Структуры в языке ассемблер

Рассмотренные нами выше массивы представляют собой совокупность однотипных элементов. Но часто в приложениях возникает необходимость рассматривать некоторую совокупность данных разного типа как некоторый единый тип.

Это очень актуально, например, для программ баз данных, где необходимо связывать совокупность данных разного типа с одним объектом.

К примеру, ранее мы рассмотрели листинг 4, в котором работа производилась с массивом трехбайтовых элементов. Каждый элемент, в свою очередь, представлял собой два элемента разных типов: однобайтовое поле счетчика и двухбайтовое поле, которое могло нести еще какую-то нужную для хранения и обработки информацию. Если читатель знаком с одним из языков высокого уровня, то он знает, что такой объект обычно описывается с помощью специального типа данных - структуры .

С целью повысить удобство использования языка ассемблера в него также был введен такой тип данных.

По определению структура - это тип данных, состоящий из фиксированного числа элементов разного типа.

Для использования структур в программе необходимо выполнить три действия:

Задать шаблон структуры .

По смыслу это означает определение нового типа данных, который впоследствии можно использовать для определения переменных этого типа.

Определить экземпляр структуры .

Этот этап подразумевает инициализацию конкретной переменной заранее определенной (с помощью шаблона) структурой.

Организовать обращение к элементам структуры .

Очень важно, чтобы вы с самого начала уяснили, в чем разница между описанием структуры в программе и ее определением .

Описать структуру в программе означает лишь указать ее схему или шаблон; память при этом не выделяется.

Этот шаблон можно рассматривать лишь как информацию для транслятора о расположении полей и их значении по умолчанию.

Определить структуру - значит, дать указание транслятору выделить память и присвоить этой области памяти символическое имя.

Описать структуру в программе можно только один раз, а определить - любое количество раз.

Описание шаблона структуры

Описание шаблона структуры имеет следующий синтаксис:

имя_структуры STRUC имя_структуры ENDS

Здесь представляет собой последовательность директив описания данных db, dw, dd, dq и dt .

Их операнды определяют размер полей и, при необходимости, начальные значения. Этими значениями будут, возможно, инициализироваться соответствующие поля при определении структуры.

Как мы уже отметили при описании шаблона, память не выделяется, так как это всего лишь информация для транслятора.

Местоположение шаблона в программе может быть поизвольным, но, следуя логике работы однопроходного транслятора, он должен быть расположен до того места, где определяется переменная с типом данной структуры. То есть при описании в сегменте данных переменной с типом некоторой структуры ее шаблон необходимо поместить в начале сегмента данных либо перед ним.

Рассмотрим работу со структурами на примере моделирования базы данных о сотрудниках некоторого отдела.

Для простоты, чтобы уйти от проблем преобразования информации при вводе, условимся, что все поля символьные.

Определим структуру записи этой базы данных следующим шаблоном:

Определение данных с типом структуры

Для использования описанной с помощью шаблона структуры в программе необходимо определить переменную с типом данной структуры. Для этого используется следующая синтаксическая конструкция:

[имя переменной] имя_структуры

имя переменной - идентификатор переменной данного структурного типа.

Задание имени переменной необязательно. Если его не указать, будет просто выделена область памяти размером в сумму длин всех элементов структуры.

список значений - заключенный в угловые скобки список начальных значений элементов структуры, разделенных запятыми.

Его задание также необязательно.

Если список указан не полностью, то все поля структуры для данной переменной инициализируются значениями из шаблона, если таковые заданы.

Допускается инициализация отдельных полей, но в этом случае пропущенные поля должны отделяться запятыми. Пропущенные поля будут инициализированы значениями из шаблона структуры. Если при определении новой переменной с типом данной структуры мы согласны со всеми значениями полей в ее шаблоне (то есть заданными по умолчанию), то нужно просто написать угловые скобки.

К примеру: victor worker .

Для примера определим несколько переменных с типом описанной выше структуры.

