Chapter_07 (1110559), страница 5
Текст из файла (страница 5)
ПереходыВ большинстве современных компьютеров, в том числе и в нашем, по принципу Фон Нейманареализовано последовательное выполнение команд. В соответствие с этим принципом после выполнения текущей команды, если она не является командой перехода, счётчик адреса будет указывать на следующую (ближайшую с большим адресом) команду в оперативной памяти.2 Изменить последовательное выполнение команд можно с помощью переходов, при этом следующая командаможет быть расположена в другом месте оперативной памяти.
Ясно, что без переходов компьютерыфункционировать не могут: скорость центрального процессора так велика, что он очень быстро может по одному разу выполнить все команды в оперативной памяти, а выполнять программу "по1Можно дать загрузчику явное указание на размещение конкретного сегмента с заданного адреса оперативной памяти (мы изучим такую возможность позднее в нашем курсе), но это редко когда нужно программисту. Наоборот, лучше писать программу, которая будет правильно работать при размещении её сегментов влюбом свободном месте оперативной памяти.2Однако, как мы уже говорили, при достижении в программе конца оперативной памяти (или конца сегмента максимальной длины при сегментной организации памяти) следуюшей будет выполняется команда, расположенная в начале памяти или в начале этого сегмента (память как бы замкнута в кольцо).12кольцу" почти всегда бессмысленно.
Кроме того, большинство алгоритмов содержат внутри себяциклы, которые также реализуются с помощью переходов.Понимание механизма выполнения переходов очень важно при изучении архитектуры ЭВМ, этопозволяет уяснить логику работы центрального процессора и лучше понять архитектуру нашегокомпьютера. Все переходы можно разделить на два вида.• Переходы, вызванные выполнением центральным процессором специальных команд переходов.• Переходы, которые автоматически выполняет центральный процессор при наступленииопределённых событий в центральной части компьютера или в его периферийных устройствах (устройствах ввода/вывода).Начнём последовательное рассмотрение переходов для компьютеров изучаемой нами архитектуры.
Напомним, что физический адрес начала следующей выполняемой команды зависит от значений двух регистров центрального процессора: сегментного регистра CS и регистра-счётчика адресаIP, и вычисляется по формуле:Aфиз := (CS*16 + IP)mod 220Следовательно, для осуществления любого перехода необходимо в один или оба эти регистра(т.е. в CS и/или IP) занести новые значения, соответствующие месторасположению следующей выполняемой команды. Отсюда вытекает первая классификация переходов: будем называть переходблизким (или внутрисегментным) переходом, если при этом меняется только значение регистра IP,если же при переходе меняются значения обоих регистров, то такой переход будем называть дальним (или межсегментным) переходом.1 Очевидно, что при близком переходе следующая выполняемая команда будет обязательно располагаться в том же сегменте кода, а при дальнем – уже в любомместе оперативной памяти (отсюда понятны названия этих переходов – близкие и дальние по отношению к текущему сегменту кода).Следующей основой для классификации переходов будет служить способ изменения значениярегистров.
При относительном переходе происходит знаковое сложение содержимого регистра снекоторой величиной, например,IP := (IP ± Value)mod 216При абсолютном переходе происходит просто присваивание соответствующему регистру нового значения:CS := Value и/или IP := ValueОпять же из соображений ценности практического использования в программировании, для сегментного регистра CS реализован только абсолютный переход, в то время как для счётчика адресаIP возможен как абсолютный, так и относительный переходы (обоснуйте, почему это так сделано!).Далее, будем классифицировать относительные переходы по величине той константы, котораяприбавляется к значению счётчика адреса IP.
