Структура команды на языке ассемблера содержит. Основные сведения о языке Ассемблер. По дисциплине «Системное программирование. Оперативная память, регистры, представление данных
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:
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.
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.
Тема 2.5 Основы программирования процессора
С увеличением длины программы все труднее становится запомнить коды различных операций. Некоторую помощь в этом отношении оказывают мнемонические обозначения.
Язык символического кодирования команд называется ассемблером .
Язык ассемблер – это язык, в котором каждое высказывание соответствует ровно одной машинной команде.
Ассемблированием называется преобразование программы с языка ассемблера, т. е. подготовка программы на машинном языке путем замены символических имен операций на машинные коды, а символических адресов – на абсолютные или относительные номера, а также включение библиотечных программ и генерация последовательностей символических команд путем указания конкретных параметров в микрокомандах. Данная программа обычно размещается в ПЗУ или вводится в ОЗУ с некоторого внешнего носителя.
Язык ассемблер имеет несколько особенностей, отличающих его от языков высокого уровня:
1. Это взаимно однозначное соответствие между высказываниями языка ассемблера и машинными командами.
2. Программист на языке ассемблера имеет доступ ко всем объектам и командам, присутствующим на целевой машине.
Представление об основах программирования на машинно-ориентированных языках полезно для:
Лучшего понимания архитектуры ПК и более грамотного использования компьютеров;
Для разработки более рациональных структур алгоритмов программ решения прикладных задач;
Возможности просмотра и корректировки исполняемых программ с расширением.exe и.com, компилированных с любых языков высокого уровня, в случае утраты исходных программ (вызвав указанные программы в отладчик программы DEBUG и декомпилировав их отображение на языке ассемблера);
Составления программ решения наиболее ответственных задач (программа, составленная на машинно-ориентированном языке, обычно эффективнее – короче и быстрее процентов на 30-60 программ, полученных в результате трансляции с языков высокого уровня)
Для реализации процедур, включаемых в основную программу в виде отдельных фрагментов в том случае, если они не могут быть реализованы ни на используемом языке высокого уровня, ни с использованием служебных процедур ОС.
Программа на языке ассемблера может работать только на ЭВМ одного семейства, а программа, написанная на языке высокого уровня, потенциально может работать на разных машинах.
Алфавит языка ассемблера составляют символы ASCII.
Числа только целые. Различают:
Двоичные числа, заканчиваются буквой В;
Десятичные числа, заканчиваются буквой D;
Шестнадцатеричные числа, заканчиваются буквой Н.
Оперативная память, регистры, представление данных
Для определённой серии МП используется индивидуальный язык составления программ – язык ассемблер.
Язык ассемблер занимает промежуточное положение между машинными кодами и языками высокого уровня. Программировать на этом языке проще. Программа на языке ассемблер более рационально использует возможности конкретной машины (точнее МП), чем программа на языке высокого уровня (который более прост для программиста, чем ассемблер). Основные принципы программирования на машинно-ориентированных языках рассмотрим на примере языка ассемблер для МП КР580ВМ80. Для программирования на языке используется общая методика. Конкретные же технические приемы записи программ связаны с особенностями архитектуры и системы команд целевого МП.
Программная модель микропроцессорной системы на основе МП КР580ВМ80
Программная модель МПС в соответствии с рисунком 1
МП Порты Память
| S | Z | AC | P | C |
Рисунок 1
С точки зрения программиста МП КР580ВМ80 имеет следующие программно-доступные регистры.
А – 8-битовый регистр аккумулятор. Является главным регистром МП. Любая операция, выполняемая в АЛУ, предполагает размещение одного из операндов, подлежащих обработке, в аккумуляторе. Результат операции в АЛУ тоже обычно хранится в А.
B, C, D, E, H, L – 8-битовые регистры общего назначения (РОН). Внутренняя память МП. Предназначены для хранения обрабатываемой информации, а также результатов операции. При обработке 16-разрядных слов из регистров образуют пары BC, DE, HL, причем сдвоенный регистр называется первой буквой – B, D, H. В регистровой паре старшим является первый регистр. Особым свойством обладают регистры H, L, используемые как для хранения данных, так и для хранения 16-разрядных адресов ячеек ОЗУ.