Методы работы со структурой

Идея введения структурного типа в любой язык программирования состоит в объединении разнотипных переменных в один объект.

В языке должны быть средства доступа к этим переменным внутри конкретного экземпляра структуры. Для того чтобы сослаться в команде на поле некоторой структуры, используется специальный оператор - символ " . " (точка) . Он используется в следующей синтаксической конструкции:

адресное_выражение - идентификатор переменной некоторого структурного типа или выражение в скобках в соответствии с указанными ниже синтаксическими правилами (рис. 1);

имя_поля_структуры - имя поля из шаблона структуры.

Это, на самом деле, тоже адрес, а точнее, смещение поля от начала структуры.

Таким образом оператор ". " (точка) вычисляет выражение

Рис. 5. Синтаксис адресного выражения в операторе обращения к полю структуры

Продемонстрируем на примере определенной нами структуры worker некоторые приемы работы со структурами.

К примеру, извлечь в ax значения поля с возрастом. Так как вряд ли возраст трудоспособного человека будет больше величины 99 лет, то после помещения содержимого этого символьного поля в регистр ax его будет удобно преобразовать в двоичное представление командой aad .

Будьте внимательны, так как из-за принципа хранения данных “младший байт по младшему адресу” старшая цифра возраста будет помещена в al , а младшая - в ah .

Для корректировки достаточно использовать команду xchg al,ah :

mov ax,word ptr sotr1.age ;в al возраст sotr1

а можно и так:

Дальнейшая работа с массивом структур производится так же, как и с одномерным массивом. Здесь возникает несколько вопросов:

Как быть с размером и как организовать индексацию элементов массива?

Аналогично другим идентификаторам, определенным в программе, транслятор назначает имени типа структуры и имени переменной с типом структуры атрибут типа. Значением этого атрибута является размер в байтах, занимаемый полями этой структуры. Извлечь это значение можно с помощью оператор type .

После того как стал известен размер экземпляра структуры, организовать индексацию в массиве структур не представляет особой сложности.

К примеру:

Как выполнить копирование поля из одной структуры в соответствующее поле другой структуры? Или как выполнить копирование всей структуры? Давайте выполним копирование поля nam третьего сотрудника в поле nam пятого сотрудника:

mas_sotr worker 10 dup () mov bx,offset mas_sotr mov si,(type worker)*2 ;si=77*2 mov di,(type worker)*4 ;si=77*4

Мне кажется, что ремесло программиста рано или поздно делает человека похожим на хорошую домохозяйку. Он, подобно ей, постоянно находится в поиске, где бы чего-нибудь сэкономить, урезать и из минимума продуктов сделать прекрасный обед. И если это удается, то и моральное удовлетворение получается ничуть не меньше, а может и больше, чем от прекрасного обеда у домохозяйки. Степень этого удовлетворения, как мне кажется, зависит от степени любви к своей профессии.

С другой стороны, успехи в разработке программного и аппаратного обеспечения несколько расслабляют программиста, и довольно часто наблюдается ситуация, похожая на известную пословицу про муху и слона, - для решения некоторой мелкой задачи привлекаются тяжеловесные средства, эффективность которых, в общем случае, значима только при реализации сравнительно больших проектов.

Наличие в языке следующих двух типов данных, наверное, объясняется стремлением “хозяйки” максимально эффективно использовать рабочую площадь стола (оперативной памяти) при приготовлении еды или для размещения продуктов (данных программы).

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

1.1. Регистры.

1.1.1 Регистры общего назначения.

1.1.2. Сегментные регистры

1.1.3 Регистр флагов

1.2. Организация памяти.

1.3. Представление данных.

