Эту идею мы вынашивали долго. Наверное, несколько лет мы штурмовали ее со всех сторон, и всякий раз нам что-нибудь мешало. С одной стороны, ассемблер - это круто настолько, насколько вообще может быть круто для нашего читателя-хакера (крякера, реверсера) умение общаться с компьютером на его языке. С другой стороны - актуальных руководств по асму, в том числе издания этого века, достаточно, а времена нынче либеральные, веб-хакеры и любители JS могут нас не понять и не одобрить. 🙂 Точку в споре физиков, лириков, старообрядцев, никониан, веб-хакеров и тру-крякеров поставил успех . Оказалось, что сейчас, в XXI веке, тру-крякеры все еще не сдали своих позиций и нашим читателям это интересно!

Но что такое программирование само по себе по своей сути, вне зависимости от какого-либо языка? Разнообразие ответов поражает. Наиболее часто можно услышать такое определение: программирование - это составление инструкций или команд для последовательного исполнения их машиной с целью решить ту или иную задачу. Такой ответ вполне справедлив, но, на мой взгляд, не отражает всей полноты, как если бы мы назвали литературу составлением из слов предложений для последовательного прочтения их читателем. Я склонен полагать, что программирование ближе к творчеству, к искусству. Как любой вид искусства - выражение творческой мысли, идеи, программирование представляет собой отражение человеческой мысли. Мысль же бывает и гениальная, и совершенно посредственная.

Но, каким бы видом программирования мы ни занимались, успех зависит от практических навыков вкупе со знанием фундаментальных основ и теории. Теория и практика, изучение и труд - вот краеугольные камни, на которых основывается успех.

В последнее время ассемблер незаслуженно находится в тени других языков. Обусловлено это глобальной коммерциализацией, направленной на то, чтобы в максимально короткие сроки получить как можно большую прибыль от продукта. Иными словами, массовость взяла верх над элитарностью. А ассемблер, по моему мнению, ближе к последнему. Гораздо выгоднее в сравнительно небольшие сроки поднатаскать ученика в таких, например, языках, как С++, С#, PHP, Java, JavaScript, Python, чтобы он был более-менее способен создавать ширпотребный софт, не задаваясь вопросами, зачем и почему он так делает, чем выпустить хорошего специалиста по ассемблеру. Примером тому служит обширнейший рынок всевозможных курсов по программированию на любом языке, за исключением ассемблера. Та же тенденция прослеживается как в преподавании в вузах, так и в учебной литературе. В обоих случаях вплоть до сегодняшнего дня большая часть материала базируется на ранних процессорах серии 8086, на так называемом «реальном» 16-битном режиме работы, операционной среде MS-DOS! Возможно, что одна из причин в том, что, с одной стороны, с появлением компьютеров IBM PC преподавателям пришлось перейти именно на эту платформу из-за недоступности других. А с другой стороны, по мере развития линейки 80х86 возможность запуска программ в режиме DOS сохранялась, что позволяло сэкономить деньги на приобретение новых учебных компьютеров и составление учебников для изучения архитектуры новых процессоров. Однако сейчас такой выбор платформы для изучения совершенно неприемлем. MS-DOS как среда выполнения программ безнадежно устарела уже к середине девяностых годов, а с переходом к 32-битным процессорам, начиная с процессора 80386, сама система команд стала намного более логичной. Так что бессмысленно тратить время на изучение и объяснение странностей архитектуры реального режима, которые заведомо никогда уже не появятся ни на одном процессоре.

Что касается выбора операционной среды для изучения ассемблера, то, если говорить о 32-битной системе команд, выбор сравнительно невелик. Это либо операционные системы Windows, либо представители семейства UNIX.

Также следует сказать несколько слов о том, какой именно ассемблер выбрать для той или другой операционной среды. Как известно, для работы с процессорами х86 используются два типа синтаксиса ассемблера - это синтаксис AT&T и синтаксис Intel. Эти синтаксисы представляют одни и те же команды совершенно по-разному. Например, команда в синтаксисе Intel выглядит так:

Mov eax,ebx

В синтаксисе же AT&T уже будет иной вид:

Movl %eax,%ebx

В среде ОС UNIX более популярен синтаксис типа AT&T, однако учебных пособий по нему нет, он описывается исключительно в справочной и технической литературе. Поэтому логично выбрать ассемблер на основе синтаксиса Intel. Для UNIX-систем есть два основных ассемблера - это NASM (Netwide Assembler) и FASM (Flat Assembler). Для линейки Windows популярностью пользуются FASM и MASM (Macro Assembler) от фирмы Microsoft, и также существовал еще TASM (Turbo Assembler) фирмы Borland, которая уже довольно давно отказалась от поддержки собственного детища.

В данном цикле статей изучение будем вести в среде Windows на основе языка ассемблера MASM (просто потому, что он мне нравится больше). Многие авторы на начальном этапе изучения ассемблера вписывают его в оболочку языка си, исходя из тех соображений, что перейти к практическим примерам в операционной среде якобы довольно трудно: нужно знать и основы программирования в ней, и команды процессора. Однако и такой подход требует хоть мало-мальских начатков знаний в языке си. Данный же цикл статей от самого своего начала будет сосредоточен только на самом ассемблере, не смущая читателя ничем иным, ему непонятным, хотя в дальнейшем и будет прослеживаться связь с другими языками.

