В.Г. Баула - Введение в архитектуру ЭВМ и системы программирования (975817), страница 10

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 10)

При дальнейшем изучения архитектуры компьютера нам придётся писать как фрагменты, так и полные программы на машинном языке. Для написания этих программ мы будем использовать одну из версий языка Ассемблера, так называемый Макроассемблер версии 4.0 (MASM-4.0). Достаточно полное описание этого языка приведено в учебнике [5], изучения этого учебника (или аналогичных учебников по языку Ассемблера [6-8]) является обязательным для хорошего понимания материала по нашему курсу. На лекциях мы подробно будем изучать только те особенности и тонкие свойства языка Ассемблера, которые недостаточно полно описаны в указанных учебниках.

Изучение языка Ассемблера начнём с рассмотрения общей структуры программы на этом языке. Программа на языке Ассемблера состоит из одного или более независимых модулей. В каком смысле модуль является независимой единицей языка Ассемблер, мы выясним несколько позже, когда будем изучать тему "Модульное программирование". Наши первые программы будут содержать всего один модуль, но позже будут рассмотрены и многомодульные программы.

Каждый модуль обычно содержит описание одного или нескольких сегментов памяти. Напомним, что в нашей архитектуре для работы программы каждая команда и каждое данное должны располагаться в каких-либо сегментах памяти. Как мы уже знаем, в младшей модели нашего семейства ЭВМ в каждый момент времени определены четыре активных (или текущих) сегмента памяти, на которые указывают соответствующие сегментные регистры CS, DS, SS и ES.

Таким образом, перед непосредственной работой с содержимым любого сегмента требуется установить на его начало определённый сегментный регистр, до этого нельзя ни писать в этот сегмент, ни читать из него. С другими сегментами, кроме этих четырёх текущих (если они есть в программе), работать в этот момент нельзя, при необходимости доступа к ним нужно менять (перезагружать) содержимое соответствующих сегментных регистров.

Стоит заметить, что сегменты могут перекрываться в памяти ЭВМ и даже полностью совпадать (накладываться друг на друга). Однако максимальный размер сегмента в младшей модели нашего семейства ЭВМ равен 64К, и, если сегменты будут перекрываться, то одновременно для работы будет доступно меньшее количество оперативной памяти. Заметим, что пересечение сегментов никак не влияет на логику работы центрального процессора.¹¹

В соответствии с принципом фон Неймана, мы имеем право размещать в любом из сегментов памяти как числа, так и команды. Но такой подход ведёт к плохому стилю программирования, программа перестаёт легко читаться и пониматься программистами. Будем поэтому стараться размещать команды программы в одним сегментах, а данные – в других. Весьма редко программисту будет выгодно размещать данные среди команд, один такой случай будет рассмотрен позже в нашем курсе.

На текущий сегмент команд должен указывать регистр CS, а на сегмент данных – регистр DS. Дело в том, что эти регистры специализированные. В частности, устройство управления может выбирать команды для выполнения только из сегмента, на который указывает регистр CS. Производить арифметические операции можно над числами из любого сегмента, однако в соответствии с принципом умолчания все переменные, если прямо не указано противное, сегментируются по регистру DS. Явное указание необходимости выбирать аргументы команды по другому сегментному регистру увеличивает длину команды на один байт (перед такой командой вставляется специальная однобайтная команда, которая называется префиксом сегмента).

Итак, модуль состоит из описаний сегментов. В сегментах находятся все команды и области памяти, используемые для хранения переменных. Вне сегментов могут располагаться только так называемые директивы языка Ассемблер, о которых мы будем говорить немного ниже. Пока лишь отметим, что чаще всего директивы не определяют в программе ни команд, ни переменных (поймите, что именно поэтому они и могут стоять вне сегментов). ¹²

Описание каждого сегмента, в свою очередь, состоит из предложений (statement) языка Ассемблера. Каждое предложение языка Ассемблера занимает отдельную строчку программы, исключение из этого правила будет отмечено особо. Далее рассмотрим различные классы предложений Ассемблера.