При коротком переходе величина этой знаковой константы (напомним, что мы обозначаем её i8) не превышает по размеру одного байта (т.е. лежит вдиапазоне от –128 до +127):IP := (IP + i8)mod 216 ,а при длинном переходе эта константа имеет размер слова (двух байт):IP := (IP + i16)mod 216Легко понять, что абсолютные переходы делать короткими бессмысленно, так как они могут передавать управление только в самое начало (первые 256 байт) оперативной память или сегмента кода.Следующей основой для классификации переходов будет месторасположение величины, используемой при абсолютном переходе для задания нового значения какого-либо из этих регистров.При прямом переходе эта величина является просто числом (в нашей терминологии это непосредственный адрес в самой команде i8, i16 или i32). При косвенном переходе нужная величина1В принципе дальний переход возможен и при изменении значения только одного регистра CS, но надозаметить, что в реальном программировании такие переходы практически всегда не имеют смысла и не реализованы в языке нашей машины.13располагается в памяти или на регистре, и в команде перехода задаётся адрес той области памяти(или номер того регистра), откуда и будет извлекаться необходимое число, например:IP := m16Здесь на регистр IP будет заноситься число, содержащееся в двух байтах памяти по адресу m16,т.е.
это в нашей классификации близкий длинный абсолютный косвенный переход.Таким образом, каждый переход можно классифицировать по его свойствам: близкий – дальний,относительный – абсолютный, короткий – длинный, прямой – косвенный. Разумеется, не все из этихпереходов реализуются в архитектуре нашего компьютера, так, мы уже знаем, что короткими илидлинными бывают только относительные переходы, кроме того, относительные переходы бываюттолько прямыми.7.7.
Команды переходовВ первую очередь мы изучим команды переходов. Заметим, что эти команды предназначенытолько для передачи управления в другое место программы, они не меняют никаких флагов.7.7.1. Команды безусловного переходаРассмотрим сначала команды безусловного перехода, которые всегда передают управление вуказанную в них точку программы. На языке Ассемблера все эти команды записываются в видеjmp op1Здесь операнд op1 может иметь форматы, показанные в таблице 7.1.Таблица 7.1.
Форматы операнда команды безусловного перехода.op1Способ выполнения16i8IP:=(IP + i8)modi16IP:=(IP + i16)modr16IP:=[r16]m16IP:=[m16]m32IP:=[m32], CS:=[m32+2]2216Вид переходаБлизкий относительныйкороткий прямойБлизкий относительныйдлинный прямойБлизкийдлинныйБлизкийдлинныйДальнийдлинныйабсолютныйкосвенныйабсолютныйкосвенныйабсолютныйкосвенный 1Как видно из данной таблицы, многие потенциально возможные виды безусловного перехода(например, близкие абсолютные прямые, близкие абсолютные короткие и др.) не реализованы в нашей архитектуре.
Это сделано, во-первых, потому, что это переходы практически бесполезны в реальном программировании, и, во-вторых, для упрощения центрального процессора (не нужно реали-1Замечание для продвинутых учащихся. В языке машины есть также и команда дальнего абсолютногодлинного прямого перехода формата jmp i32 = jmp seg:off . Здесь seg:off – это мнемоническое обозначение двух операндов в формате i16, в машинной команде это просто два расположенных подряд двухбайтных поля (т.е. это и будет значение формата i32).
Эта команда выполняется как CS:=seg; IP:=off. Ксожалению, хотя в языке машины команда формата jmp i32 есть (её код операции 0EAh), но непосредственно записать это команду на Ассемблере MASM-4.0 нельзя. Видимо, это сделано потому, что такая командабесполезна в практическом программировании, так как программист почти всегда не знает, в каком конкретноместе физической памяти будет находится точка дальнего перехода.
Как мы узнаем далее при изучении темымодульного программирования, для дальнего прямого абсолютного перехода обычно используются так называемые статические связи между модулями по управлению с помощью внешних имён и входных точек, приэтом команда формата jmp i32 формируется Ассемблером автоматически из команды jmp L , где L –внешняя метка дальнего перехода.Чтобы непосредственно задать в программе команду jmp i32 в нашем Ассемблере приходится пускаться на хитрости. Например, для дальнего перехода по абсолютному адресу 12345h можно воспользоватьсянеразличимостью команд и данных и записать команду jmp 1224:5 в виде набора констант:db 0EAh,12h,34h,00h,05h (учитываем, что команды, в отличие от целых чисел, представляются в памяти в неперевернутом виде).14зовывать в нём эти команды) и для уменьшения размера программы (чтобы длина поля кода операции в командах не была слишком большой).Рассмотрим теперь, как на языке Ассемблера задаётся код операции и операнды команд безусловного перехода.