FL – регистр флагов (регистр признаков) 8-битовый регистр, в котором сохраняются пять признаков результата выполнения арифметических и логических операций в МП. Формат FL в соответствии с рисунком
Разряд С (CY - carry) - перенос, устанавливается в 1, если был перенос из старшего разряда байта при выполнении арифметических операций.
Разряд Р (parity) – четность, устанавливается в 1, если число единиц в разрядах результата четно.
Разряд АС – дополнительный перенос, предназначен для хранения значения переноса из младшей тетрады результата.
Разряд Z (нуль) – устанавливается в 1, если результат операции равен 0.
Разряд S (знак) – устанавливается в 1, если результат отрицательный, и в 0, если результат положительный.
SP –- указатель стека, 16-разрядный регистр, предназначен для хранения адреса ячейки памяти, куда был записан последний введенный в стек байт.
РС – программный счетчик (счетчик команд), 16-разрядный регистр, предназначен для хранения адреса следующей выполняемой команды. Содержимое счетчика команд автоматически увеличивается на 1 сразу же после выборки очередного байта команды.
В начальной области памяти адреса 0000Н – 07FF располагается управляющая программа и демонстрационные программы. Это область ПЗУ.
0800 – 0АFF - область адресов для записи исследуемых программ. (ОЗУ).
0В00 – 0ВВ0 - область адресов для записи данных. (ОЗУ).
0ВВ0 – начальный адрес стека. (ОЗУ).
Стек – специально организованная область ОЗУ, предназначенная для временного хранения данных или адресов. Число, записанное в стек последним, извлекается из него первым. Указатель стека хранит адрес последней ячейки стека, в которой записана информация. При вызове подпрограммы в стеке автоматически сохраняется адрес возврата в основную программу. Как правило, в начале каждой подпрограммы сохраняются в стеке содержимое всех задействованных при ее выполнении регистров, а в конце подпрограммы восстанавливают их из стека.
Формат данных и структура команд языка ассемблер
Память МП КР580ВМ80 представляет собой массив 8-ьитных слов, называемых байтами, Каждый байт имеет свой 16-разрядный адрес, определяющий его положение в последовательности ячеек памяти. МП может адресовать 65536 байт памяти, которая может содержать как в ПЗУ, так и в ОЗУ.
Формат данных
Данные хранятся в памяти в виде 8-битных слов:
D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0
Младшим битом является бит 0, старшим – бит 7.
Команда характеризуется форматом, т. е. числом отведенных для нее разрядов, которые разделены побайтно на определенные функциональные поля.
Формат команд
Команды МП КР580ВМ80 имеют одно, двух или трехбайтный формат. Многобайтные команды должны быть размещены в соседних ЯП. Формат команды зависит от особенностей выполняемой операции.
Первый байт команды содержит код операции, записанный в мнемоническом виде.
Он определяет формат команды и те действия, которые должны быть выполнены МП над данными в процессе ее выполнения, и способ адресации, а также может содержать информацию о нахождении данных.
Во втором и третьем байтах могут находиться данные, над которыми производятся операции, или адреса, указывающие местонахождение данных. Данные, над которыми производятся действия, называются операндами.
Формат однобайтовой команды в соответствии с рисунком 2
Рисунок 4
В командах на языке ассемблера код операции имеет сокращённую форму записи английских слов – мнемоническое обозначение. Мнемоника (от греческого mnemonic – искусство запоминания) позволяет легче запомнить команды по их функциональному назначению.
Перед исполнением исходная программа переводится с помощью программы трансляции, называемой ассемблером, на язык кодовых комбинаций – машинный язык, в таком виде размещается в памяти МП и далее используется при выполнении команды.
Методы адресации
Все коды операндов (входные и выходные) должны где-то располагаться. Они могут находиться во внутренних регистрах МП (наиболее удобный и быстрый вариант). Они могут располагаться в системной памяти (самый распространенный вариант). Наконец, они могут находиться в устройствах ввода-вывода (наиболее редкий случай). Определение места положения операндов производится кодом команды. Существуют разные методы, с помощью которых код команды может определить, откуда брать входной операнд и куда помещать выходной операнд. Эти методы называются методами адресации.
Для МП КР580ВМ80 существуют следующие методы адресации:
Непосредственная;
Регистровая;
Косвенная;
Стековая.
