II. KMAPR21TNB, KMAPR21ONB PC

Átírás

1 Programozás II. KMAPR21TNB, KMAPR21ONB PC assembly Sándor Tamás Ajánlott irodalom Diós Gábor és Rodek Lajos jegyzete. ( Máté Eörs: Assembly programozás, Novadat, Egyetemi Könyvtár Magyar nyelvű programozás honlap Pethő Ádám: Assembly alapismeretek

2 Tartalom Assembly, assembler Assembly jelentősége, jellemzői Számrendszerek, gépi adatábrázolás I8086 processzor család Assembly szerkezete, szintaxisa Az i8086 processzor utasítás készlete Assembly programok készítése Vezérlési szerkezetek megvalósítása Turbo debugger használata BCD aritmetika, bitforgatás és léptetés Assembly és a magasszintű nyelvek kapcsolata Műveletek sztringekkel Az.EXE és.com programok, a PSP Szoftver megszakítások Hardver megszakítások, rezidens programok Assembly, assembler Assembly Gépi szintű programozási nyelv, közvetlenül a processzor utasítás készletét használja Assembler Fordító program, amely az assembly programozási nyelven elkészített programot (.asm) tárgykódú programmá (.obj) fordítja. Linker A tárgykódú programból futtatható fájlt (.exe) állít elő. Mnemonikkal (mnemonic) Egy gépi utasítást helyettesítő 2-5 betűs kulcsszó. Assembly jelentősége, jellemzői nagyon egyszerű, elemi műveletek típustalanság rögzített utasításkészlet világos, egyszerű szintaxis kevés vezérlési szerkezet nagyon kevés adattípus; ha több is van, akkor általában egymásból származtathatók Assembly előnyei korlátlan hozzáférésünk van a teljes hardverhez, beleértve az összes perifériát (billentyűzet, nyomtató stb.) pontosan ellenőrizhetjük, hogy a gép tényleg azt teszi-e, amit elvárunk tőle ha szükséges, akkor minimalizálhatjuk a program méretét és/vagy sebességét is

3 Assembly hátrányai a forrás sokszor áttekinthetetlen még a szerzőnek is a kódolás nagy figyelmet, türelmet, és főleg időt igényel nagy a hibalehetőség a hardver alapos ismerete elengedhetetlen a forrás nem hordozható, azaz más alapokra épülő számítógépre átírás nélkül nem vihető át (ez persze igaz a gépi kódra is) Számrendszerek, gépi adatábrázolás 2, 8, 10, 16-os számrendszerben előjeles és előjelnélküli számokkal történő művelet végzés (+, -, *, /) BCD aritmetika 8086-os processzor jellemzői 8086-os felépítése Memóriakezelés Regiszterek Adattípusok Memória hivatkozások, címzési módok Veremkezelés I/O, megszakítási rendszer

4 8086 felépítése

5 8088 funkcionális blokkvázlata

6 Memóriakezelés

7 Memória- modellek A memória-modell a memória hozzáférésének módját és technikáját írja le. Fajtái: Lineáris modell Szegmentált modell Lapozásos modell Szegmentált memóriakezelés Fizikai cím = 10H* szegmens cím + ofszet cím 6A4B0H = 10H * 6A3BH H 00400H = 10H * 0030H H 00400H = 10H * 0020H H Regiszterek Általános regiszterek AX (Accumulator) Aritmetikai utasítások bemeneti és eredmény értékét tárolhatja. BX (Base) Báziscímzés használt regiszter. CX (Counter) Ciklus utasítás esetén ciklusszámlálóként használatos. DX (Data) Port kezelő utasítások (In, Out) esetén a port címét tartalmazza. Általános regiszterek osztott hivatkozása AX AH AL

