Команды условного прерывания

 

Команды прерывания позволяют воспользоваться встроенными системными ресурсами из программы пользователя. Под системными ресурсами понимаются программы, входящие в главную исполнительную программу ЭВМ, которая называется BIOS – базовая система ввода-вывода. В функции этой системы входит: запоминание символов, набираемых на клавиатуре, изображение символов на экране дисплея, обмен данными между устройствами, присоединенными к ЭВМ: дисководами, принтером и т.п. Чтобы обратиться к этим возможностям ЭВМ, пользовательская программа должна быть прервана и выполнена системная функция, а затем выполнение пользовательской программы должно быть продолжено со следующей после обращения к системным функциям команды. Эти функциональные возможности и выполняют команды прерывания, которые описаны в таблице.

 

Мнемокод	Формат
INT	INT тип_прерывания
INTO	INTO
IRET	IRET

 

В команде прерывания INT тип_прерывания представляет собой номер прерывания, которых в ЭВМ IBM насчитывается 256 (типы прерываний имеют номера 0-255):

- тип 0 – возникает при делении на 0 или если частное от деления превышает разрядную сетку;

- тип 1 – действует в режиме “трассировки” (после выполнения каждой команды программы происходит останов);

- тип 2 – немаскируемые технические прерывания;

- тип 3 - прерывания по команде INT, включенной в программу (вызывает останов и отображение содержимого регистров микропроцессора);

- тип 4 – прерывание по команде INTO, включенной в программу (выполняется при условии, что при выполнении предыдущей команды произошло переполнение разрядной сетки);

- типы 8-15 – аппаратные прерывания, инициируемые внешними устройствами;

- типы 16- 31 – планируемые программные прерывания BIOS;

- типы 32-255 – программные прерывания DOS.

В некоторых типах прерываний BIOS и DOS имеется много разновидностей, иногда более 10. Так, прерывание 33 (21Н) имеет около 100 разновидностей (это прерывание наиболее часто используется в программах пользователя). В таких случаях вид прерывания (внутри типа) определяется содержимым регистра AH.

 

Каждому прерыванию в памяти ЭВМ соответствует вектор прерывания (эти вектора размещены в оперативной памяти, начиная с нулевого адреса). Каждый вектор прерывания размещается в 32-битовой ячейке памяти и представляет собой адрес, по которому размещена собственно программа прерывания. По сути такие программы очень похожи на процедуры, отличие в том, что программа прерывания заканчивается командой возврата IRET.

При выполнении команды INT микропроцессор производит следующие действия:

1) помещает в стек регистр флагов;

2) обнуляет флаг трассировки TF и флаг включения-выключения прерываний IF для блокировки других действий, кроме обработки вызванного прерывания;

3) помещает в стек значение регистра CS;

4) вычисляет адрес вектора прерываний, умножая номер_прерывания на 4 (т.к. вектор прерывания занимает 4 байта или 32 бита);

5) обращается ко второму слову из вычисленного адреса вектора прерываний и помещает его в регистр CS;

6) помещает в стек значение указателя команд IP;

7) загружает в IP первое слово вектора прерываний.

После выполнения всех этих действий в стеке окажутся значения регистра флагов, адреса сегментного регистра CS и смещение команды, следующей за командой прерывания IP. Пара регистров CS:IP будут указывать на начальный адрес программы обработки прерывания, которую микропроцессор и начнет выполнять. Например, по команде

INT 1АН

Микропроцессор определит вектор прерывания, равным 68Н и далее будет получать значения указателя команд IP для программы прерывания из ячейки 68Н, а значение сегментного регистра кодов CS - из ячейки 6АН, нижеприведенный рисунок иллюстрирует изменения, производимые командой INT в стеке.

 

 

SP

01FE

                                  

стек	Адреса ячеек стека
	SS:01F8
	SS:01FA
	SS:01FC
	SS:01FE

 

 

0002

IP

CS

01FE

 

 

Рисунок 1 - Перед исполнением команды INT (длина команды 2 байта)

 

SP

01F8

                             

стек	Адреса ячеек стека
0004	SS:01F8
049Е	SS:01FA
Флаги	SS:01FC
	SS:01FE

 

Векторы прерывания	F000 Адреса ячеек памяти
	0064
	0066
FE6E	0068
F000	006А
	006С

IP

FE6E

CS

 

 

                                                  

Рисунок 2 – После выполнения команды INT

 

Команда INTО представляет собой команду условного прерывания. Она инициирует прерывание в том случае, когда флаг переполнения OF равен 1. Следовательно, применять эту команду надо после арифметических операций, которые могут вызвать переполнение. Однако обрабатываться прерывание будет только при наличии переполнения, при отсутствии эта команда будет игнорироваться. Команда INTО вызывает команду обработки по вектору прерывания 4, для определения выполняемых командой действий необходимо обратиться к техническому руководству для конкретной ЭВМ. Для микропроцессора 8088 выбор действий по обработке ситуаций переполнения возлагается на пользователя, а в Ассемблере для Пентиума я не нашла аналогичной команды. Поэтому без дополнительного уточнения пользоваться этой командой не рекомендую.