Для указания близкого относительного перехода в команде обычно записываетсяметка (т.е. имя) команды, на которую необходимо выполнить переход, например:jmp L; Перейти на команду, помеченную меткой LНапомним, что вслед за меткой команды, в отличие от метки области памяти, ставится двоеточие. Так как значением метки является её смещение в том сегменте, где эта метка описана, то программе Ассемблера приходится самой вычислять требуемое смещение i8 или i16, которое необходимо записать на место операнда в команде на машинном языке, например:L: add bx,bx;.
. .. . .. . .jmp L; L=i8 или i16i8 или i16 (со знаком!)Необходимо также учитывать, что в момент выполнения команды перехода счётчик адреса IPуже указывает на следующую команду, что, конечно, существенно при вычислении величины смещения в команде относительного перехода. Однако так как эту работу выполняет программа Ассемблера, мы на такую особенность не будем пока обращать внимания, она будет существенной далее, при изучении команд вызова процедуры и возврата из процедуры.При близком переходе формат для операнда L (i8 или i16) выбирается программой Ассемблера автоматически, в зависимости от расстояния в байтах между командой перехода и командой суказанной меткой. Более сложным является случай, когда метка L располагается в программе послекоманды перехода.
Тогда при первом просмотре текста программы Ассемблер, ещё не зная истинного расстояния до этой метки, "на всякий случай" отводит под поле смещения в команде два байта,т.е. операнд размером i16. Поэтому для тех рачительных программистов, которые знают, что смещение должно быть коротким (формата i8) и хотят сэкономить один байт памяти, Ассемблер предоставляет возможность задать размер операнда в явном виде:jmp short LЯсно, что об этом следует заботиться в основном при острой нехватке оперативной памяти дляпрограммы.1 Для явного указания дальнего перехода на метку в другом сегменте памяти, программист должен использовать оператор far ptr, например:jmp far ptr LПриведём фрагмент программы с различными видами команд безусловного перехода, в этомфрагменте описаны два кодовых сегмента (для иллюстрации дальних переходов) и один сегментданных (для команд косвенного перехода):data.A1A2.datasegment.
.dw L2;Смещение команды с меткой L2 в своём сегментеdd Code1:L1; Это m32=seg:off. .endscode1 segment. . .L1:mov ax,bx. . .code1 endscode2 segmentassume cs:code2, ds:data1Например, при написании драйверов операционных систем или встроенных программ для управленияразличными устройствами (стиральными машинами, видеомагнитофонами и т.д.), либо программ для автоматических космических аппаратов, где память относительно небольшого объёма, т.к. должна быть особой, способной выдерживать сильное космическое излучение.15start:movmovL2:jmpjmpjmpjmpjmpjmpjmpmovjmp. . .code2 endsax,datads,ax ;загрузка сегментного регистра DSfar ptr L1; дальний прямой абсолютный переход, op1=i32=seg:offL1;ошибка т.к. без far ptrL2;близкий относительный переход, op1=i8 или i16A1;близкий абсолютный косвенный переход, op1=m16A2;дальний абсолютный косвенный переход, op1=m32bx;близкий абсолютный косвенный переход, op1=r16[bx]; ошибка, нет выбора между: op1=m16 или op1=m32bx,offset A2dword ptr [bx]; дальний абсолютный косвенный переход op1=m32Заметьте, что, если в команде перехода задаётся метка, то при прямом переходе она описана сдвоеточием (это метка команды), а при косвенном – без двоеточия (это метка области памяти).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