7.3. Классификация предложений языка Ассемблер

• Многострочные комментарии. Это единственная конструкция Ассемблера, которая может занимать несколько строк текста программы. Будем для унификации терминов считать её неким частным типом предложения, хотя не все авторы учебников по Ассемблеру придерживаются этой точки зрения. Способ записи этих комментариев:

COMMENT *

< строки – комментарии >

*

здесь символ * задаёт границы комментария, он не должен встречаться внутри самого комментария. При необходимости использовать символ * внутри комментария, надо вместо этого символа в качестве границ комментария выбрать какой-нибудь другой подходящий символ, например, &.

• Команды. Почти каждому такому предложению языка Ассемблера будет соответствовать одна команде на языке машины (в редких случаях получаются две "тесно связанных" команды). Как уже отмечалось, вне описания сегмента такое предложение встречаться не может.

• Резервирование памяти. Эти предложения отводят в том сегменте, где они записаны, области памяти для хранения переменных. Это некоторый аналог описания переменных языка Паскаль. Способ записи таких предложений надо посмотреть в учебнике [5], мы приведём лишь некоторые примеры с комментариями.

В этих примерах описаны переменные с именами A,B и C разной длины, которые, как мы уже привыкли в языке Паскаль, не будут иметь конкретных начальных значений, что отмечено символом вопросительного знака. Однако, но принципу Фон Неймана ничто не мешает нам работать напрямую с одним или несколькими байтами, расположенными в любом месте памяти. Например, команда

mov ax,B+1

будет читать на регистр ax слово, второй байт которого располагается в конце переменной B, а первый – в начале переменной C (помним о "перевёрнутом" хранении слов в памяти!). Поэтому следует быть осторожными и не считать A, B и C отдельными, "независимыми" переменными в смысле языка Паскаль, это просто именованные области памяти. Разумеется, в понятно написанной программе эти области используются так, как они описаны с помощью присвоенных им имён.

Предложение

D dw 20 dup (?)

резервирует в сегменте 20 подряд расположенных слов с неопределёнными начальными значениями. Это можно назвать резервированием памяти под массив из 20 элементов, но при этом мы также не теряем возможности работать с произвольными байтами и словами из области памяти, зарезервированной под массив.

• Директивы или команды Ассемблеру. Эти предложения, как уже упоминалось, не порождают в машинной программе никакого кода, т.е. команд или переменных (редким исключением является директива include, о которой мы будем говорить при написании полных программ). Директивы используются программистом для того, чтобы давать программе Ассемблер определённые указания, управлять работой Ассемблера при компиляции (переводе) программы на язык машины. В качестве примера рассмотрим директивы объявления начала и конца описания сегмента с именем A:

A segment

...

A ends

Частным случаем директивы является и предложение-метка, она приписывает имя (метку) следующему за ней предложению. Так, в приведённом ниже примере метка Next_Statement_Name является именем следующего за ней предложения, таким образом, у этого предложения две метки:

Next_Statement_Name:

L: mov ax,2

• Макрокоманды. Этот класс предложений Ассемблера относится к макросредствам языка, и будут подробно изучаться далее в нашем курсе. Пока лишь скажем, что на место макрокоманды по определённым правилам подставляется некоторый набор (возможно и пустой) предложений Ассемблера.

Теперь рассмотрим структуру одного предложения. За редким исключением, каждое предложение может содержать от одного до четырёх полей: поле метки, поле кода операции, поле операндов и поле комментария (как обычно, квадратные скобки указывают на необязательность заключённой в них конструкции):

[<метка>[:]] КОП [<операнды>] [; комментарий]

Как видно, все поля предложения, кроме кода операции, являются необязательными и могут отсутствовать в конкретном предложении. Операнды, если их в предложении несколько, отделяются друг от друга запятыми (в макрокоманде операнды могут разделяться и пробелами). Если после метки стоит двоеточие, то это указание на то, что данное предложение может рассматриваться как команда, т.е. выбираться для исполнения в устройство управления.

В очень редких случаях предложения языка Ассемблера имеют другую структуру, например, директива присваивания значения переменной периода генерации (с этими переменными мы познакомимся при изучении макросредств языка):

K = K+1

Другим примером может служить строка-комментарий, такие строки начинаются с символа точки с запятой, перед которой могут стоять только символы пробелов:

; это строка-комментарий

7.4. Пример полной программы на Ассемблере

Прежде, чем написать нашу первую полную программу на Ассемблере, нам необходимо научиться выполнять операции ввода/вывода, без которых ни одна сколько-нибудь серьёзная программа обойтись не может. В самом языке машины, в отличие от языка нашей учебной машины УМ-3, нет команда ввода/вывода,¹³ чтобы, например, ввести целое число, необходима достаточно большая программа на машинном языке.

Для организации ввода/вывода мы в наших примерах будем использовать макрокоманды из учебника [5]. Вместо каждой макрокоманды Ассемблер будет подставлять соответствующий этой макрокоманде набор команд и констант (этот набор, как мы узнаем позже, называется макрорасшире­нием для макрокоманды).

Нам понадобятся следующие макрокоманды ввода/вывода.

• Макрокоманда вывода символа на экран

outch op1

где операнд op1 может быть в формате i8, r8 или m8. Значение операнда трактуется как код символа, этот символ выводится в текущую позицию экрана. Для задания кода символа удобно использовать символьную константу языка Ассемблер, например, ′A′. Такая константа преобразуется программой Ассемблера именно в код этого символа. Например, outch ′*′ выведет символ звёздочки на место курсора.

• Макрокоманда ввода символа с клавиатуры

inch op1

где операнд op1 может быть в формате r8 или m8. Код введённого символа записывается в место памяти, определяемое операндом.

• Макрокоманды вывода на экран целого значения

outint op1[,op2]

outword op1[,op2]

Здесь, как всегда, квадратные скобки говорят о том, что второй операнд может быть опущен. В качестве первого операнда op1 можно использовать i16, r16 или m16, а второго – i8, r8 или m8. Действие макрокоманды outint op1,op2 полностью эквивалентно процедуре вывода языка Паскаль write(op1:op2), а действие макрокоманды с именем outword отличается только тем, что первый операнд трактуется как беззнаковое (неотрицательное) число.

• Макрокоманда ввода целого числа

inint op1

где операнд op1 может иметь формат r16 или m16, производит ввод с клавиатуры на место первого операнда целого значения из диапазона –2¹⁵..+2¹⁶. Особо отметим, что операнды форматов r8 и m8 недопустимы.

• Макрокоманда без параметров

newline

предназначена для перехода курсора к началу следующей строки экрана и эквивалентна вызову процедуры без параметров writeln языка Паскаль. Этого же эффекта можно достичь, если вывести на экран служебные символы с кодами 10 и 13, т.е. выполнить, например, макрокоманды

outch 10

outch 13

• Макрокоманда без параметров

flush

предназначена для очистки буфера ввода и эквивалентна вызову процедуры без параметров readln языка Паскаль.

• Макрокоманда вывода на экран строки текста

outstr

Эта макрокоманда выводит на экран строку текста из того сегмента, на который указывает сегментный регистр DS, причём адрес начала этой строки в сегменте должен находится в регистре DX. Таким образом, физический адрес начала выводимого текста определяется по формуле

А_физ = (DS*16 + DX)_{mod 2}²⁰

Заданный таким образом адрес принято записывать в виде так называемой адресной пары <DS,DX>. В качестве признака конца выводимой строки символов должен быть задан символ $ (он рассматривается как служебный признак конца и сам не выводится). Например, если в сегменте данных есть текст

Data segment

Характеристики

Список файлов книги