Команда IRET, как было уже сказано, является командой возврата после прерывания. Она извлекает из стека значения регистров CS и IP и регистра флагов (считывает 3 ячейки стека), а затем микропроцессор по новому содержанию регистров команд продолжит выполнение программы пользователя.

Наиболее распространенным в программах пользователя является использование прерывания 21H, которое предназначено для вызова функций BIOS. В нижеприведенной таблице описываются только некоторые из этих функций.

 

 

Таблица

Наиболее часто используемые виды прерывания 21Н

Значе-ние АН	Операция	Дополнительные входные регистры	Выходные регистры
1	Ожидание набора символа на клавиатуре с последующим изображением его на экране	Не используются	(AL) = символ
2	Вывод символа на экран	(DL)= ASCII-код символа	Не использу-ются
6	Чтение символа с клавиатуры	(DL)=0FFH	(AL) = символ
A	Чтение клавиатурной строки в буфер	(DS:DX)= адрес буфера, первый байт = размер буфера	Второй байт буфера = число про-читанных символов
9	Изображение строки на экране дисплея	(DS:DX)= адрес строки, которая должна заканчиваться символом $	Не используются

 

Рассмотрим некоторые примеры их использования.

В диалоговых программах пользователя нередко требуется дать ответ на приглашение к вводу или сделать выбор из меню, нажав букву или цифру. Предположим, что в программе требуется дать ответ Д или Н на вопрос о продолжении или прекращении программы. Ввод Д заставляет программу перейти к группе команд, помеченных как YES, а Y – к командам с меткой NO. При ошибочном нажатии какай либо другой клавиши программа возвращается на ввод символа до тех пор, пока не будет нажата либо Д, либо Н.

GET_KEY MOV AH,1            ; считать символ

                INT 21H

                CMP AL,’Д’ ; считан Д?

                JE YES     ; если да. То перейти к YES

                CMP AL,’Н’ ; считан Н?

                JE NO       ; если да, то перейти к YES

                JNE GET_KEY; иначе возврат на чтение символа.

В приведенном фрагменте распознаются только прописные буквы Д и Н, если Вы хотите, чтобы распознавались и строчные буквы, добавьте в программу соответствующие команды!

Во многих приложениях, требуется, чтобы пользователь веел строку с информацией, например, свое полное имя (ФИО). Для этой цели служит функция А прерывания 21. Чтобы воспользоваться этой функцией, в программе пользователя требуется зарезервировать в сегменте данных место лдля вводимой строки (в таблице это называется буфер строки). Количество выделяемых байтов должно быть на 2 больше максимального размера вводимой строки. Причем первый байт буфера должен задавать эту самую максимальную длину (фактически он будет содержать значение количества выделенных байтов памяти минус 2). Например, чтобы предусмотреть в программе ввод пользовательской строки из 50 символов, в сегменте данных нужно описать:

STRING  DB 50, 51 DUP (?)

Чтение строки выполняется командами:

       LEA DX, STRING ; указатель ан буфер поместить в DS:DX

       MOV AH,0AH        ; вызвать функцию А

       INT 21H               ; прочитать строку

Функция А помещает количество фактически введенных символов вво второй байт буфера STRING и не изменяет указатель DS:DX. Т.е. после выполнения команды INT первый информационный символ введенной строки находится по адресу (DX)+2.

