хххх:0102 B332 MOV BL,32 хххх:0104 00D8 ADD AL,BL хххх:0106 C3 RET Теперь проведем трассировку выполнения программы, начиная с команды R для вывода содержимого регистров и первой команды программы. С помощью команд T выполним последовательно все команды программы. Теперь вы знаете, как вводить программу в машинном коде или на языке ассемблера. Обычно используется ввод на языке ассемблера, когда машинный код неизвестен, а ввод в машинном коде - для изменения программы во время выполнения. Однако в действительности программа DEBUG предназначена для отладки программ и в следующих главах основное внимание будет уделено использованию языка ассемблера. Сохранение программы из отладчика Можно использовать DEBUG для сохранения программ на диске в следующих случаях: Ассемблер для IBM PC. Глава 2 42 1. После загрузки программы в память машины и ее модифика ции необходимо сохранить измененный вариант. Для этого следует: ъ загрузить программу по ее имени: DEBUG n:имяфайла[Return] ъ просмотреть программу с помощью команды D и ввести изменения по команде E, ъ записать измененную программу: W [Return] 2. Необходимо с помощью DEBUG написать небольшую по объему программу и сохранить ее на диске. Для этого следует: ъ вызвать отладчик DEBUG, ъ с помощью команд A (assemble) и E (enter) написать программу, ъ присвоить программе имя: N имяфайла.COM [Return]. Тип программы должен быть COM (см. главу 6 для пояснений по COM-файлам). ъ Так как только программист знает, где действительно кончается его программа, указать отладчику длину программы в байтах. В последнем примере концом программы является команда хххх:0106 C3 RET Эта команда однобайтовая и поэтому размер программы будет равен 106 (конец) минус 100 (начало), т.е. 6. ъ запросить регистр CX командой: R CX [Return] ъ отладчик выдаст на этот запрос CX 0000 (нулевое значение) ъ указать длину программы - 6, ъ записать измененную программу: W [Return] В обоих случаях DEBUG выдает сообщение "Writing nnnn bytes." (Запись nnnn байтов). Если nnnn равно 0, то произошла ошибка при вводе длины программы, и необходимо повторить запись cнова. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ НА ПАМЯТЬ ------------------------------------------------------------ Отладчик DOS DEBUG это достаточное мощное средство, полезное для отладки ассемблерных программ. Однако следует быть осторожным с ее использованием, особенно для команды E (ввод). Ввод данных в неправильные адреса памяти или ввод некорректных данных могут привести к непредсказуемым результатам. На экране в этом случае могут появиться "странные" символы, клавиатура заблокирована или даже DOS прервет DEBUG и перезагрузит себя с диска. Какие либо серьезные повреждения вряд ли произойдут, но возможны некоторые неожиданности, а также потеря данных, которые вводились при работе с отладчиком. Ассемблер для IBM PC. Глава 2 43 Если данные, введенные в сегмент данных или сегмент кодов, оказались некорректными, следует, вновь используя команду E, исправить их. Однако, можно не заметить ошибки и начать трассиpовку программы. Но и здесь возможно еще использовать команду E для изменений. Если необходимо начать выполнение с первой команды, то следует установить в регистре командного указателя (IP) значение 0100. Введите команду R (register) и требуемый регистр в следующем виде: R IP [Return] Отладчик выдаст на экран содержимое регистра IP и перей дет в ожидание ввода. Здесь следует ввести значение 0100 и нажать для проверки результата команду R (без IP). 0тладчик выдаст содержимое регистров, флагов и первую выполняемую команду. Теперь можно, используя команду T, вновь выполнить трассировку программы. Если ваша программа выполняет какие-либо подсчеты, то возможно потребуется очистка некоторых облостей памяти и регистров. Но yбедитесь в сохранении содержимого регистров CS, DS, SP и SS, которые имеют специфическое назначение. Прочитайте в руководстве по DOS главу о программе DEBUG. В настоящий момент рекомендуется: вводный материал и следующие команды oтладчика: дамп (D), ввод (E), шестнадцатиричный (H), имя (N), выход (Q), регистры (R), трассировка (T) и запись (W). Можно oзнакомиться также и с другими командами и проверить как они работают. ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ ------------------------------------------------------------ 2.1. Напишите машинные команды для а) пересылки шест. значения 4629 в регистр AX; б) сложения шест. 036A с содержимым регистра AX. 2.2. Предположим, что была введена следующая е команда: E CS:100 B8 45 01 05 25 00 Вместо шест.значения 45 предполагалось 54. Написшите команду E для корректировки только одного неправильно введенного байта, т.е. непосредственно замените 45 на 54. 2.3. Предположим, что введена следующая е команда: E CS:100 B8 04 30 05 00 30 CB а) Что представляют собой эти команды? (Сравните с первой программой в этой главе). б) После выполнения этой программы в регистре AX должно быть значение 0460, но в действительности оказалось 6004. В чем ошибка и как ее исправить? Ассемблер для IBM PC. Глава 2 44 в) После исправления команд необходимо снова выполнить программу с первой команды. Какие две команды отладчика потребуются? 2.4. Имеется следующая программа в машинных кодах: B0 25 D0 E0 B3 15 F6 E3 CB Программа выполняет следующее: - пересылает шест.значение 25 в регистр AL; - сдвигает содержимое регистра AL на один бит влево (в результате в AL будет 4A); - пересылает шест.значение 15 в регистр BL; - умножает содержимое регистра AL на содержимое регистра BL. Используйте отладчик для ввода (E) этой программы по адресу CS:100. Не забывайте, что все значения представ лены в шестнадцатиричном виде. После ввода программы наберите D CS:100 для просмотра сегмента кода. Затем введите команду R и необходимое число команд T для пошагового выполнения программы до команды RET. Какое значение будет в регистре AX в результате выполнения программы? 2.5. Используйте отладчик для ввода (E) следующей программы в машинных кодах: Данные: 25 15 00 00 Машинный код: A0 00 00 D0 E0 F6 26 01 00 A3 02 00 CB Программа выполняет следующее: - пересылает содержимое одного байта по адресу DS:00 (25) в регистр AL; - сдвигает содержимое регистра AL влево на один бит (получая в результате 4A); - умножает AL на содержимое одного байта по адресу DS:01 (15); - пересылает результат из AX в слово, начинающееся по адресу DS:02. После ввода программы используйте команды D для просмот ра сегмента данных и сегмента кода. Затем введите коман ду R и необходимое число команд T для достижения конца программы (RET). В этот момент регистр AX должен содер жать результат 0612. Еще раз используйте команду D DS:00 и заметьте, что по адресу DS:02 значение записано как 1206. 2.6. Для предыдущего задания (2.5) постройте команды для записи программы на диск под именем TRIAL.COM. Ассемблер для IBM PC. Глава 2 45 2.7. Используя команду A отладчика, введите следующую про грамму: MOV BX,25 ADD BX,30 SHL BX,01 SUB BX,22 NOP RET сделайте ассемблирование и трассировку выполнения этой программы до команды NOP. Ассемблер для IBM PC. Глава 3 60 ГЛАВА 3. Требования языка ассемблер ------------------------------------------------------------ Требования языка ассемблер Цель: показать основные требования к программам на языке ассемблера и этапы ассемблирования, компановки и выполнения программы. ВВЕДЕНИЕ ------------------------------------------------------------ В главе 2 было показано как ввести и выполнить программу на машинном языке. Несомненно при этом ощутима трудность расшифровки машинного кода даже для очень небольшой программы. Сомнительно, чтобы кто-либо серьезно кодировал программы на машинном языке, за исключением разных "заплат" (корректировок) в программе на языках высокого уровня и прикладные программы. Более высоким уровнем кодирования является уровень ассемблера, на котором программист пользуется символическими мнемокодами вместо машинных команд и описательными именами для полей данных и адресов памяти. Программа написанная символическими мнемокодами, которые используются в языке ассемблера, представляет собой исходный модуль. Для формирования исходного модуля применяют программу DOS EDLIN или любой другой подходящий экранный редактор. Затем с помощью программы ассемблерного транслято ра исходный текст транслируется в