Непосредственная адресация предполагает, что операнд (входной) находится в памяти непосредственно за кодом команды. Операнд обычно представляет собой константу, которую надо куда-то переслать, к чему-то прибавить и т. д. данные содержатся во втором или во втором и третьем байтах команды, причем младший байт данных находится во втором байте команды, а старший – в третьем байте команды.
Прямая (она же абсолютная) адресация предполагает, что операнд (входной или выходной) находится в памяти по адресу, код которого находится внутри программы сразу же за кодом команды. Используется в трехбайтовых командах.
Регистровая адресация предполагает, что операнд (входной или выходной) находится во внутреннем регистре МП. Используется в однобайтовых командах
Косвенная (неявная)адресация предполагает, что во внутреннем регистре МП находится не сам операнд, а его адрес в памяти.
Стековая адресация предполагает, что команда не содержит адрес. Адресация к ячейкам памяти по содержимому 16-разрядного регистра SP (указателя стека).
Система команд
Система команд МП – это полный перечень элементарных действий, которые способен производить МП. Управляемый этими командами МП выполняет простые действия, такие как элементарные арифметические и логические операции, пересылку данных, сравнение двух величин и др. Число команд МП КР580ВМ80 - 78 (с учетом модификаций 244).
Различают следующие группы команд:
Передачи данных;
Арифметические;
Логические;
Команды перехода;
Команды ввода-вывода, управления и работы со стеком.
Символы и сокращения, применяемые при описании команд и составлении программ
| Символ | Сокращение |
| ADDR | 16-битовый адрес |
| DATA | 8-битовые данные |
| DATA 16 | 16-битовые данные |
| PORT | 8-битовый адрес УВВ (устройства ввода-вывода) |
| BYTE 2 | Второй байт команды |
| BYTE 3 | Третий байт команды |
| R, R1, R2 | Один из регистров: A, B, C, D, E, H, L |
| RP | Одна из регистровых пар: В - задает пару ВС; D - задает пару DE; H – задает пару HL |
| RH | Первый регистр пары |
| RL | Второй регистр пары |
| Λ | Логическое умножение |
| V | Логическое сложение |
| Сложение по модулю два | |
| М | Ячейка памяти, адрес которой задаёт содержимое регистровой пары HL, т. е. М = (HL) |
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 .
Команды языка Ассемблер (Лекция)
ПЛАН ЛЕКЦИИ
1. Основные группы операций.
Pentium .
1. Основные группы операций
Микропроцессоры выполняют набор команд,которыереализуютследующиеосновные группыопераций:
Операциипересылки,
Арифметическиеоперации,
Логическиеоперации,
Операциисдвига,
Операциисравненияитестирования,
Битовыеоперации,
Операцииуправления программой;
Операцииуправления процессором.
2. Мнемокоды команд процессора Pentium
При описании команд обычно используются их мнемонические обозначения (мнемокоды), которые служат для задания команды при программировании на языке Ассемблера. Для различных версий Ассемблера мнемокоды некоторых команд могут отличаться. Например, для команды вызова подпрограммы используется мнемокод CALL или JSR (“ Jump to SubRoutine ”). Однако мнемокоды большинства команд для основных типов микропроцессоров совпадают или отличаются незначительно, так как они являются сокращениями соответствующих английских слов, определяющих выполняемую операцию. Рассмотрим мнемокоды команд, принятые для процессоров Pentium .
Команды пересылки. Основной командой этой группы является команда MOV , которая обеспечивает пересылку данных между двумя регистрами или между регистром и ячейкой памяти. В некоторых микропроцессорах реализуется пересылка между двумя ячейками памяти, а также групповая пересылка содержимого нескольких регистровиз памяти. Например, микропроцессоры семейства 68 xxx компании Motorola выполняют команду MOVE , обеспечивающую пересылку из одной ячейки памяти в другую, и команду MOVEM , которая производит запись в память или загрузку из памяти содержимого заданного набора регистров (до 16 регистров). Команда XCHG производит взаимный обмен содержимым двух регистров процессора или регистра и ячейки памяти.