Следует отметить, что при изучении основ программирования, и это касается не только программирования на ассемблере, крайне полезно иметь представление о культуре консольных приложений. И совершенно нежелательно начинать обучение сразу же с создания окошечек, кнопочек, то есть с оконных приложений. Бытует мнение, что консоль - архаичный пережиток прошлого. Однако это не так. Консольное приложение почти лишено всякой внешней зависимости от оконной оболочки и сосредоточено главным образом на выполнении конкретно поставленной задачи, что дает прекрасную возможность, не отвлекаясь ни на что другое, концентрировать внимание на изучении базовых основ как программирования, так и самого ассемблера, включая знакомство с алгоритмами и их разработку для решения практических задач. И к тому моменту, когда настанет время перейти к знакомству с оконными приложениями, за плечами уже будет внушительный запас знаний, ясное представление о работе процессора и, самое главное, осознание своих действий: как и что работает, зачем и почему.

Что такое ассемблер?

Само слово ассемблер (assembler) переводится с английского как «сборщик». На самом деле так называется программа-транслятор, принимающая на входе текст, содержащий условные обозначения машинных команд, удобные для человека, и переводящая эти обозначения в последовательность соответствующих кодов машинных команд, понятных процессору. В отличие от машинных команд, их условные обозначения, называемые также мнемониками , запомнить сравнительно легко, так как они представляют собой сокращения от английских слов. В дальнейшем мы будем для простоты именовать мнемоники ассемблерными командами. Язык условных обозначений и называется языком ассемблера .

На заре компьютерной эры первые ЭВМ занимали целые комнаты и весили не одну тонну, имея объем памяти с воробьиный мозг, а то и того меньше. Единственным способом программирования в те времена было вбивать программу в память компьютера непосредственно в цифровом виде, переключая тумблеры, проводки и кнопочки. Число таких переключений могло достигать нескольких сотен и росло по мере усложнения программ. Встал вопрос об экономии времени и денег. Поэтому следующим шагом в развитии стало появление в конце сороковых годов прошлого века первого транслятора-ассемблера, позволяющего удобно и просто писать машинные команды на человеческом языке и в результате автоматизировать весь процесс программирования, упростить, ускорить разработку программ и их отладку. Затем появились языки высокого уровня и компиляторы (более интеллектуальные генераторы кода с более понятного человеку языка) и интерпретаторы (исполнители написанной человеком программы на лету). Они совершенствовались, совершенствовались - и, наконец, дошло до того, что можно просто программировать мышкой.

Таким образом, ассемблер - это машинно ориентированный язык программирования, позволяющий работать с компьютером напрямую, один на один. Отсюда и его полная формулировка - язык программирования низкого уровня второго поколения (после машинного кода). Команды ассемблера один в один соответствуют командам процессора, но поскольку существуют различные модели процессоров со своим собственным набором команд, то, соответственно, существуют и разновидности, или диалекты, языка ассемблера. Поэтому использование термина «язык ассемблера» может вызвать ошибочное мнение о существовании единого языка низкого уровня или хотя бы стандарта на такие языки. Его не существует. Поэтому при именовании языка, на котором написана конкретная программа, необходимо уточнять, для какой архитектуры она предназначена и на каком диалекте языка написана. Поскольку ассемблер привязан к устройству процессора, а тип процессора жестко определяет набор доступных команд машинного языка, то программы на ассемблере не переносимы на иную компьютерную архитектуру.

Поскольку ассемблер всего лишь программа, написанная человеком, ничто не мешает другому программисту написать свой собственный ассемблер, что часто и происходит. На самом деле не так уж важно, язык какого именно ассемблера изучать. Главное - понять сам принцип работы на уровне команд процессора, и тогда не составит труда освоить не только другой ассемблер, но и любой другой процессор со своим набором команд.

Синтаксис

Общепринятого стандарта для синтаксиса языков ассемблера не существует. Однако большинство разработчиков языков ассемблера придерживаются общих традиционных подходов. Основные такие стандарты - Intel-синтаксис и AT&T-синтаксис .

Общий формат записи инструкций одинаков для обоих стандартов:

[метка:] опкод [операнды] [;комментарий]

Опкод - это и есть собственно ассемблерная команда, мнемоника инструкции процессору. К ней могут быть добавлены префиксы (например, повторения, изменения типа адресации). В качестве операндов могут выступать константы, названия регистров, адреса в оперативной памяти и так далее. Различия между стандартами Intel и AT&T касаются в основном порядка перечисления операндов и их синтаксиса при разных методах адресации.

Используемые команды обычно одинаковы для всех процессоров одной архитектуры или семейства архитектур (среди широко известных - команды процессоров и контроллеров Motorola, ARM, x86). Они описываются в спецификации процессоров.

Assembly Language for x86 Processors, 7e is suitable for undergraduate courses in assembly language programming and introductory courses in computer systems and computer architecture. Proficiency in one other programming language, preferably Java, C, or C++, is recommended.

Written specifically for 32- and 64-bit Intel/Windows platform, this complete and fully updated study of assembly language teaches students to write and debug programs at the machine level. This text simplifies and demystifies concepts that students need to grasp before they can go on to more advanced computer architecture and operating systems courses. Students put theory into practice through writing software at the machine level, creating a memorable experience that gives them the confidence to work in any OS/machine-oriented environment.

Изложены принципы функционирования, особенности архитектуры и приемы программирования микроконтроллеров Atmel AVR. Приведены готовые рецепты для программирования основных функций современной микроэлектронной аппаратуры: от реакции на нажатие кнопки или построения динамической индикации до сложных протоколов записи данных во внешнюю память или особенностей подключения часов реального времени. Особое внимание уделяется обмену данными микроэлектронных устройств с персональным компьютером, приводятся примеры программ. В книге учтены особенности современных моделей AVR и сопутствующих микросхем последних лет выпуска. Приложение содержит основные параметры микроконтроллеров AVR, перечень команд и тексты программ для них, а также список используемых терминов и аббревиатур. Для учащихся, инженерно-технических работников и радиолюбителей. 3-е издание, ипсравленное.