1.3.1 Типы данных

1.3.2 Представление символов и строк

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

1. Команды языка ассемблера

2.2. Режимы адресации и форматы машинных команд

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

3.1 Директивы определения данных

3.2 Структура программы на ассемблере

3.2.1 Программные сегменты. Директива assume

3.2.3 Упрощенная директива сегментации

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

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

5.1 Команды общего назначения

5.2 Команды работы со стеком

5.3 Команды ввода-вывода

5.4 Команды пересылки адреса

5.5 Команды пересылки флагов

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

6.1 Арифметические операции над целыми двоичными числами

6.1.1 Сложение и вычитание

6.1.2 Команды приращения и уменьшения приемника на единицу

6.2 Умножение и деление

6.3 Изменение знака

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

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

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

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

10.1 Безусловные переходы

10.2 Условные переходы

10.4 Процедуры в языке ассемблера

10.5 Прерывания INT

10.6 Системное программное обеспечение

10.6.1.1 Чтение клавиатуры.

10.6.1.2 Вывод символов на экран

10.6.1.3 Завершение программ.

10.6.2.1 Выбор режимов дисплея

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

11.2 Таблица распределения файлов

11.3 Операции ввода-вывода на диск

11.3.1 Запись файла на диск

11.3.1.1 Данные в формате ASCIIZ

11.3.1.2 Файловый номер

11.3.1.3 Создание дискового файла

11.3.2 Чтение дискового файла

Введение

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

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

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

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

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

Архитектура ПК.

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

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

Понятие архитектуры ЭВМ включает в себя:

структурную схему ЭВМ;

средства и способы доступа к элементам структурной схемы ЭВМ;

набор и доступность регистров;

организацию и способы адресации;

способ представления и формат данных ЭВМ;

набор машинных команд ЭВМ;

форматы машинных команд;

обработка прерываний.

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

Регистры.

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

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

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

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

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

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

Регистры общего назначения.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

1.1.2. Сегментные регистры

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

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

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

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

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

Регистры управления и состояния

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

Регистр указателя команд EIP/IP;

регистр флагов EFLAGS/FLAGS.

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

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

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

1.1.3 Регистр флагов

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

Рис.1 Регистр флагов

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

Флаги условий:

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

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

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

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

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

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

Флаги состояний:

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

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

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

Системные флаг:

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

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

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

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

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

Организация памяти.

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

Микропроцессор аппаратно поддерживает несколько моделей использования оперативной памяти:

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

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

Использование и реализация этих моделей зависит от режима работы микропроцессора:

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

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

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

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

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

Формирование физического адреса в реальном режиме

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

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

Общие сведения о языке ассемблера

Символический язык ассемблера позволяет в значительной степени устранить недостатки программирования на машинном языке.

Главным его достоинством является то, что на языке ассемблера все элементы программы представлены в символической форме. Преобразование символических имен команд в их двоичные коды возлагаются на специальную программу - ассемблер, которая освобождает программиста от трудоемкой работы и исключает неизбежные при этом ошибки.

Символические имена, вводимые при программировании на языке ассемблера, как правило отражают семантику программы, а аббревиатура команд - их основную функцию. Например: PARAM - параметр, TABLE - таблица, MASK - маска, ADD - сложение, SUB - вычитание и т.д. п. Такие имена легко запоминаются программистом.

Для программирования на языке ассемблера необходимо иметь сложные инструментальные средства, чем при программировании на машинном языке: нужны вычислительные комплексы на базе микро - ЭВМ или ПЭВМ с комплектом периферийных устройств (алфавитно-цифровая клавиатура, символьный дисплей, НГМД и печатающее устройство), а также резидентные или кросс-системы программирования для необходимых типов микропроцессоров. Язык ассемблера позволяет эффективно писать и отлаживать значительно более сложные программы, чем машинный язык (до 1 - 4 Кбайт).

Языки ассемблера являются машинно-ориентированными, т. е. зависимыми от машинного языка и структуры соответствующего микропроцессора, так как в них каждой команде микропроцессора присваивается определенное символическое имя.

Языки ассемблера обеспечивают существенное повышение производительности труда программистов по сравнению с машинными языками и в то же время сохраняют возможность использовать все программно-доступные аппаратные ресурсы микропроцессора. Это дает возможность квалифицированным программистам составлять программы, выполняемые за более короткое время и занимающие меньший объем памяти по сравнению с программами, создаваемыми на языке высокого уровня.