Команды ввода IN и вывода OUT реализуют пересылку данных из регистра процессора во внешнее устройство или прием данных из внешнего устройства в регистр. В этих командах задается номер интерфейсного устройства (порта ввода-вывода), через которое производится передача данных. Отметим, что многие микропроцессоры не имеют специальных команд для обращения к внешним устройствам. В этом случае ввод и вывод данных в системе выполняется с помощью команды MOV , в которой задается адрес требуемого интерфейсного устройства. Таким образом внешнее устройство адресуется как ячейка памяти, а в адресном пространстве выделяется определенный раздел, в котором располагаются адреса подключенных к системе интерфейсных устройств (портов).
Команды арифметических операций. Основными в этой группе являются команды сложения, вычитания, умножения и деления,которыеимеютрядвариантов. Команды сложения ADD и вычитания SUB выполняют соответствующие операции с c одержимым двух регистров, регистра и ячейки памяти или с использованием непосредственного операнда. Команды AD C , SB B производят сложение и вычитание с учетом значения признака C , устанавливаемого при формировании переноса в процессе выполнения предыдущей операции. С помощью этих команд реализуется последовательное сложение операндов, число разрядов которых превышает разрядность процессора. Команда NEG изменяет знак операнда, переводя его в дополнительный код.
Операции умножения и деления могут выполняться над числами со знаком (команды I MUL, I DIV ) или беззнака(команды MUL, DIV ).Одинизоперандоввсегдаразмещаетсяврегистре, второй может находиться в регистре, ячейке памяти или быть непосредственным операндом. Результат операции располагается в регистре. При умножении (команды MUL , IMUL ) получается результат удвоенной разрядности, для размещения которого используется два регистра. При делении (команды DIV , IDIV ) в качестве делимого используется операнд удвоенной разрядности, размещаемый в двух регистрах, а в качестве результата в два регистра записывается частное и остаток.
Команды логических операций . Практически все микропроцессоры производят логические операцииИ , ИЛИ, Исключающее ИЛИ, которые выполняются над одноименными разрядами операндов с помощью команд AND, OR, X OR . Операции выполняются над содержимым двух регистров, регистра и ячейки памяти или с использованием непосредственного операнда. Команда NOT инвертирует значение каждого разряда операнда.
Команды сдвига . Микропроцессоры осуществляют арифметические,логические и циклические сдвиги адресуемых операндов на один или несколько разрядов. Сдвигаемый операнд может находиться в регистре или ячейке памяти, а число разрядов сдвига задается с помощью непосредственного операнда, содержащегося в команде, или определяется содержимым заданного регистра. В реализации сдвига обычно участвует признак переноса C в регистре состояний (SR или EFLAGS ), в котором располагается последний разряд операнда, выдвигаемый из регистра или ячейки памяти.
Команды сравнения и тестирования . Сравнение операндов обычно производится с помощью команды CMP , которая производит вычитание операндов с установкой значений признаков N, Z, V, C в регистре состояния в соответствии с полученным результатом. При этом результат вычитания не сохраняется, и значения операндов не изменяются. Последующий анализ полученных значений признаков позволяет определить относительное значение (>, <, =) операндов со знаком или без знака. Использование различных способов адресации позволяет производит сравнение содержимого двух регистров, регистра и ячейки памяти, непосредственно заданного операнда с содержимым регистра или ячейки памяти.
Некоторые микропроцессоры выполняют команду тестирования TST , которая является однооперандным вариантом команды сравнения. При выполнении этой командыустанавливаются признаки N, Z в соответствии со знаком и значением (равно или не равно нулю) адресуемого операнда.
Команды битовых операций . Эти команды производят установку значения признака C в регистре состояний в соответствии со значением тестируемого бита bn в адресуемом операнде. В некоторых микропроцессорах по результату тестирования бита производится установка признака Z . Номер тестируемого бита n задаетсялибо содержимым указанного в команде регистра, либо непосредственным операндом.
Команды данной группы реализуют разные варианты изменениятестируемогобита.КомандаBT сохраняет значение этого бита неизменным .КомандаB T S послетестирования устанавливает значениеbn =1, а команда B T C - значение bn =0.Команда B T C инвертирует значение бита bn после его тестирования.
Операции управления программой. Для управления программой используется большое количество команд, среди которых можно выделить:
- команды безусловной передачи управления;
- команды условных переходов;
- команды организации программных циклов;
- команды прерывания;
- команды изменения признаков.