8 Vezérlő regiszterek SI (Source Index) Blokk kezelő utasítások esetén a forrás terület címét tartalmazza. DI (Destination Index) Blokk kezelő utasítások esetén a cél terület címét tartalmazza. SP (Stack Pointer) A verembe legutóbb behelyezett érték címét tartalmazza. BP (Base Pointer) Báziscímzés esetén használatos, de alapesetben a verem egy elemét jelöli ki. Vezérlő regiszterek II. IP (Instruction Pointer) A következő végrehajtandó utasítás memóriacímét tartalmazza. Közvetlenül nem érhető el, de tartalma írható és olvasható is a vezérlésátadó utasításokkal. SR avagy Flags (Status Register) A processzor aktuális állapotát, az előző művelet eredményét tartalmazza, illetve a processzor működését befolyásoló biteket, ú.n. flag-eket (jelzőket) tartalmazza. Szintén nem érhető el közvetlenül, de manipulálható különféle utasításokkal. Állapot regiszter (SR avagy Flags (Status Register) ) I. C (Carry) Előjel nélküli számábrázolás esetén művelet végzés után a számtartomány túllépését jelzi. O (Overflow) Előjeles számábrázolás esetén művelet végzés után a számtartomány túllépését jelzi. P (Parity even) 1, ha az eredmény legalsó bájtja páros számú 1-es bitet tartalmaz, különben 0. Állapot regiszter (SR avagy Flags (Status Register) ) II. A (Auxilliary carry, Adjust) 1 jelzi, ha volt átvitel az eredmény 3-as és 4-es bitje (tehát az alsó és a felső nibble) között. Adjuk össze a 78BCD és a 87BCD értékeket! 78BCD 87BCD 165BCD «« BCD kiegészítés, A és a Cy bitek miatt BCD aritmetika MOV AX,78h ; 78BCD-t hex formában adjuk meg ADD AX,87h DAA ; 87BCD-t hex formában adjuk meg ; BCD kiegészítést, ha szükséges, akkor elvégzi ; Carry és Ac állapotától függően Állapot regiszter (SR avagy Flags (Status Register) ) III. Z (Zero) Értéke 1, ha az eredmény zérus lett. S (Sign) Értéke 1, ha az eredmény nullánál kisebb lett. T (Trap) Ha 1, akkor a lépésenkénti végrehajtás (single-step execution) engedélyezve van. I (Interrupt enable) Ha 1, akkor a maszkolható megszakítások engedélyezettek.

9 D (Direction) Ha 0, akkor a blokk mozgató utasítások növelik SI-t és/vagy DI-t, különben csökkentés történik. Szegmens regiszterek CS (Code Segment) A végrehajtandó program kódját tartalmazó szegmens címe. Nem állítható be közvetlenül, csak a vezérlésátadó utasítások módosíthatják. DS (Data Segment) Az alapértelmezett, elsődleges adatterület szegmensének címe. ES (Extra Segment) Másodlagos adatszegmens címe. SS (Stack Segment) A verem szegmensének címe. Címzési módok Program terület címzése Közeli cím JMP címke; ugrás szegmensen belül Távoli cím JMP FAR cím; ugrás szegmensen kívülre Relatív cím JE címke; ugrás előjeles egy bájtnyit Adatterület címzése Adatterület címzése Közvetlen címzés A címzés alakja [offs16], ahol offs16 egy 16 bites abszolút, szegmensen belüli ofszetet (rövid mutatót) jelöl. MOV AX, [3F4Bh] Báziscímzés A címzés egy bázisregisztert használ az ofszet cím megadására. A lehetséges alakok: [BX], [BP]. A forrás adat ofszet címét a használt bázisregiszterből fogja venni a processzor. MOV CX, [BP] Indexcímzés A címzés egy index regisztert használ az ofszet cím megadására. MOV AX, [SI] Bázis+relatív címzés Ide a [BX+rel8], [BX+rel16], [BP+rel8], [BP+rel16] formájú címmegadások tartoznak. A rel16 egy előjeles szó, rel8 pedig egy előjeles bájt, amit a processzor előjelesen kiterjeszt szóvá. Ezek az ú.n. eltolások (displacement). Bármelyik változatnál a megcímzett bájt ofszetjét a bázisregiszter tartalmának és az előjeles eltolásnak az összege adja meg. MOV AX, [BP+07Ah]

10 Index+relatív címzés Hasonlóan a báziscímzés / indexcímzés pároshoz, ez a bázis+relatív címzési mód párja. Alakjai: [SI+rel8], [SI+rel16], [DI+rel8], [DI+rel16]. MOV AX, [SI+06Bh] Bázis+index címzés A két nevezett címzési mód keveréke. A következő formákat öltheti: [BX+SI], [BX+DI], [BP+SI] és [BP+DI]. A regiszterek sorrendje természetesen közömbös, így [BP+SI] és [SI+BP] ugyanazt jelenti. A cél bájt ofszetjét a két regiszter értékének összegeként kapjuk meg. MOV [SI+BP], AX Regiszter-regiszter címzés MOV AX, BX Stack terület címzése PUSH op. POP op.

11 Stack (verem) Működése: Last In First Out Alkalmazás: Szubrutinok visszatérési érték tárolása Paraméter átadás szubrutin híváskor Regiszterek ideiglenes tárolása Változók ideiglenes tárolása Utasítás: PUSH op. POP op. Veremkezelés példa mov mov mov push push pop push pop pop ax,1212h bx,3434h cx,5656h ax bx ax cx bx cx

12 Kiindulási állapot SS:SP Memória cím tartalma hexában SS:0100H? SS:00FEH? SS:00FCH? SS:00FAH? AX=1212H, BX=3434H, CX=5656H, SP=0100H PUSH AX után SS:SP Memória cím tartalma hexában SS:0100H? SS:00FEH 1212 SS:00FCH? SS:00FAH? AX=1212H, BX=3434H, CX=5656H, SP=00FEH PUSH BX után SS:SP Memória cím tartalma hexában SS:0100H? SS:00FEH 1212 SS:00FCH 3434 SS:00FAH? AX=1212H, BX=3434H, CX=5656H, SP=00FCH POP AX után SS:SP Memória cím tartalma hexában SS:0100H? SS:00FEH 1212 SS:00FCH 3434 SS:00FAH? AX=3434H, BX=3434H, CX=5656H, SP=00FEH PUSH CX után SS:SP Memória cím tartalma hexában SS:0100H? SS:00FEH 1212 SS:00FCH 5656 SS:00FAH? AX=3434H, BX=3434H, CX=5656H, SP=00FCH POP BX után SS:SP Memória cím tartalma hexában SS:0100H? SS:00FEH 1212 SS:00FCH 5656 SS:00FAH? AX=3434H, BX=5656H, CX=5656H, SP=00FEH POP CX után SS:SP Memória cím tartalma hexában SS:0100H? SS:00FEH 1212 SS:00FCH 5656 SS:00FAH? AX=3434H, BX=5656H, CX=1212H, SP=0100H

13 Assembly sor szerkezete, szintaxisa Szimbólum Műveleti kód Operandusz(ok) megjegyzés kiir: MOV AX, BX ; AX<-BX Szimbólum Direktíva Operandus ;megjegyzés SZAM EQU 5 ; konstans deklaráció Assembly nyelv elemei assembly utasítások (főleg ezek alkotják a tényleges program kódját) pszeudo utasítások (pl. makrók, helyettesítő szimbólumok) direktívák Assembly utasítások Operátorok Processzor utasításai Operátorok kerek zárójelek szokásos aritmetikai műveleti jelek (+, -, *, /, MOD) mezőkiválasztó operátor (.) szegmens-előírás / -felülbírálás (:) memóriahivatkozás ([... ]) típus felülbírálás (PTR) adattípus megadás (BYTE, WORD, DWORD) duplikáló operátor (DUP) relációs operátorok (EQ, NE, GT, GE, LT, LE) pointer típusok (NEAR, FAR) szegmens /ofszet lekérdezés (SEG, OFFSET) méretlekérdező operátorok (LENGTH, SIZE, TYPE, WIDTH) Direktívák modul/forrásfájl lezárása (END) szegmens definiálása (SEGMENT...ENDS) szegmenscsoport definiálása (GROUP) szegmens hozzárendelése egy szegmensregiszterhez (ASSUME) értékadás a $ szimbólumnak (ORG) memória-modell megadása (MODEL)

14 egyszerűsített szegmensdefiníciók (CODESEG, DATASEG, FARDATA,UDATASEG,UFARDATA, CONST, STACK,.CODE,.DATA,.STACK) helyfoglalás (változó létrehozása) (DB, DW, DD, DF, DQ, DT) Konstans / helyettesítő szimbólum létrehozása (=, EQU) címke létrehozása (LABEL) eljárás definiálása (PROC...ENDP) külső szimbólum definiálása (EXTRN) szimbólum láthatóvá tétele a külvilág számára (PUBLIC) feltételes fordítás előírása (IF, IFccc, ELSE, ELSEIF, ENDIF) külső forrásfájl beszúrása az aktuális pozícióba (INCLUDE) felhasználói típus definiálása (TYPEDEF) struktúra, unió, rekord definiálása (STRUC...ENDS, UNION...ENDS, RECORD) a számrendszer alapjának átállítása (RADIX) makródefiníció (MACRO...ENDM) makróműveletek (EXITM, IRP, IRPC, PURGE, REPT, WHILE) utasításkészlet meghatározása (P8086, P186, P286, P386 stb.;.8086,.186,.286,.386 stb.) i8086 utasítás csoportjai Adatmozgató utasítások Blokk mozgató utasítások Aritmetikai és logikai utasítások Vezérlési szerkezetek Ugró utasítások Ciklus utasítások Szubrutinok Bitforgató, bitléptető utasítások Input, output utasítások Processzor vezérlő utasítások Megszakítás kezelő utasítások Adatmozgató utasítások MOV adatok mozgatása XCHG adatok cseréje PUSH adat betétele a verembe PUSHF Flags regiszter betétele a verembe POP adat kivétele a veremből POPF Flags regiszter kivétele a veremből LEA tényleges memóriacím betöltése LDS, LES teljes pointer betöltése szegmensregiszter: általános regiszter regiszter párba CBW AL előjeles kiterjesztése AX-be CWD AX előjeles kiterjesztése DX:AX-be XLAT, XLATB AL lefordítása a DS:BX című fordító táblázattal LAHF Flags alsó bájtjának betöltése AH-ba SAHF AH betöltése Flags alsó bájtjába Blokkmozgató utasítás MOVS, MOVSB, MOVSW blokk mozgatása

15 CMPS, CMPSB, CMPSW blokkok összehasonlítása SCAS, SCASB, SCASW keresés blokkban LODS, LODSB, LODSW betöltés blokkból STOS, STOSB, STOSW tárolás blokkba Példa a blokk másolásra Feladat: Másoljuk át 00100h forráscímtől kezdve 200h bájtot a 00200h címen kezdődő célterületre! forrásterület: 00100h 002FFh célterület: 00200h 003FFh beállítása masol: MOVSB CX>0 STD MOV CX, 200H ; D bit beállítása ; ciklus számláló MOV AX, DS ; MOV ES, AX ;ES <- DS MOV DI, 3FFH ; cél ofszet cím MOV SI, 2FFH ; forrás ofszet cím ;ES:[DI] <- DS:[SI] LOOP masol ; CX=CX-1 addig, ;amíg Vezérlési szerkezetek I. JMP feltétel nélküli ugrás JCXZ ugrás, ha CX = 0000h Jccc feltételes ugrás ( ccc egy feltételt ír le) CMP op1, op2; op2-op1 Reláció Műveleti kód S (előjelbit) Z (zéró bit) op1 > op2 JA 1 0 op1 < op2 JB 0 0 op1 = op2 JE 0 1

16 Ciklus utasítás LOOP címke masol: MOVSB CX>0 LOOP masol ; CX=CX-1 addig, ;amíg CX=végrehajtási szám Ciklustörzs CX=CX-1 i CX>0 h Feltételes ciklusok LOOPE címke LOOPZ címke masol: MOVSB ZF = 1 LOOPNE címke LOOPNZ címke LOOPZ masol ; CX=CX-1 addig, ;amíg CX>0 és

17 Szubrutinok CALL eljárás (szubrutin) hívása RET, RETF visszatérés szubrutinból mov ax, bx call szamol; SS:[SP] <- IP mov cx, dx szamol proc mov ax, 3 mov bx, 2 add ax,bx ret ; IP <- SS:[SP] szamol endp Szubrutin híváskor az IP értéke elmentődik A szubrutinból való visszatérés után a következő utasítással folytatódik a program Szubrutin befejezésekor az IP értéke visszaállítódik

18 Input, output utasítások IN al, dx IN ax, dx dx: port cím OUT dx, al OUT dx, ax dx: port cím Megszakítások INT megszakítási szám INT 21H INTO INT 04h hívása, ha OF = 1, különben NOP-nak felel meg IRET visszatérés megszakításból Egész számos aritmetika ADD összeadás ADC összeadás átvitellel (CF) együtt SUB kivonás SBB kivonás átvitellel (CF) együtt CMP összehasonlítás (flag-ek beállítása a cél és a forrás különbségének megfelelően) INC inkrementálás (növelés 1-gyel), CF nem változik DEC dekrementálás (csökkentés 1-gyel), CF nem változik NEG kettes komplemens képzés (szorzás 1-gyel) MUL előjeltelen szorzás IMUL előjeles szorzás DIV előjeltelen maradékos osztás IDIV előjeles maradékos osztás Összeadás Adjuk össze a 3F4Bh és 4141h értéket! MOV AX, 3F4Bh MOV BX, 4141h ADD AX, BX ;AX<- AX+BX

19 Végezzük el az alábbi műveletet! «4C22 9A4Dh + 3D33 8B3Ah 7F h MOV AX, 9A4Dh MOV BX, 8B3Ah ADD AX, BX MOV CX, 4C22h MOV DX, 3D33h ADC CX, DX ;AX<-AX+BX ;CX<-CX+DX+Cy Logikai utasítások AND op1, op2 ;op1<-op1&op2 Maszkolás & MOV AX, 3F4Bh AND AX, 0040h OR op1, op2 ;op1<-op1+op2 Maszkolás MOV AX, 3F4Bh OR AX, FFBFh XOR op1, op2 ; op1 <- op1 op2 MOV AX,0 XOR AX,AX NOT egyes komplemens képzés TEST logikai bit tesztelés MOV AX, 3F4Bh

20 TEST AX, 0040h ; S és Z bit állítása Bitléptető utasítások SHL előjeltelen léptetés (shiftelés) balra SHL op, 1/CL MOV CL, 3 MOV AX, 2 SHL AX, CL ;AX<- 2*2*2 SAL előjeles léptetés balra (ugyanaz, mint SHL) SHR előjeltelen léptetés jobbra SHR op, 1/CL MOV CL, 3 MOV AX, 8 SHR AX, CL ;AX<- 8/2/2/2 SAR előjeles (aritmetikai) léptetés jobbra SAR op, 1/CL MOV CL, 3 MOV AX, F8h SAR AX, CL ;AX <- -8/2/2/2 ROL balra forgatás (rotálás)

21 ROL op, 1/CL MOV CL, 3 MOV AX, 8h ROL AX, CL RCL balra forgatás Carry Flag-en át RCL op, 1/CL ROR jobbra forgatás ROR op, 1/CL RCR jobbra forgatás CF-en át RCR op, 1/CL Processzor vezérlő utasítások CLC CF flag törlése CMC CF flag komplementálása (invertálása) STC CF flag beállítása CLD DF flag törlése STD DF flag beállítása CLI IF flag törlése STI IF flag beállítása