В связи с этим практически все программы управления устройствами ввода/вывода (драйверы) пишутся на языке ассемблера не смотря на наличие достаточно большой номенклатуры языков высокого уровня.

С помощью языка ассемблера программист может задать следующие параметры:

мнемонику (символическое имя) каждой команды машинного языка микропроцессора;

стандартный формат для строк программы, описываемой на ассемблере;

формат для указания различных способов адресации и вариантов команд;

формат для указания символьных констант и констант целочисленного типа в различных системах счисления;

псевдокоманды, управляющие процессом ассемблирования (трансляции) программы.

На языке ассемблера программа записывается построчно, т. е. для каждой команды отводится одна строка.

Для микро - ЭВМ, построенных на базе наиболее распространенных типов микропроцессоров, может существовать несколько вариантов языка ассемблера, однако практическое распространение обычно имеет один - это так называемый стандартный язык ассемблера

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

Каждая машинная команда состоит из двух частей:

· операционной - определяющей, "что делать";

· операндной - определяющей объекты обработки, "с чем делать".

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

метка команда/директива операнд(ы) ;комментарии

При этом обязательным полем в строке является команда или директива.

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

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

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

Прямая адресация : эффективный адрес определяется непосредственно полем смещения машинной команды, которое может иметь размер 8, 16 или 32 бита.

mov eax, sum ; eax = sum

Ассемблер заменяет sum на соответствующий адрес, хранящийся в сегменте данных (по умолчанию адресуется регистром ds) и значение, хранящееся по адресу sum, помещает в регистр eax.

Косвенная адресация в свою очередь имеет следующие виды:

· косвенная базовая (регистровая) адресация;

· косвенная базовая (регистровая) адресация со смещением;

· косвенная индексная адресация;

· косвенная базовая индексная адресация.

Косвенная базовая (регистровая) адресация. При такой адресации эффективный адрес операнда может находиться в любом из регистров общего назначения, кроме sp/esp и bp/ebp (это специфические регистры для работы с сегментом стека). Синтаксически в команде этот режим адресации выражается заключением имени регистра в квадратные скобки .

mov eax, ; eax = *esi; *esi значение по адресу esi

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 .

Для того чтобы машина могла выполнить команды человека на аппаратном уровне, необходимо задать определенную последовательность действий на языке «ноликов и единиц». Помощником в этом деле станет Ассемблер. Это утилита, которая работает с переводом команд на машинный язык. Однако написание программы - весьма трудоемкий и сложный процесс. Данный язык не предназначен для создания легких и простых действий. На данный момент любой используемый язык программирования (Ассемблер работает прекрасно) позволяет написать специальные эффективные задачи, которые сильно влияют на работу аппаратной части. Основным предназначением является создание микрокоманд и небольших кодов. Данный язык дает больше возможностей, чем, например, Паскаль или С.

Краткое описание языков Ассемблера

Все языки программирования разделяются по уровням: низкий и высокий. Любой из синтаксической системы «семейки» Ассемблера отличается тем, что объединяет сразу некоторые достоинства наиболее распространенных и современных языков. С другими их роднит и то, что в полной мере можно использовать систему компьютера.

Отличительной особенностью компилятора является простота в использовании. Этим он отличается от тех, которые работают лишь с высокими уровнями. Если взять во внимание любой такой язык программирования, Ассемблер функционирует вдвое быстрее и лучше. Для того чтобы написать в нем легкую программу, не понадобится слишком много времени.

Кратко о структуре языка

Если говорить в общем о работе и структуре функционирования языка, можно точно сказать, что его команды полностью соответствуют командам процессора. То есть Ассемблер использует мнемокоды, наиболее удобные человеку для записи.

В отличие от других языков программирования, Ассемблер использует вместо адресов для записи ячеек памяти определенные метки. Они с процессом выполнения кода переводятся в так называемые директивы. Это относительные адреса, которые не влияют на работу процессора (не переводятся в машинный язык), а необходимы для распознавания самой средой программирования.