В данной книге речь идет о работе процессора в двух его основных режимах: защищенном режиме и 64-битном, который также называют long mode («длинный режим»). Также помимо изложения принципов и механизмов работы процессора в защищенном и 64-битном режимах, речь пойдет о программировании на ассемблере в операционных системах семейства Windows, как в 32-битных, так и 64-битных версиях. Рассматривается не только разработка обычных приложений для операционных систем Windows, но и разработка драйверов на ассемблере. При написании книги уделялось большое внимание именно практической составляющей, т.е. изложение материала идет только по делу и только то, что необходимо знать любому системному и низко-уровневому программисту. Последний раздел книги посвящен принципам работы многопроцессорных систем, а также работе с расширенным программируемым контроллером прерываний (APIC).
На диске, прилагаемом к книге, находятся полные исходные коды примеров к книге, а также дополнительные программы и материалы.

Издание предназначено для системных и низкоуровневых программистов, а также для студентов и преподавателей технических специальностей высших и средне-специальных учебных заведений.

Подробно и доходчиво объясняются все основные вопросы программирования на ассемблере. Рассмотрены команды процессоров Intel, 16- и 32-разрядные регистры, основы работы с сопроцессором, сегментация памяти в реальном масштабе времени, управление клавиатурой и последовательным портом, работа с дисками и многое другое. Описано, как разработать безобидный нерезидентный вирус и антивирус против этого вируса, как написать файловую оболочку (типа Norton Commander или FAR Manager) и как писать резидентные программы.
Каждая глава состоит из объяснения новой темы, описания алгоритмов программ, многочисленных примеров и ответов на часто задаваемые вопросы. Во второе издание внесены исправления и добавлены новые примеры.
Компакт-диск содержит исходные коды всех примеров, приведенных в книге, с подробными описаниями.

Описание книги Практическое программирование микроконтроллеров Atmel AVR на языке ассемблера :
Изложены принципы функционирования, особенности архитектуры и приемы программирования микроконтроллеров Atmel AVR. Приведены готовые рецепты для программирования основных функций современной микроэлектронной аппаратуры: от реакции на нажатие кнопки или построения динамической индикации до сложных протоколов записи данных во внешнюю память или особенностей подключения часов реального времени. Особое внимание уделяется обмену данными микроэлектронных устройств с персональным компьютером, приводятся примеры программ.

В книге учтены особенности современных моделей AVR и сопутствующих микросхем последних лет выпуска. Приложения содержат основные параметры микроконтроллеров AVR, перечень команд и тексты программ для них, а также список используемых терминов и аббревиатур. Для учащихся, инженерно-технических работников и радиолюбителей.

Описание книги Assembler. Программирование на языке ассемблера IBM PC :
Один из лучших учебников по ассемблеру. Книга имеет малый объем. Очень хорошо изложены многие важнейшие темы — сегментация, прерывания, двоичная арифметика. Подробно рассмотрены команды ЭВМ, конструкции языка и методы программирования на нем. Изложение сопровождается многочисленными примерами. Как "краткий курс" пожалуй не имеет себе равных.

Книга представляет собой учебное пособие по языку ассемблер для персональных компьютеров типа IBM PC. Подробно рассмотрены команды этих ЭВМ, конструкция языка и методы программирования на нем. Изложение сопровождается многочисленными примерами. Для студентов и преподавателей ВУЗов, для всех желающих детально изучить язык ассемблер и приемы программирования на нем.

Описание книги Программирование на языке Ассемблера для микроконтроллеров семейства i8051 :
Изложены основы программирования на языке Ассемблера для популярного семейства микроконтроллеров i8051. Описаны особенности архитектуры микроконтроллеров семейства i8051. Приведены сведения о технологии разработки программ, системе и форматах команд. Книга содержит информацию о программировании некоторых типов задач, в том числе задач цифровой фильтрации сигналов, а также несколько рекомендаций о стиле программирования для начинающих программистов.

Для широкого круга специалистов, занимающихся разработкой промышленной и бытовой аппаратуры, радиолюбителей, может быть полезна студентам и аспирантам.

Описание книги Ассемблер для процессоров Intel Pentium :
Издание посвящено вопросам программирования на языке ассемблера для процессоров Intel Pentium. Рассмотрен широкий круг вопросов, начиная с основ программирования на ассемблере и заканчивая применением самых современных технологий обработки данных, таких как MMS, SSE и SSE2. Материал книги раскрывает методику оптимизации программного кода для всех поколений процессоров Intel Pentium, включая Intel Pentium 4. Теоретический материал подкреплен многочисленными примерами программного кода. Для широкого круга читателей, от студентов до опытных разработчиков программного обеспечения.

Вовсе необязательно быть хакером, чтобы писать программы на языке ассемблера. Бесспорно лишь одно – добиться полного контроля над различными компонентами компьютера без знания языка ассемблера вряд ли возможно. В настоящей книге автор в доступной форме знакомит читателей со всеми основными конструкциями языка ассемблера, демонстрируя на конкретных примерах варианты решения различных практических задач. Можно предположить, что именно подбор задач отличает различные издания по данной тематике. Ведь набор операций по сути неизменен. Особенность настоящей книги заключается в удачном сочетании формального стиля изложения с доступными для понимания примерами. С другой стороны, значительная часть материала представляет интерес для читателей, уже имеющих опыт работы с этим языком. Это касается особенностей новых архитектур процессоров, обеспечения интерфейса с языками высокого уровня и командам расширений современных процессоров. Эти темы практически не освещены в литературе, что значительно увеличивает интерес к данной книге. Содержание книги и доступный характер изложения материала позволяют рекомендовать ее для самой широкой аудитории читателей, не только решивших самостоятельно изучить язык ассемблера, но и почерпнуть дополнительную информацию по более тонким вопросам системного программирования.

