Лабораторная работа №3 «изучение основ программирования на языке ассемблер»

 

Цель работы

 

Целью данной работы является изучение структуры программы на ассемблере с использованием различных директив сегментации; изучение функций ввода/вывода, арифметических и логических команд микропроцессора i8086; изучение написания процедур и макросов с использованием модульной структуры программы.

 

Структура программы на ассемблере

 

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:

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

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

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

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

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.

Формат предложений ассемблера[4]:

Оператор директивы [;текст комментария]

Оператор команды [;текст комментария]

Оператор макрокоманды [; текст комментария]

 

Формат директив:

[Имя] директива [операнд1…операндN][;комментарий]

 

Формат команд и макрокоманд

[Имя метки:] КОП [операнд1…операндN][;комментарий]

 

Здесь:

- 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;

- 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.

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 ,. [ ] () < > { } + / * %! ' "? \ = # ^.

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

Лексемами являются:

- 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. В качестве символов можно использовать буквы латинского алфавита, цифры и некоторые специальные знаки – _,?, $, @. Идентификатор не может начинаться символом цифры. Длина идентификатора может быть до 255 символов, хотя транслятор воспринимает лишь первые 32, а остальные – игнорирует. Регулировать длину возможных идентификаторов можно с использованием опции командной строки mv. Кроме этого, существует возможность указать транслятору на то, чтобы он различал прописные и строчные буквы либо игнорировал их различие (что и делается по умолчанию). Для этого применяются опции командной строки /mu, /ml, /mx;

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

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

- 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 10010101 b.

- 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 шестнадцатеричное число, записывают латинскую букву “ h ”. Это обязательное условие. Если шестнадцатеричное число начинается с буквы, то перед ним записывается ведущий ноль: 0 ef15 h.

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.

Еще раз вспомним, что 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 следующую конструкцию:

 

Имя сегмента SEGMENT [тип выравнивания] [тип комбинирования] [класс сегмента] [тип размера сегмента]

…

содержимое сегмента

…

Имя сегмента ENDS

 

Важно отметить, что функциональное назначение сегмента несколько шире, чем простое разбиение программы на блоки кода, данных и стека. Сегментация является частью 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. Рассмотрим их подробнее:

- Атрибут выравнивания сегмента (тип выравнивания) сообщает компоновщику о том, что нужно обеспечить размещение начала сегмента на заданной границе. Это важно, поскольку при правильном выравнивании доступ к данным в процессорах i80х86 выполняется быстрее. Допустимые значения этого атрибута следующие:

- BYTE – выравнивание не выполняется. Сегмент может начинаться с любого адреса памяти;

- WORD – сегмент начинается по адресу, кратному двум, то есть последний (младший) значащий бит физического адреса равен 0 (выравнивание на границу слова);

- DWORD – сегмент начинается по адресу, кратному четырем, то есть два последних (младших) значащих бита, равны 0 (выравнивание на границу двойного слова);

- PARA – сегмент начинается по адресу, кратному 16, то есть последняя шестнадцатеричная цифра адреса должна быть 0h (выравнивание на границу параграфа);

- PAGE – сегмент начинается по адресу, кратному 256, то есть две последние шестнадцатеричные цифры должны быть 00h (выравнивание на границу 256-байтной страницы);

- MEMPAGE – сегмент начинается по адресу, кратному 4 Кбайт, то есть три последние шестнадцатеричные цифры должны быть 000h (адрес следующей 4-Кбайтной страницы памяти).

По умолчанию тип выравнивания имеет значение PARA.

- Атрибут комбинирования сегментов (комбинаторный тип) сообщает компоновщику, как нужно комбинировать сегменты различных модулей, имеющие одно и то же имя. Значениями атрибута комбинирования сегмента могут быть:

- PRIVATE – сегмент не будет объединяться с другими сегментами с тем же именем вне данного модуля;

- PUBLIC – заставляет компоновщик соединить все сегменты с одинаковыми именами. Новый объединенный сегмент будет целым и непрерывным. Все адреса (смещения) объектов, а это могут быть, в зависимости от типа сегмента, команды и данные, будут вычисляться относительно начала этого нового сегмента;

- COMMON – располагает все сегменты с одним и тем же именем по одному адресу. Все сегменты с данным именем будут перекрываться и совместно использовать память. Размер полученного в результате сегмента будет равен размеру самого большого сегмента;

- AT xxxx – располагает сегмент по абсолютному адресу параграфа (параграф – объем памяти, кратный 16, поэтому последняя шестнадцатеричная цифра адреса параграфа равна 0);

- STACK – определение сегмента стека. Заставляет компоновщик соединить все одноименные сегменты и вычислять адреса в этих сегментах относительно регистра ss.

По умолчанию атрибут комбинирования принимает значение PRIVATE.

- Атрибут класса сегмента (тип класса) – это заключенная в кавычки строка, помогающая компоновщику определить соответствующий порядок следования сегментов при собирании программы из сегментов нескольких модулей. Компоновщик объединяет в памяти все сегменты с одним и тем же именем класса (имя класса, в общем случае, может быть любым, но лучше, если оно будет отражать функциональное назначение сегмента);

- Атрибут размера сегмента. Для процессоров i80386 и выше сегменты могут быть 16 или 32-разрядными. Это влияет, прежде всего, на размер сегмента и порядок формирования физического адреса внутри него. Атрибут может принимать следующие значения:

- USE16 – это означает, что сегмент допускает 16-разрядную адресацию. При формировании физического адреса может использоваться только 16-разрядное смещение. Соответственно, такой сегмент может содержать до 64 Кбайт кода или данных;

- USE32 – сегмент будет 32-разрядным. При формировании физического адреса может использоваться 32-разрядное смещение. Поэтому такой сегмент может содержать до 4 Гбайт кода или данных.

Все сегменты сами по себе равноправны, так как директивы SEGMENT и ENDS не содержат информации о функциональном назначении сегментов. Для того чтобы использовать их как сегменты кода, данных или стека, необходимо предварительно сообщить транслятору об этом, для чего используют специальную директиву ASSUME. Эта директива сообщает транслятору о том, какой сегмент, к какому сегментному регистру привязан. В свою очередь, это позволит транслятору корректно связывать символические имена, определенные в сегментах.

Далее приведем пример программы с использованием стандартных директив сегментации: