Cамоучитель по Assembler

Микропроцессоры корпорации Intel и персональные компьютеры на их базе прошли не очень длинный во времени, но значительный по существу путь развития, на протяжении которого кардинально изменялись и возможности и даже сами принципы их архитектуры. В то же время, внос в микропроцессор принципиальные изменения, разработчики были вынуждены постоянно иметь в виду необходимость обеспечения совмести мости новых моделей со старыми, чтобы не отпугивать потенциального покупателя перспективой полной замены освоенного или разработанного им программного обеспечения. В результате современные микропроцессоры типа Pentium, обеспечивая такие возможности, как 32-битную адресацию почти неограниченных объемов памяти, многозадачный режим с одновременным выполнением нескольких программ, аппаратных средства защиты операционной системы и прикладных программ друг друга, богатый набор дополнительных эффективных команд и способе адресации, в то же время могут работать (и часто

работают) в режиме первых микропроцессоров типа 8086, используя всего лишь 1 мегабайт оперативной памяти, 16-разрядные операнды (т. е. числа в диапазоне до 216 - 1 = 65535) и ограниченный состав команд. Поскольку программирование на языке ассемблера напрямую затрагивает аппаратные возможности микропроцессора, прежде всего следует выяснить, в какой степени программист может использовать новые возможности микропроцессоров в своих программах и какие проблемы программной несовместимости могут при этом возникнуть.
Первые персональные компьютеры корпорации IBM, появившиеся в 1981 г. и получившие название IBM PC, использовали в качестве центрального вычислительного узла 16-разрядный микропроцессор с 8-разрядной внешней шиной Intel 8088. В дальнейшем в персональных компьютерах стал использоваться и другой вариант микропроцессора, 8086, который отличался от 8088 тем, что являлся полностью 16-разрядным. С тех пор его имя стало нарицательным, и в программах, использующих только возможности процессоров 8088 или 8086, говорят, что они работают в режиме 86-го процессора.
В 1983 г. корпорацией Intel был предложен микропроцессор 80286, в котором был реализован принципиально новый режим работы, получивший название защищенного. Однако процессор 80286 мог работать и в режиме 86-го процессора, который стали называть реальным.
В дальнейшем на смену процессору 80286 пришли модели 80386, i486 и, наконец, различные варианты процессора Pentium. Все они могут работать и в реальном, и в защищенном режимах. Хотя каждая следующая модель была значительно совершеннее предыдущей (в частности, почти на два порядка возросла скорость работы процессора, начиная с модели 80386 процессор стал 32-разрядным, а в процессорах Pentium реализован даже 64-разрядный обмен данными с системной шиной), однако с точки зрения программиста все эти процессоры весьма схожи. Основным их качеством является наличие двух режимов работы - реального и защищенного. Строго говоря, в современных процессорах реализован еще и третий режим - виртуального 86-го процессора, или V86, однако в плане использования языка ассемблера этот режим не отличается от обычного режима 86-го процессора, мы его касаться не будем.
Реальный и защищенный режимы прежде всего принципиально различаются способом обращения к оперативной памяти компьютера. Метод адресации памяти, используемый в реальном режиме, позволяет адресовать память лишь в пределах 1 Мбайт; в защищенном режиме используется другой механизм (из-за чего, в частности, эти режимы и оказались полностью несовместимыми), позволяющий обращаться к памяти объемом до 4 Гбайт. Другое важное отличие защищенного режима заключается в аппаратной поддержке многозадачности с аппаратной же (т.е. реализованной в самом микропроцессоре) защитой задач друг от друга.

Введение

Глава 1. Архитектура реального режима
Среди устройств и узлов, входящих в состав компьютера, наиболее важными для выполнения любой программы катаются оперативная память и центральный микропроцессор, который мы для краткости будем в дальнейшем называть просто процессором. В оперативной памяти хранится выполняемая программа вместе с принадлежащими ей данными; процессор выполняет вычисления и другие действия, описанные в программе.
Программа загружается в память с жесткого или гибкого магнитного диска, где она хранится, операционной системой в ответ ввод с клавиатуры команды запуска программы. Операционная система, загрузив программу, и при необходимости настроив ее для выполнения в той области памяти, куда она попала, сообщает процессору начальный адрес загруженной программы и инициирует процесс ее выполнения.