Описание книги Изучаем Ассемблер :
Книга посвящена основам программирования на Ассемблере в системах Windows и DOS. Знание Ассемблера необходимо профессиональному программисту для понимания работы операционной системы и компилятора. Ассемблер позволяет написать программу (или ее часть) так, что она будет быстро выполняться и при этом занимать мало места. Это любимый язык хакеров; его знание позволяет менять по своему усмотрению программы, имея только исполнимый файл без исходных текстов. В основу изложения положены короткие примеры на ассемблере MASM фирмы Microsoft, вводящие читателя в круг основных идей языка, знание которых позволяет не только писать простые программы, но и самостоятельно двигаться дальше.

Книга рассчитана на школьников средних и старших классов, а также на всех, интересующихся программированием вообще и ассемблером в частности.

Описание книги Использование ассемблера для оптимизации программ на C++ :
Рассматривается использование языка ассемблера для оптимизации программ, написанных на языке C++. Подробно изложены вопросы применения современных технологий обработки данных ММХ и SSE, а также использования особенностей архитектур современных процессоров для оптимизации программ. Приведены практические рекомендации по оптимизации логических структур высокого уровня, использованию эффективных алгоритмов вычислений, работе со строками и массивами данных.

В книгу включены примеры программного кода приложений, иллюстрирующие различные аспекты применения ассемблера. В качестве средств разработки примеров используются макроассемблер MASM 6.14 и Microsoft Visual C++ .NET 2003. Исходные тексты программ содержатся на прилагаемом к книге компакт-диске.

	Поляков Андрей Валерьевич
	http://info-master.su
	[email protected]
	av-inf.blogspot.ru
В контакте:	vk.com/id185471101
	facebook.com/100008480927503
Страница книги:	http://av-assembler.ru/asm/afd/assembler-for-dummy.htm

ВНИМАНИЕ!

Все права на данную книгу принадлежат Полякову Андрею Валерьевичу. Никакая часть данной книги не может быть воспроизведена в какой бы то ни было форме без согласования с автором.

Информация, содержащаяся в данной книге, получена из источников, рассматриваемых автором как надёжные. Тем не менее, имея в виду возможные человеческие или технические ошибки, автор не может гарантировать абсолютную точность и полноту приводимых сведений и не несёт ответственности за возможные ошибки и ущерб, связанные с использованием этого документа.

1. РАЗРЕШЕНИЯ

Разрешается использование книги в ознакомительных и образовательных целях (только для личного использования). Разрешается бесплатное распространение книги.

2. ОГРАНИЧЕНИЯ

Запрещается использование книги в коммерческих целях (продажа, размещение на ресурсах с платным доступом и т.п.). Запрещается вносить изменения в текст книги. Запрещается присваивать авторство.

См. также ЛИЦЕНЗИОННОЕ СОГЛАШЕНИЕ .

Поляков А.В.

Ассемблер для чайников

Поляков А.В. Ассемблер для чайников.
ПРЕДИСЛОВИЕ................................................................................................................................................................
ВВЕДЕНИЕ.......................................................................................................................................................................
НЕМНОГО О ПРОЦЕССОРАХ .......................................................................................................................................................
1. БЫСТРЫЙ СТАРТ.........................................................................................................................................................
1.1. ПЕРВАЯ ПРОГРАММА .........................................................................................................................................................
1.1.1. Emu8086................................................................................................................................................................
1.1.2. Debug ..................................................................................................................................................................
1.1.3. MASM, TASM и WASM........................................................................................................................................
1.1.3.1. Ассемблирование в TASM .............................................................................................................................................
1.1.3.2. Ассемблирование в MASM............................................................................................................................................
1.1.3.3. Ассемблирование в WASM............................................................................................................................................
1.1.3.4. Выполнение программы...............................................................................................................................................
1.1.3.5. Использование BAT-файлов..........................................................................................................................................
1.1.4. Шестнадцатеричный редактор....................................................................................................................
Резюме..........................................................................................................................................................................
2. ВВЕДЕНИЕ В АССЕМБЛЕР..........................................................................................................................................
2.1. КАК УСТРОЕН КОМПЬЮТЕР ...............................................................................................................................................
2.1.1. Структура процессора....................................................................................................................................
2.1.2. Регистры процессора.......................................................................................................................................
2.1.3. Цикл выполнения команды..............................................................................................................................
2.1.4. Организация памяти........................................................................................................................................
2.1.5. Реальный режим...............................................................................................................................................
2.1.6. Защищённый режим.........................................................................................................................................
2.2. СИСТЕМЫ СЧИСЛЕНИЯ .....................................................................................................................................................
2.2.1. Двоичная система счисления..........................................................................................................................
2.2.2. Шестнадцатеричная система счисления.....................................................................................................
2.2.3. Другие системы................................................................................................................................................
2.3. ПРЕДСТАВЛЕНИЕ ДАННЫХ В ПАМЯТИ КОМПЬЮТЕРА .............................................................................................................
2.3.1. Положительные числа.....................................................................................................................................
2.3.2. Отрицательные числа.....................................................................................................................................
2.3.3. Что такое переполнение.................................................................................................................................
2.3.4. Регистр флагов.................................................................................................................................................
2.3.5. Коды символов...................................................................................................................................................
2.3.6. Вещественные числа........................................................................................................................................
2.3.6.1. Первая попытка..............................................................................................................................................................
2.3.6.2. Нормализованная запись числа....................................................................................................................................
2.3.6.3. Преобразование дробной части в двоичную форму..................................................................................................
2.3.6.4. Представление вещественных чисел в памяти компьютера......................................................................................
2.3.6.5. Числа с фиксированной точкой.....................................................................................................................................
2.3.6.6. Числа с плавающей точкой............................................................................................................................................
ЛИЦЕНЗИОННОЕ СОГЛАШЕНИЕ...................................................................................................................................