Безусловная передача управления производится командой JMP , которая загружает в программный счетчик PC новое содержимое, являющееся адресом следующей выполняемой команды. Этот адрес либо непосредственно указывается в команде JMP (прямая адресация), либо вычисляется как сумма текущего содержимого PC и заданного в команде смещения, которое является числом со знаком (относительная адресация). Так как PC содержит адрес очередной команды программы, то последний способ задает адрес перехода, смещенный относительно очередного адреса на заданное число байтов. При положительном смещении производится переход к последующим командам программы, при отрицательном смещении – к предыдущим.
Вызов подпрограммы также производится путем безусловной передачи управления с помощью команды CALL (или JSR ). Однако в этом случае перед загрузкой в PC нового содержимого, задающего адрес первой команды подпрограммы,необходимо сохранить его текущее значение (адрес очередной команды), чтобы после выполнения подпрограммы обеспечить возвращение к основной программе (или к предыдущей подпрограмме при вложении подпрограмм). Команды условных переходов (ветвлений программы) производят загрузку в PC нового содержимого, если выполняются определенные условия, которые обычно задаются в соответствии с текущим значением различных признаков в регистре состояния. Если условие не реализуется, то выполняется следующая команда программы.
Команды управления признаками обеспечивают запись - чтение содержимого регистра состояния, в котором хранятся признаки, а также изменение значений отдельных признаков. Например, в процессорах Pentium реализуются команды LAHF и SAHF , которые выполняют загрузку младшего байта, где содержатся признаки, из регистра состояния EFLAG в младший байт регистра EAX и заполнение младшего байта EFLAGS из регистра E A X .. Команды CLC, STC осуществляют установку значений признака переноса CF=0, CF=1, а команда CMC вызывает инвертирование значения этого признака. Так как признаки определяют ход выполнения программы при условных переходах, то команды изменения признаков обычно используются для управления программой.
Командыуправления процессором . К этой группе относятся команды останова, отсутствия операции и ряд команд, определяющих режим работы процессора или его отдельных блоков. Команда HLT прекращает выполнение программы и переводит процессор в состояние останова, выход из которого происходит при поступлении сигналов прерывания или перезапуска (Reset ). Команда NOP (“пустая” команда), которая не вызывает выполнения каких-либо операций, служит для реализации программных задержек или заполнения пропусков, образовавшихся в программе.
Специальные команды CLI, STI запрещают и разрешают обслуживание запросов прерывания. В процессорах Pentium для этого используется бит управления (флаг) IF в регистре EFLAGS .
Многие современные микропроцессоры выполняют команду идентификации, которая позволяет пользователю или другим устройствам получить информацию о типе процессора, используемого в данной системе. В процессорах Pentuim для этого служит команда CPUID , при выполнении которой необходимые данные о процессоре поступают в регистры EAX , EBX , ECX , EDX и могут затем считываться пользователем или операционной системой.
В зависимости от реализуемых процессором режимов работы и заданных типов обрабатываемых данных набор выполняемых команд может существенно расширяться.
Некоторые процессоры производят арифметические операции с двоично-десятичными числами или выполняют специальные команды коррекции результата при обработке таких чисел. В состав многих высокопроизводительных процессоров входит FPU - блок обработки чисел c “плавающей точкой”.
В ряде современных процессоров реализована групповая обработка нескольких целых чисел или чисел c “плавающей точкой” с помощью одной команды по принципу SIMD (“ Single Instruction – Multiple Data ”) - «Одна команда – Множество данных». Одновременное выполнение операций над несколькими операндами существенно повышает производительность процессора при работе с видео- и аудиоданными. Такие операции широко используются для обработки изображений, звуковых сигналов и в других приложениях. Для выполнения этих операций в состав процессоров введены специальные блоки, реализующие соответствующие наборы команд, которые в различных типах процессоров (Pentium , Athlon ) получили название MMX (“ Milti - Media Extension ”) – Мультимедийное Расширение, SSE (“ Streaming SIMD Extension ”) – Потоковое SIMD – расширение, “3 D – Extension ” – Трехмерное Расширение.
Характерной особенностью процессоров компании Intel , начиная с модели 80286, является приоритетный контроль при обращении к памяти, который обеспечивается при работе процессора в режиме защищенных виртуальных адресов – “ Protected Mode ” (защищенный режим). Для реализации этого режима используется специальные группы команд, которые служат для организации защиты памяти в соответствии с принятым алгоритмом приоритетного обращения.