машинный код, известный как объектная программа. И наконец, программа DOS LINK определяет все адресные ссылки для объектной программы, генерируя загрузочный модуль. В данной главе объясняются требования для простой програм мы на ассемблере и показаны этапы ассемблирования, компанов ки и выполнения. КОММЕНТАРИИ В ПРОГРАММАХ НА АССЕМБЛЕРЕ ------------------------------------------------------------ Использование комментариев в программе улучшает ее ясность, oсобенно там, где назначение набора команд непонятно. Комментаpий всегда начинаются на любой строке исходного модуля с символа точка с запятой (;) и ассемблер полагает в этом случае, что все символы, находящиеся справа от ; являются комментарием. Комментарий может содержать любые печатные символы, включая пробел. Комментарий может занимать всю строку или следовать за командой на той же строке, как это показано в двух следующих примерах: 1. ;Эта строка полностью является комментарием 2. ADD AX,BX ;Комментарий на одной строке с командой Ассемблер для IBM PC. Глава 3 61 Комментарии появляются только в листингах ассемблиро- вания исходного модуля и не приводят к генерации машинных кодов, поэтому можно включать любое количество комментариев, не оказывая влияния на эффективность выполнения программы. В данной книге команды ассемблера представлены заглавными буквами, а комментарии - строчными (только для удобочитае мости). ФОРМАТ КОДИРОВАНИЯ ------------------------------------------------------------ Основной формат кодирования команд ассемблера имеет следующий вид: [метка] команда [операнд(ы)] Метка (если имеется), команда и операнд (если имеется) pазделяются по крайней мере одним пробелом или символом табуляции. Максимальная длина строки - 132 символа, однако, большинство предпочитают работать со строками в 80 символов (соответственно ширине экрана). Примеры кодирования: Метка Команда Операнд COUNT DB 1 ;Имя, команда, один операнд MOV AX,0 ;Команда, два операнда Метки Метка в языке ассемблера может содержать следующие симво лы: Буквы: от A до Z и от a до z Цифры: от 0 до 9 Спецсимволы: знак вопроса (?) точка (.) (только первый символ) знак "коммерческое эт" (@) подчеркивание (-) доллар ($) Первым символом в метке должна быть буква или спецсимвол. Ассемблер не делает различия между заглавными и строчными буквами. Максимальная длина метки - 31 символ. Примеры меток: COUNT, PAGE25, $E10. Рекомендуется использовать описательные и смысловые метки. Имена регистров, например, AX, DI или AL являются зарезервированными и используются только для указания соответствующих регистров. Например, в команде ADD AX,BX ассемблер "знает", что AX и BX относится к регистрам. Однако, в команде MOV REGSAVE,AX Ассемблер для IBM PC. Глава 3 62 ассемблер воспримет имя REGSAVE только в том случае, если оно будет определено в сегменте данных. В приложении 3 приведен cписок всех зарезервированных слов ассемблера. Команда Мнемоническая команда указывает ассемблеру какое действие должен выполнить данный оператор. В сегменте данных команда (или директива) определяет поле, рабочую oбласть или константу. В сегменте кода команда определяет действие, например, пересылка (MOV) или сложение (ADD). Операнд Если команда специфирует выполняемое действие, то операнд определяет а) начальное значение данных или б) элементы, над которыми выполняется действие по команде. В следующем примере байт COUNTER определен в сегменте данных и имеет нулевое значение: Метка Команда Операнд COUNTER DB 0 ;Определить байт (DB) ; с нулевым значением Команда может иметь один или два операнда, или вообще быть без операндов. Рассмотрим следующие три примера: Команда Операнд Комментарий Нет операндов RET ;Вернуться Один операнд INC CX ;Увеличить CX Два операнда ADD AX,12 ;Прибавить 12 к AX Метка, команда и операнд не обязательно должны начинаться с какой-либо определенной позиции в строке. Однако, рекомен дуется записывать их в колонку для большей yдобочитаемости программы. Для этого, например, редактор DOS EDLIN обеспечи вает табуляцию чепез каждые восемь позиций. ДИРЕКТИВЫ ------------------------------------------------------------ Ассемблер имеет ряд операторов, которые