Вряд ли хорошая пользовательская программа может обойтись без сообщений из программы. Это могут быть либо приглашения к вводу информации, либо сообщения о ходе выполнения программы. Такой сервис в программах на Ассемблере представляет функция 9 для работы с дисплеем. Приведем пример фрагмента программы для выдачи приглашения ‘Введите ФИО’. Для функции 9 необходимо, чтобы текст сообщения заканчивался символом $, поэтому в сегменте данных опишем:

MESS1             DB ‘Введите ФИО: $’

В командном сегментном коде предусмотрим команды вызова функции 9:

       LEA DX, MESS1

       MOV AH,9

       INT 21H

Имейте ввиду, что в этом случае курсор устанавливается в позицию $, т.е. в то место строки, где мы хотим видеть фамилию. Чтобы после выдачи приглашения курсор установился в начале следующей строки, необходимо в текст выдаваемого приглашения перед символом доллара. Ввести символы возврата каретки и перехода на следующую строку, как это демонстрируется ниже:

MESS1             DB ‘Введите ФИО’, 0DH,0AH,’$’

Вывод числовых значений на экран дисплея осуществляется с использованием функции 2 прерывания 21Н.

Чтобы воспользоваться этой функцией, необходимо учесть, что десятичная цифра отличается от символа этой цифры на 30h, в чем легко убедиться, изучив таблицу кодов ASCII. Например, если искомый максимальный элемент записан в переменную max, то фрагмент программы для его вывода на экран дисплея может быть следующим:

tcifra:  mov       dl, max

add      dl, 30h

mov              ah,02h

int       21h

Приведенный фрагмент программы применим в случае, если максимальное значение элемента (max) является однозначным. Если элементы массива двухзначные (лежат в диапазоне от 10 до 99), то сначала необходимо выделить отдельные цифры, а затем последовательно их распечатать:

dwe_tcifr:     mov       al, max

cbw    ;преобразуем байт в полное слово

div byte ptr c;константа с объявлена в сегменте данных как c db 10

mov              r,ah;запоминаем младшую цифру в r, переменная r объявлена в сегменте данных как r db?

mov              dl,al     ;старшую цифру помещаем в dl

add      dl, 30h  ;преобразуем цифру в символ

mov              ah,02h           ; и выводим ее на экран

int       21h

mov              dl,r      ;младшую цифру помещаем в dl

add      dl, 30h           ; и выводим ее на экран

int       21h

При реализации вывода следует учесть, что обращение к прерыванию int            21 h изменяет содержание регистра АХ (“портит” регистр АХ), поэтому значения из этого регистра, которые будут обрабатываться далее в программе, необходимо сохранить в другом регистре или ячейке памяти.

Желательно включить в программу оба вышеприведенных фрагмента совместно с анализом результата, как показано ниже:

сmp              max,c   ;сравниваем значение тах с 10

jl         tcifr      ;если меньше, то одна цифра

dwe_tcifr:     mov       al, max ;иначе две цифры

далее по тексту фрагмент программы для вывода двух цифр

.........

jmp     kon_wyw

tcifra:  mov       dl, max

Раздел 3.Ассемблеры

Тема3.1Программа Ассемблер

Ассемблер (assembler — сборщик) — компьютерная программа, компилятор исходного текста программы, написанной на языке ассемблера, в программу на машинном языке.

Как и сам язык ассемблера, ассемблеры, как правило, специфичны конкретной архитектуре, операционной системе и варианту синтаксиса языка. Вместе с тем существуют мультиплатформенные или вовсе универсальные (точнее, ограниченно-универсальные, потому что на языке низкого уровня нельзя написать аппаратно-независимые программы) ассемблеры, которые могут работать на разных платформах и операционных системах. Среди последних можно также выделить группу кросс-ассемблеров, способных собирать машинный код и исполняемые модули (файлы) для других архитектур и ОС.

Ассемблирование может быть не первым и не последним этапом на пути получения исполнимого модуля программы. Так, многие компиляторы с языков программирования высокого уровня выдают результат в виде программы на языке ассемблера, которую в дальнейшем обрабатывает ассемблер. Также результатом ассемблирования может быть не исполнимый, а объектный модуль, содержащий разрозненные и непривязанные друг к другу части машинного кода и данных программы, из которого (или из нескольких объектных модулей) в дальнейшем с помощью программы-компоновщика («линкера») может быть скомпонован исполнимый файл.

Ассемблеры для DOS. Наиболее известными ассемблерами для операционной системы DOS являлись Borland Turbo Assembler (TASM), Microsoft Macro Assembler (MASM) и Watcom Assembler (WASM). Также в своё время был популярен простой ассемблер A86.

Ассемблеры для Windows. При появлении операционной системы Windows появилось расширение TASM, именуемое TASM 5+ (неофициальный пакет, созданный человеком с ником!tE), позволившее создавать программы для выполнения в среде Windows. Последняя известная версия TASM — 5.3, поддерживающая инструкции MMX, на данный момент включена в Turbo C++ Explorer. Но официально развитие программы полностью остановлено.