ПРЕДИСЛОВИЕ

Ассемблер – это магическое слово взывает благоговейный трепет у начинающих программистов. Общаясь между собой, они обязательно говорят о том, что где-то у кого-то есть знакомый «чувак», который может читать исходные коды на языке ассемблера как книжный текст. При этом, как правило, язык ассемблера воспринимается как нечто недоступное простым смертным.

Отчасти это действительно так. Можно выучить несколько простых команд и даже написать какую-нибудь программку, но настоящим гуру (в любом деле) можно стать только в том случае, когда человек очень хорошо знает теоретические основы и понимает, что и зачем он делает.

Есть другая крайность – бывалые программисты на языках высокого уровня убеждены, что язык ассемблера – это пережиток прошлого. Да, средства разработки за последние 20 лет шагнули далеко вперёд. Теперь можно написать простенькую программу вообще не зная ни одного языка программирования. Однако не стоит забывать о таких вещах, как, например, микроконтроллеры. Да и в компьютерном программировании некоторые задачи проще и быстрее решить с помощью языка ассемблера.

Данная книга предназначена для тех, кто уже имеет навыки программирования на языке высокого уровня, но хотел бы перейти «ближе к железу» и разобраться с тем, как выполняются команды процессора, как происходит распределение памяти, как управляются разные «железяки» типа дисководов и т.п.

Книга разбита на несколько разделов. Первый раздел – быстрый старт. Здесь очень кратко описаны основные принципы программирования на языке Ассемблера, сами ассемблеры (компиляторы) и методы работы с ассемблерами. Если вы уверенно себя чувствуете в программировании на высоком уровне, но хотели бы освоить азы низкоуровневого программирования, то, быть может, вам будет достаточно прочитать только этот раздел.

Второй раздел описывает такие вещи, как системы исчисления, представления данных в памяти компьютера и т.п., то есть вещи, которые непосредственно к программированию не относятся, но без которых профессиональное программирование невозможно. Также во втором разделе более подробно рассматриваются общие принципы программирования на языке Ассемблера.

Остальные разделы описывают некоторые конкретные примеры программирования на языке Ассемблера, содержат справочные материалы и т.п.

Основы программирования вообще в этой книге не описаны, поэтому для начинающих настоятельно рекомендую ознакомиться с книгой Как стать программистом , где разъяснены «на пальцах» общие принципы программирования и подробно рассмотрены примеры создания простых программ от программ для компьютеров до программ для станков с ЧПУ.

ВВЕДЕНИЕ

Для начала разберёмся с терминологией.

Машинный код – система команд конкретной вычислительной машины (процессора), которая интерпретируется непосредственно процессором. Команда, как правило, представляет собой целое число, которое записывается в регистр процессора. Процессор читает это число и выполняет операцию, которая соответствует этой команде. Популярно это описано в книгеКак стать программистом .

Язык программирования низкого уровня (низкоуровневый язык программирования) – это язык программирования, максимально приближённый к программированию в машинных кодах. В отличие от машинных кодов, в языке низкого уровня каждой команде соответствует не число, а сокращённое название команды (мнемоника). Например, команда ADD – это сокращение от слова ADDITION (сложение). Поэтому использование языка низкого уровня существенно упрощает написание и чтение программ (по сравнению с программированием в машинных кодах). Язык низкого уровня привязан к конкретному процессору. Например, если вы написали программу на языке низкого уровня для процессора PIC, то можете быть уверены, что она не будет работать с процессором AVR.

Язык программирования высокого уровня – это язык программирования, максимально приближённый к человеческому языку (обычно к английскому, но есть языки программирования на национальных языках, например, язык 1С основан на русском языке). Язык высокого уровня практически не привязан ни к конкретному процессору, ни к операционной системе (если не используются специфические директивы).

Язык ассемблера – это низкоуровневый язык программирования, на котором вы пишите свои программы. Для каждого процессора существует свой язык ассемблера.

Ассемблер – это специальная программа, которая преобразует (ассемблирует, то есть собирает) исходные тексты вашей программы, написанной на языке ассемблера, в исполняемый файл (файл с расширением EXE или COM). Если быть точным, то для создания исполняемого файла требуются дополнительные программы, а не только ассемблер. Но об этом позже…

В большинстве случаев говорят «ассемблер», а подразумевают «язык ассемблера». Теперь вы знаете, что это разные вещи и так говорить не совсем правильно. Хотя все программисты вас поймут.

В отличие от языков высокого уровня, таких, как Паскаль , Бейсик и т.п., для КАЖДОГО АССЕМБЛЕРА существует СВОЙ ЯЗЫК АССЕМБЛЕРА. Это правило в корне отличает язык ассемблера от языков высокого уровня. Исходные тексты программы (или просто «исходники»), написанной на языке высокого уровня, вы в большинстве случаев можете откомпилировать разными компиляторами для разных процессоров и разных операционных систем. С ассемблерными исходниками это сделать будет намного сложнее. Конечно, эта разница почти не ощутима для разных ассемблеров, которые предназначены для одинаковых процессоров. Но в том то и дело, что для КАЖДОГО ПРОЦЕССОРА существует СВОЙ АССЕМБЛЕР и СВОЙ ЯЗЫК АССЕМБЛЕРА. В этом смысле программировать на языках высокого уровня гораздо проще. Однако за все удовольствия надо платить. В случае с языками высокого уровня мы можем столкнуться с такими вещами как больший размер исполняемого файла, худшее быстродействие и т.п.