Для каждой линейки процессора существует своя При таком раскладе правильным будет любой процесс, в том числе и переведенный

Язык Ассемблера имеет несколько синтаксисов, которые будут рассмотрены в статье.

Плюсы языка

Наиболее важным и удобным приспособлением языка Ассемблера станет то, что на нем можно написать любую программу для процессора, которая будет весьма компактной. Если код оказывается огромным, то некоторые процессы перенаправляет в оперативную память. При этом они все выполняют достаточно быстро и без сбоев, если конечно, ими управляет квалифицированный программист.

Драйвера, операционные системы, BIOS, компиляторы, интерпретаторы и т. д. - это все программа на языке Ассемблера.

При использовании дизассемблера, который совершает перевод из машинного в можно запросто понять, как работает та или иная системная задача, даже если к ней нет пояснений. Однако такое возможно лишь в том случае, если программы легкие. К сожалению, в нетривиальных кодах разобраться достаточно сложно.

Минусы языка

К сожалению, начинающим программистам (и зачастую профессионалам) трудно разобрать язык. Ассемблер требует подробного описания необходимой команды. Из-за того, что нужно использовать машинные команды, растет вероятность ошибочных действий и сложность выполнения.

Для того чтобы написать даже самую простую программу, программист должен быть квалифицированным, а его уровень знаний достаточно высоким. Средний специалист, к сожалению, зачастую пишет плохие коды.

Если платформа, для которой создается программа, обновляется, то все команды необходимо переписывать вручную - этого требует сам язык. Ассемблер не поддерживает функцию автоматического регулирования работоспособности процессов и замену каких-либо элементов.

Команды языка

Как уже было сказано выше, для каждого процессора имеется свой набор команд. Простейшими элементами, которые распознаются любыми типами, являются следующие коды:

Использование директив

Программирование микроконтроллеров на языке (Ассемблер это позволяет и прекрасно справляется с функционированием) самого низкого уровня в большинстве случаев заканчивается удачно. Лучше всего использовать процессоры с ограниченным ресурсом. Для 32-разрядной техники данный язык подходит отлично. Часто в кодах можно заметить директивы. Что же это? И для чего используется?

Для начала необходимо сделать акцент на том, что директивы не переводятся в машинный язык. Они регулируют выполнение работы компилятором. В отличие от команд, эти параметры, имея различные функции, отличаются не благодаря разным процессорам, а за счет другого транслятора. Среди основных директив можно выделить следующие:

Происхождение названия

Благодаря чему получил название язык - "Ассемблер"? Речь идет о трансляторе и компиляторе, которые и производят зашифровку данных. С английского Assembler означает не что иное, как сборщик. Программа не была собрана вручную, была использована автоматическая структура. Более того, на данный момент уже у пользователей и специалистов стерлась разница между терминами. Часто Ассемблером называют языки программирования, хотя это всего лишь утилита.

Из-за общепринятого собирательного названия у некоторых возникает ошибочное решение, что существует единый язык низкого уровня (или же стандартные нормы для него). Чтобы программист понял, о какой структуре идет речь, необходимо уточнять, для какой платформы используется тот или иной язык Ассемблера.

Макросредства

Языки Ассемблера, которые созданы относительно недавно, имеют макросредства. Они облегчают как написание, так и выполнение программы. Благодаря их наличию, транслятор выполняет написанный код в разы быстрее. При создании условного выбора можно написать огромный блок команд, а проще воспользоваться макросредствами. Они позволят быстро переключаться между действиями, в случае выполнения условия или невыполнения.

При использовании директив макроязыка программист получает макросы Ассемблера. Иногда он может широко использоваться, а иногда его функциональные особенности снижаются до одной команды. Их наличие в коде облегчает работу с ним, делает его более понятным и наглядным. Однако следует все равно быть внимательным - в некоторых случаях макросы, наоборот, ухудшают ситуацию.