Microsoft поддерживает свой продукт под названием Microsoft Macro Assembler (MASM). Она продолжает развиваться и по сей день.. Но версия программы, направленная на создание программ для DOS, не развивается. Кроме того, Стивен Хатчессон создал пакет для программирования на MASM под названием «MASM32».

Ассемблеры для GNU и GNU/Linux. В состав операционной системы GNU входит пакет binutils, включающий в себя ассемблер gas (GNU Assembler), использующий AT&T-синтаксис, в отличие от большинства других популярных ассемблеров, которые используют Intel-синтаксис (поддерживается с версии 2.10).

Переносимые ассемблеры.

Также существует открытый проект ассемблера, версии которого доступны под различные операционные системы, и который позволяет получать объектные файлы для этих систем. Это:

NASM (Netwide Assembler).

YASM — это переписанная с нуля версия NASM под лицензией BSD (с некоторыми исключениями).

FASM (flat assembler) — молодой ассемблер под модифицированной для запрета перелицензирования BSD-лицензией. Есть версии для Linux, DOS и Windows; использует Intel -синтаксис.

Тема

Тема3.2 Язык Ассемблер

 

Язы́к Ассе́мблер — язык программирования низкого уровня, мнемонические команды которого (за редким исключением) соответствуют инструкциям процессора вычислительной системы. Трансляция программы в исполняемый машинный код производится программой Аассемблер - транслятором, которая и дала языку ассемблера его название.

Команды языка ассемблера один к одному соответствуют командам процессора, фактически, они представляют собой более удобную для человека символьную форму записи (мнемокод) команд и их аргументов. При этом одной команде языка ассемблера может соответствовать несколько вариантов команд процессора, в зависимости от операндов.

Кроме того, язык ассемблера позволяет использовать символические метки вместо адресов ячеек памяти, которые при ассемблировании заменяются на автоматически рассчитываемые абсолютные или относительные адреса, а также так называемые директивы (команды, не переводящиеся в процессорные инструкции, а выполняемые самим ассемблером).

Директивы ассемблера позволяют, в частности, включать блоки данных, задать ассемблирование фрагмента программы по условию, задать значения меток, использовать макроопределения с параметрами.

Каждая модель (или семейство) процессоров имеет свой набор команд и соответствующий ему язык ассемблера. Наиболее популярные синтаксисы — Intel-синтаксис и AT&T-синтаксис.

Достоинства:

При достаточной квалификации программиста, язык ассемблера позволяет писать самый быстрый и компактный код. Возможно, даже лучше, чем генерируемый трансляторами языков более высокого уровня.

Если код программы достаточно большой, данные, которыми он оперирует, не помещаются целиком в регистрах процессора, то есть частично или полностью находятся в оперативной памяти, то искусный программист, как правило, способен значительно оптимизировать программу по сравнению с высокоуровневыми трансляторами по одному или нескольким параметрам: скорость работы (за счёт оптимизации вычислений и/или более рационального обращения к ОП, перераспределения данных), объём кода (в том числе за счёт эффективного использования промежуточных результатов).

Обеспечение максимального использования специфических возможностей конкретной платформы, что также позволяет создавать более эффективные программы с меньшими затратами ресурсов.

При программировании на языке ассемблера возможен непосредственный доступ к аппаратуре, в том числе портам ввода-вывода, регистрам процессора и др.

Язык ассемблера применяется для создания драйверов оборудования и ядра операционной системы.

Язык ассемблера используется для создания «прошивок» BIOS.

С помощью языка ассемблера создаются компиляторы и интерпретаторы языков высокого уровня, а также реализуется совместимость платформ.

Существует возможность исследования других программ с отсутствующим исходным кодом с помощью дизассемблера.

Недостатки:

В силу машинной ориентации («низкого» уровня) языка ассемблера человеку сложнее читать и понимать программу на нём по сравнению с языками программирования высокого уровня; программа состоит из слишком «мелких» элементов — машинных команд, соответственно, усложняются программирование и отладка, растёт трудоёмкость, велика вероятность внесения ошибок.

Требуется высокая квалификация программиста. Код на ассемблере выполняется быстрее, но написанный неопытным программистом, обычно оказывается хуже сгенерированного компилятором^[2]

Как правило, меньшее количество доступных библиотек по сравнению с современными индустриальными языками программирования.

Отсутствует переносимость программ на компьютеры с другой архитектурой и системой команд.