22 Assembly programok készítése TASM {opciók} forrás{,tárgykód}{,lista}{,xref} /a, /s A szegmensek szerkesztési sorrendjét befolyásolják. Az első ábécé rend szerint, míg a második a definiálás sorrendje szerinti szegmens-sorrendet ír elő. Alapértelmezés a /s. /l, /la A listázás formátumát befolyásolják: normál (opció/l) ill. kibővített (/la) lista fog készülni. Alapértelmezésben nem készül lista. /m# A fordítás # menetes lesz (a # helyére egy számot kell írni). Alapérték a 2. /z Hiba esetén a forrás megfelelő sorát is kiírja. /zi, /zd, /zn A tárgykódba bekerülő nyomkövetési információt befolyásolják: teljes (/zi), csak a programsorok címei (/zd) vagy semmi (/zn). Alapértelmezés a /zn. Linkelés TLINK {opciók} tárgykód fájlok{, futtatható fájl}{, térkép}{, könyvtárak} /x, /m, /l, /s A térkép (map) tartalmát befolyásolják: nincs térkép (/x), publikus szimbólumok listája lesz (/m), kódhoz tartozó sorszámok lesznek (/l), szegmensinformáció lesz (/s). Alapértelmezés a /s. /c Érzékeny lesz a kisbetűkre és nagybetűkre. /v Engedélyezi a nyomkövetési információk beépítését a futtatható fájlba. /t Az alapértelmezett.exe helyett.com típusú futtatható fájlt készít. Fordítás menete outint proc push ax push bx push cx push dx ;soremeles mov dl,13d mov ah,2 int 21h mov dl,10d mov ah,2 int 21h mov ax,szam mov bx,10 mov cx,0 oszt: xor dx,dx div bx push dx inc cx cmp ax,0 ja oszt kiir: pop dx

23 vege1: pop outint add dx,'0' mov ah,2 int 21h loop kiir dx pop cx pop bx pop ax ret endp Programfordítás Fordítás lépései: Fordításhoz használható batch fájl: tasm /zd /la %1.asm tlink /v %1.obj Turbo debugger használata Assembly és a magas szintű nyelvek kapcsolata C forrás: extern "C" { extern unsigned int szamol(char,char, char); } ASM forrás: PUBLIC _szamol Példaprogram I. #include <stdio.h> char a=3, b=4, c=5; extern "C" { extern unsigned int szamol(char,char, char); } void main(void) { unsigned int eredmeny; eredmeny = szamol(a, b, c);

24 printf("eredmény: %d\n", eredmeny); } DOSSEG.MODEL SMALL.CODE PUBLIC _szamol _szamol PROC push bp mov bp,sp xor mov add adc pop ret _szamol END ax,ax al,byte PTR [bp+4] al,byte PTR [bp+6] al,byte PTR [bp+8] bp ENDP Példaprogram II. #include <stdio.h> char * TestString="Line 1\nline 2\nline 3"; extern "C" { extern unsigned int LineCount(char * StringToCount, unsigned int * CharacterCountPtr); } main() { unsigned int LCount; unsigned int CCount; LCount = LineCount(TestString, &CCount); printf("lines: %d\ncharacters: %d\n", LCount, CCount); } NEWLINE EQU 0ah ;the linefeed character is C's newline character DOSSEG.MODEL SMALL.CODE PUBLIC _LineCount _LineCount PROC push bp mov bp,sp

25 push si ;preserve calling program's register variable, if any mov si,[bp+4] ;point SI to the string sub cx,cx ;set character count to 0 mov dx,cx ;set line count to 0 LineCountLoop: lodsb ;get the next character and al,al ;is it null, to end the string? jz EndLineCount ;yes, we're done inc cx ;no, count another character cmp al,newline ;is it a newline? jnz LineCountLoop ;no, check the next character inc dx ;yes, count another line jmp LineCountLoop EndLineCount: inc dx ;count the line that ends with the null character mov bx,[bp+6] ;point to the location at which to return the character count mov [bx],cx ;set the character count variable mov ax,dx ;return line count as function value pop si ;restore calling program's register variable, if any pop bp ret _LineCount ENDP END Az.EXE és.com programok, a PSP comprog.asm exeprog.asm Szoftver megszakítások 10h FFh Jellegzetes szoftveres megszakítások Hardver megszakítások 0 Fh Megszakítás vezérlő Megszakítás fogalma Megszakítás kiszolgálás lépései Megszakításkérés hatására a futó program felfüggesztődik (CS:IP értéke és a Flags regiszter elmentődik) Megszakításkérés elbírálásra kerül (Flags regiszter Interrupt bit) Ha engedélyezett a megszakításkérés kiszolgálása, akkor a megszakítás vektortáblából (0:mszam*4) a kiszolgáló rutin címe betöltődik Kiszolgáló rutin lefut (IRET) CS:IP érték visszatöltődik A felfüggesztett program futása folytatódik a következő utasítással