В этой книге мы будем говорить только о программировании для компьютеров с процессорами Intel (или совместимыми). Для того чтобы на практике проверить приведённые

в книге примеры, вам потребуются следующие программы (или хотя бы некоторые из них):

1. Emu8086 . Хорошая программа, особенно для новичков. Включает в себя редактор исходного кода и некоторые другие полезные вещи. Работает в Windows, хотя программы пишутся под DOS. К сожалению, программа стоит денег (но оно того стоит))). Подробности см. на сайтеhttp://www.emu8086.com .

2. TASM – Турбо Ассемблер от фирмы Borland. Можно создавать программы как для DOS так и для Windows. Тоже стоит денег и в данный момент уже не поддерживается (да и фирмы Borland уже не существует). А вообще вещь хорошая.

3. MASM – Ассемблер от компании Microsoft (расшифровывается как МАКРО ассемблер, а не Microsoft Assembler, как думают многие непосвящённые). Пожалуй, самый популярный ассемблер для процессоров Intel. Поддерживается до сих пор. Условно бесплатная программа. То есть, если вы будете покупать её отдельно, то она будет стоить денег. Но она доступна бесплатно подписчикам MSDN и входит в пакет программ Visual Studio от Microsoft.

4. WASM – ассемблер от компании Watcom. Как и все другие, обладает преимуществами и недостатками.

5. Debug - обладает скромными возможностями, но имеет большой плюс - входит в стандартный набор Windows. Поищите ее в папке WINDOWS\COMMAND или WINDOWS\SYSTEM32. Если не найдете, тогда в других папках каталога WINDOWS.

6. Желательно также иметь какой-нибудь шестнадцатеричный редактор . Не помешает и досовский файловый менеджер, например Волков Коммандер (VC) или Нортон Коммандер (NC). С их помощью можно также посмотреть шестнадцатеричные коды файла, но редактировать нельзя. Бесплатных шестнадцатеричных редакторов в Интернете довольно много. Вот один из них:McAfee FileInsight v2.1 . Этот же редактор можно использовать для работы с исходными текстами программ. Однако мне больше нравится делать это с помощью следующего редактора:

7. Текстовый редактор . Необходим для написания исходных текстов ваших программ. Могу порекомендовать бесплатный редакторPSPad , который поддерживает множество языков программирования, в том числе и язык Ассемблера.

Все представленные в этой книге программы (и примеры программ) проверены на работоспособность. И именно эти программы используются для реализации примеров программ, приведённых в данной книге.

И еще – исходный код, написанный, например для Emu8086, будет немного отличаться от кода, написанного, например, для TASM. Эти отличия будут оговорены.

Большая часть программ, приведённых в книге, написана для MASM. Во-первых, потому что этот ассемблер наиболее популярен и до сих пор поддерживается. Во-вторых, потому что он поставляется с MSDN и с пакетом программ Visual Studio от Microsoft. Ну и в третьих, потому что я являюсь счастливым обладателем лицензионной копии MASM.

Если же у вас уже есть какой-либо ассемблер, не вошедший в перечисленный выше список, то вам придётся самостоятельно разобраться с его синтаксисом и почитать руководство пользователя, чтобы научиться правильно с ним работать. Но общие рекомендации, приведённые в данной книге, будут справедливы для любых (ну или почти для любых) ассемблеров.

Немного о процессорах

Процессор – это мозг компьютера. Физически это специальная микросхема с несколькими сотнями выводов, которая вставляется в материнскую плату. Если вы с трудом представляете себе, что это такое, рекомендую ознакомиться со статьёй Чайникам о компьютерах .

Процессоров существует довольно много даже в мире компьютеров. Но кроме компьютеров ещё есть телевизоры, стиральные машины, кондиционеры, системы управления двигателями внутреннего сгорания и т.п., где также очень широко используются процессоры (микропроцессоры, микроконтроллеры).

Каждый процессор обладает своим набором регистров. Регистры процессора – это такие специальные ячейки памяти, которые находятся непосредственно в микросхеме процессора. Регистры используются для разных целей (более подробно о регистрах будет написано ниже).

Каждый процессор имеет свой набор команд. Команда процессора записывается в определённый регистр, и тогда процессор выполняет эту команду. О командах процессора и регистрах мы будем говорить много и часто на протяжении всей книги. Для начинающих рекомендую книгу Как стать программистом , где в самых общих чертах, но зато понятным языком рассказано о принципах выполнения программы компьютером.

Что такое команда с точки зрения процессора? Это просто число. Однако современные процессоры могут иметь несколько сотен команд. Запомнить все их будет сложно. Как же тогда писать программы? Для упрощения работы программиста был придуман язык Ассемблера , где каждой команде соответствует мнемонический код. Например, число4 соответствует мнемоникеADD . Иногда язык ассемблера ещё называют языком мнемонических команд.

1. БЫСТРЫЙ СТАРТ

1.1. Первая программа

Обычно в качестве первого примера приводят программу, которая выводит на экран строку «Hello World!». Однако для человека, который только начал изучать Ассемблер, такая программа будет слишком сложной (вы будете смеяться, но это действительно так – особенно в условиях отсутствия доходчивой информации). Поэтому наша первая программа будет еще проще – мы выведем на экран только один символ – английскую букву «A». И вообще – если вы уж решили стать программистом – срочно установите по умолчанию английскую раскладку клавиатуры. Тем более что некоторые ассемблеры и компиляторы не воспринимают русские буквы. Итак, наша первая программа будет выводить на экран английскую букву «А». Далее мы рассмотрим создание такой программы с использованием различных ассемблеров.

Если вы скачали и установили эмулятор процессора 8086 (см. раздел «ВВЕДЕНИЕ »), то вы можете использовать его для создания ваших первых программ на языке ассемблера. На текущий момент (ноябрь 2011 г) доступна версия программы 4.08. Справку на русском языке вы можете найти здесь:http://www.avprog.narod.ru/progs/emu8086/help.html .