Память и процессор
Распределение адресного пространства
Регистры процессора
Сегментная структура программ
Стек
Система прерываний
Система ввода-вывода

Глава 2. Основы программирования
Процесс подготовки и отладки программы на языке ассемблера включает этапы подготовки исходного текста, трансляции, компоновки и отладки.
Подготовка исходного текста программы выполняется с помощью любого текстового редактора, хотя бы редактора, встроенного в программу Norton Commander, или еще более удобного редактора Norton Editor. При использовании одного из более совершенных текстовых процессоров,вроде Microsoft Word, следует иметь в виду, что эти программы добавляют в выходной файл служебную информацию о формате (размер страниц, тип шрифта и др.), которая будет непонятна транслятору. Однако практически все текстовые редакторы и процессоры позволяют вывести в выходной файл "чистый текст", без каких-либо служебных символов. Именно таким режимом и надлежит воспользоваться в нашем случае.

Подготовка и отладка программы
Представление данных
Описание данных
Структуры и записи
Способы адресации
Переходы
Вызовы подпрограмм
Макросредства ассемблера

Глава 3. Команды и алгоритмы
Как уже отмечалось выше, язык ассемблера является отражением архитектуры процессора, и изучение языка в сущности означает изучение системы команд и способов адресации, реализуемых процессором. Одна ко любой язык программирования полезен лишь постольку, поскольку на нем можно написать какие-то работоспособные программы. В то же время трудно представить себе реальную программу, которая выполняет чисто логические или вычислительные действия, ничего не вводя и не выводя и не взаимодействуя с другими программами. Однако такие вопросы, как организация выполнимой программы, ее запуск, взаимодействие с разнообразными аппаратными и программными объектами вычислительной системы (клавиатурой, дисками, таймером, памятью, системными драйверами и проч.) и, наконец, завершение являются прерогативой операционной системы.

Организация приложений MS-DOS
Циклы и условные переходы
Обработка строк
Использование подпрограмм
Двоично-десятичные числа
Программирование аппаратных средств

Глава 4. Расширенные возможности современных микропроцессоров
Операционная система MS-DOS, язык ассемблера МП 86 и методы программирования микропроцессоров корпорации Intel разрабатывались применительно к 16-разрядному процессору 8086 и тому режиму, который впоследствии получил название реального. Появление процессора 80386 знаменовало собой начато нового этапа в развитии операционных систем и прикладного программирования - этапа многозадачных графических операционных систем защищенного режима типа Windows и 32-разрядных прикладных программ. При этом, как уже отмечалось во введении, все архитектурные средства 86-го процессора входят в состав любого современного процессора, который, таким образом, можно условно разделить на две части - МП 86 и дополнительные средства, обеспечивающие защищенный режим, 32-разрядную адресацию и прочее.

Архитектурные особенности
Дополнительные режимы адресации
Использование средств 32-разрядных процессоров в программировании
Основы защищенного режима

Приложение. Система команд процессоров Intel
Ниже приводится алфавитный перечень команд процессоров Intel с кратким описанием действия каждой команды и примерами ее использования. В разделах статей, начинающихся с обозначения 386+, описываются отличия действия рассматриваемой команды в современных 32-разрядных процессорах (80386, i486, Pentium). Как правило, эти отличия заключаются в возможности использования не только 8- и 16-разрядных, но и 32-разрядных операндов, а также расширенных режимов адресации памяти. Обычные 16-разрядные программы реального режима вполне могут использовать расширенные регистры процессора (ЕАХ, ЕВХ и проч.), 32-битовые ячейки памяти и варианты команд для их обработки.

ААА ASCII-коррекция регистра АХ после сложения
ADC Целочисленное сложение с переносом
386+BSF Прямое сканирование битов
386+ ВТК Проверка и сброс бита
CLC Сброс флага переноса
СМР Сравнение
486+ CMPXCHG Сравнение и обмен
DAA Десятичная коррекция в регистре AL после сложения
HLT Останов
386+
INT Программное прерывание
JMP Безусловный переход
386+ LEAVE Выход из процедуры высокого уровня
386Р+ LGDT Загрузка регистра таблицы глобальных дескрипторов
LOCK Запирание шины
386+ LODSD Загрузка двойного слова из строки
386Р+ LTR Загрузка регистра задачи TR
MOVS Пересылка данных из строки в строку
MUL Умножение целых чисел без знака
OUTS Вывод строки в порт
POP Извлечение слова из стека
PUSH Занесение операнда в стек
RCR Циклический сдвиг вправо через бит переноса
RET Возврат из процедуры
ROL Циклический сдвиг влево
SBB Целочисленное вычитание с займом
386+ SETcc Установка байта по условию
386Р+ SIDT Сохранение в памяти содержимого регистра таблицы дескрипторов прерываний
ST1 Установка флага прерывания
3S6P+ STR Сохранение содержимого регистра состояния задачи
486+ XADD Обмен и сложение