позволяют упpав лять процессом ассемблирования и формирования листинга. Эти операторы называются псевдокомандами или директивами. Они действуют только в процессе ассемблирования программы и не генерируют машинных кодов. Большинство директив показаны в следующих разделах. В главе 24 подробно описаны все директивы ассемблера и приведено более чем достаточно соответствующей информации. Главу 24 можно использовать в качестве справочника. Директивы управления листингом: PAGE и TITLE Ассемблер для IBM PC. Глава 3 63 Ассемблер содержит ряд директив, управляющих форматом печати (или листинга). Обе директивы PAGE и TITLE можно использовать в любой программе. Директива PAGE. В начале программы можно указать количест во строк, распечатываемых на одной странице, и максимальное количество символов на одной строке. Для этой цели cлужит директива PAGE. Следующей директивой устанавливается 60 строк на страницу и 132 символа в строке: PAGE 60,132 Количество строк на странице межет быть в пределах от 10 до 255, а символов в строке - от 60 до 132. По умолчанию в ассемблере установлено PAGE 66,80. Предположим, что счетчик строк установлен на 60. В этом случае ассемблер, распечатав 60 строк, выполняет прогон листа на начало следующей страницы и увеличивает номер страницы на eдиницу. Кроме того можно заставить ассемблер сделать прогон листа на конкретной строке, например, в конце сегмента. Для этого необходимо записать директиву PAGE без операндов. Ассемблер автоматически делает прогон листа при обработке диpективы PAGE. Директива TITLE. Для того, чтобы вверху каждой страницы листинга печатался заголовок (титул) программы, используется диpектива TITLE в следующем формате: TITLE текст Рекомендуется в качестве текста использовать имя програм мы, под которым она находится в каталоге на диске. Например, если программа называется ASMSORT, то можно использовать это имя и описательный комментарий общей длиной до 60 символов: TITLE ASMSORT - Ассемблерная программа сортировки имен В ассемблере также имеется директива подзаголовка SUBTTL, которая может оказаться полезной для очень больших программ, содержащих много подпрограмм. Директива SEGMENT Любые ассемблерные программы содержат по крайней мере один сегмент - сегмент кода. В некоторых программах используется сегмент для стековой памяти и сегмент данных для определения данных. Асcемблерная директива для описания сегмента SEGMENT имеет следующий формат: Имя Директива Операнд имя SEGMENT [параметры] . . Ассемблер для IBM PC. Глава 3 64 . имя ENDS Имя сегмента должно обязательно присутствовать, быть уникальным и соответствовать соглашениям для имен в ассемблере. Директива ENDS обозначает конец сегмента. Обе директивы SEGMENT и ENDS должны иметь одинаковые имена. Директива SEGMENT может содержать три типа параметров, определяющих выравнивание, объединение и класс. 1. Выравнивание. Данный параметр определяет границу начала сегмента. Обычным значением является PARA, по которму сегмент устанавливается на границу параграфа. В этом случае начальный адрес делится на 16 без остатка, т.е. имеет шест. адрес nnn0. В случае отсутствия этого операнда ассемблер принимает по умолчанию PARA. 2. Объединение. Этот элемент определяет объединяется ли данный сегмент с другими сегментами в процессе компановки после ассемблирования (пояснения см. в следующем разделе "Компановка программы"). Возможны следующие типы объединений: STACK, COMMON, PUBLIC, AT выражение и MEMORY. Сегмент стека определяется следующим образом: имя SEGMENT PARA STACK Когда отдельно ассемблированные программы должны объеди няться компановщиком, то можно использовать типы: PUBLIC, COMMON и MEMORY. В случае, если программа не должна об'единяться с другими программами, то данная опция может быть опущена. 3. Класс. Данный элемент, заключенный в апострофы, исполь зуется для группирования относительных сегментов при компановке: имя SEGMENT PARA STACK 'Stack' Фрагмент программы на рис. 3.1. в следующем разделе иллюстрирует директиву SEGMENT и ее различные опции. Директива PROC Сегмент кода содержит выполняемые команды программы. Кроме того этот сегмент также включает в себя одну и