Программа Emu8086 платная. Однако в течение 30 дней вы можете использовать её для ознакомления бесплатно.

Итак, вы скачали и установили программу Emu8086 на свой компьютер. Запускаем её и создаём новый файл через меню FILE – NEW – COM TEMPLATE (Файл – Новый – Шаблон файла COM). В редакторе исходного кода после этого мы увидим следующее:

Рис. 1.1. Создание нового файла в Emu8086.

Здесь надо отметить, что программы, создаваемые с помощью Ассемблеров для компьютеров под управлением Windows, бывают двух типов: COM и EXE. Отличия между этими файлами мы рассмотрим позже, а пока вам достаточно знать, что на первое время мы будем создавать исполняемые файлы с расширением COM, так как они более простые.

После создания файла в Emu8086 описанным выше способом в редакторе исходного кода вы увидите строку «add your code hear» - «добавьте ваш код здесь» (рис. 1.1). Эту строку мы удаляем и вставляем вместо неё следующий текст:

Таким образом, полный текст программы будет выглядеть так:

Кроме этого в верхней части ещё имеются комментарии (на рис. 1.1 – это текст зелёного цвета). Комментарий в языке Ассемблера начинается с символа ; (точка с запятой) и продолжается до конца строки. Если вы не знаете, что такое комментарии и зачем они нужны, см. книгуКак стать программистом . Как я уже говорил, здесь мы не будем растолковать азы программирования, так как книга, которую вы сейчас читаете, рассчитана на людей, знакомых с основами программирования.

Также отметим, что регистр символов в языке ассемблера роли не играет. Вы можете написать RET ,ret илиRet – это будет одна и та же команда.

Вы можете сохранить этот файл куда-нибудь на диск. Но можете и не сохранять. Чтобы выполнить программу, нажмите кнопку EMULATE (с зелёным треугольником) или клавишу F5. Откроется два окна: окно эмулятора и окно исходного кода (рис. 1.2).

В окне эмулятора отображаются регистры и находятся кнопки управления программой. В окне исходного кода отображается исходный текст вашей программы, где подсвечивается строка, которая выполняется в данный момент. Всё это очень удобно для изучения и отладки программ. Но нам это пока не надо.

В окне эмулятора вы можете запустить вашу программу на выполнение целиком (кнопка RUN) либо в пошаговом режиме (кнопка SINGLE STEP). Пошаговый режим удобен для отладки. Ну а мы сейчас запустим программу на выполнение кнопкой RUN. После этого (если вы не сделали ошибок в тексте программы) вы увидите сообщение о завершении программы (рис. 1.3). Здесь вам сообщают о том, что программа передала управление операционной системе, то есть программа была успешно завершена. Нажмите кнопку ОК в этом окне и вы увидите, наконец, результат работы вашей первой программы на языке ассемблера (рис.

Рис. 1.2. Окно эмулятора Emu8086.

Рис. 1.3. Сообщение о завершении программы.

Рис. 1.4. Ваша первая программа выполнена.

В современных операционных система задания по ВССиТ выполнять, мягко говоря проблематично. Для написания контрольных, да и просто освоения начальных навыков необходимо разобраться с компилятором MASM или TASM которые работают из под DOS.
Сами компиляторы, линковщики и все другие приблуды можно найти, например, на http://kalashnikoff.ru/ или http://www.wasm.ru/ . А тут будет рассказываться о том, что ближе к телу.

Необходимые инструменты и их настройка.

И так, что нам нужно. Нам нужен эмулятор DOS-терминала и компилятор. Компилятор я выбрал MASM 6.11, так как им до этого пользовался, и кое что в моей памяти уже было.Как DOS-эмулятор я советую DOSBox. Версии есть и под Windows и под Linux. Под Linux его можно установить из стандартного репозитория. Для Ubuntu:
$sudo apt-get install dosbox или из Центра приложений.
После запуска вы увидите экран с приглашением:
Z:\> Смонтируйте диск C:\ для этого наберите:
Z:\>mount c /home/user/folder_prodject И перейдите в неё:
Z:\>c: командой dir вы сможете посмотреть содержание директории, а командой cd имя_директории перейти в другую папку находящуюся в точке монтирования или в её подпапках.
Пример на моем проекте:

Если вы работаете много в DOS-эмуляторе, то такой способ может оказаться не очень удобным. Но моно настроить автоматическое монтирование диска C:\
Открываем /home/user/.dosbox/dosbox-0.74.conf в редакторе, и ищем строки:
# Lines in this section will be run at startup. # Yju can put your MOUNT lines here. и пишем тут что-то типа:
mount C /home/user/asm PATH=%PATH%;C:\masm611\bin\ C: При старте будет монтироваться C:\ диск в /home/user/asm, при этом эта директория должна существовать. PATH назначает пути поиска программ, это нужно что бы нам не мусорить в одной директории, а была возможность разнести компилятор и проект в разные. В конце стоит C: что бы DOSBox самостоятельно переводил нас на диск C:\ и берег наши телодвижения.

На последнем рисунке показана команда cd и dir, обратите внимание на то как отражаются имена файлов написанных русскими буквами. Возможно это и лечиться, но нужно ли это нам? И не забывайте, что MS-DOS использовал название файлов в формате 8.3. То есть, на имя отводилось 8 символов, потом шла точка (.), а затем расширение файла. При других названиях тоже могут возникнуть проблемы.

Как использовать MASM 6.11.

Теперь разберем как нам компилировать код, который мы напишем.
C:\>ml /с имя_файла.asm получим файл имя_файла.obj Ключ /c говорит компилятору не проводить линковку.
C:\>link имя_файла.obj получим исполняемый файл.
Но можно сделать всё быстрее:
C:\>ml имя_файла.asm /AT При этом мы получим и.obj файл и исполняемый.com. Флаг /AT говорит компилятору вызвать линковщик и передает ему флаг /T который обозначает модель TINY.
Ещё часто бывает нужен файл листинга программы, для этого используйте ключ /Fl:
C:\>ml имя_файла.asm /Fl Файл листинга будет записан в имя_файла.lst

Пишем программку.

Всё, на этом самое сложное закончилось. Теперь начинаем писать программу на ассемблере.
Так как в задачах часто просят вывести решение формул на экран, то и будем разбирать подобный пример. Сумма делений с x= от 1 до 10:

Основные команды которые будем использовать

Регистры, ох уж эти регистры. Краткий экскурс.

Сейчас, что бы начать читать код, достаточно знать регистры общего назначения:
Они могут быть 8 битные (например, al, ah), 16 битные (например, ax) и 32 битные (например, eax).
Все 16 битные регистры делятся на на младший и старший, например, ax делиться на al и ah. Делиться значит состоит, а не математическое действие.
eax, ax, al - очень часто выступают как приёмник значений, например, при умножении и делении.
ebx, bx. bl, bh - свободный регистр, который можно использовать в хвост и гриву.
edx, dx - часто используется для пересылки дополнительной информации или остатка от деления.
ecx, cx - называется счетчик, используется в циклах.
Всё остальное в комментариях программы. Кстати точка с запятой (;) используется как команда начать комментарий, и всё что написано за ней в строке не интерпретируется компилятором

Тренируемся

Первое что нам нужно - это разложить наш пример на простые составляющие, что бы составить алгоритм. К примеру: x в кубе - это x*x*x. Вспоминаем: умножение это mul, то есть мы можем это записать:
mov ax,1 ; присвоили значение mul ax ; умножили первый раз, то есть возвели в квадрат mul ax ; умножили второй раз, то есть возвели в куб Вот, так пошагово это и происходит.

А теперь сам листинг решения примера:

.MODEL tiny ; задаём модель в данном случае.com .CODE .486 ; указываем модель процессора org 100h ; выделяем память start: mov ecx,10 ; задаём количество циклов. 10 потому, что у нас x от 1 до 10 Lb1: ; устанавливаем метку для цикла mov eax,11 ; находим х sub eax,ecx ; x=11-число циклов (1, 2, 3... 11-1=10) push ecx ; сохраним в стеке сх для использования в цикле push eax ; сохраним в стеке ax что бы больше не высчитывать его mul eax ; x^2 (^ - будет означать "в степени") mov ecx,eax ; сохраним eax в ecx потом отнимать нужно будет mov ebx,3 ; ebx = 3 mul ebx ; 3x^2 sub eax,1 ; 3x^2-1 mov ebx,eax ; сохраняем eax в ebx потом понадобиться pop eax ; восстанавливаем eax так как уже нужен eax опять = x push ebx ; и сохраняем ebx так как потом понадобиться mov ebx,eax ; ebx = eax mov eax,ecx ; помните ecx=x^2, теперь eax = ecx, но можно было просто перемножать mul ebx ; eax = x^3 mov ebx,4 ; ebx = 4 mul ebx ; eax = 4x^3 sub eax,ecx ; eax = 4x^3-x^2 add eax,2 ; eax = 4x^3-x^2+2 pop ebx ; восстанавливаем ebx mov a,eax ; делимое (a - это переменная) mov z,ebx ; делитель (z - это тоже переменная) описаны в конце программы finit ; инициализируем сопроцессор fld a ; делимое в сопроцессор fdiv z ; проводим деление в сопроцессоре call tEnter ; это вызов функции которая переводит строку call pFloat ; выводим результат деления в консоль @4: fadd t ; добавляем предыдущий результат деления, для получения суммы; значений функции (t - это переменная) fst t ; запоминаем сумму в переменной pop ecx ; вынимаем ecx из памяти для корректной работы цикла loop Lb1 ; переходим на метку Lb1 пока ecx не станет равным нулю call pEnter ; это вызов функции которая переводит строку call pFloat ; выводим sum((4x^3-x^2+2)/(3x^2-1)) при x от 1 до 10 с шагом 1 int 20h ; Завершение работы программы (это называется; вызвать прерывание 20h) ret ; конец блока; дальше начинается настоящее колдовство;выводит целое число pInt: pushad ; сохраняем все регистры mov bx,sp ; bx = sp mov byte ptr ss:,"$" ; символ конца строки @1:cdq ; метка цикла. и команда cdq копирует знаковый бит регистра eax на; все биты регистра edx div ecx ; делим число на основание edx - остаток, eax - частное add dl,"0" ; преобразование в ASCII dec bx ; уменьшаем bx на 1 mov ss:,dl ; добавляем в стоку перед предыдущим test eax,eax ; проверяем есть ли в eax ещё что-нибудь jne @1 ; если есть повторяем цикл mov ax,ss ; выводим строку на экран mov ds,ax ; ds = ax dec bx ; уменьшаем bx на 1 mov dx,bx ; dx = bx xchg sp,bx ; если не обменять вылезет мусор mov ah,9 ; номер функции прерывания int 21h ; вызываем прерывание xchg sp,bx ; если не обменять программа завершиться popad ; восстанавливаем данные из стека ret ;выводит число pFloat: pushad ; сохраняем все регистры mov ecx,10 ; задаём основание системы счисления push ecx ; сохраняем основание mov bp,sp ; bp = sp fst dword ptr ss: ; выводим из сопроцессора как двойное слово в регистр ss xor eax,eax ; обнуляем eax (xor бинарное или) mov edx,ss: ; edx = ss: shl edx,1 ; сдвигаем в edx все биты на 1 влево mov ecx,edx ; ecx = edx shr ecx,24 ; сдвигаем в ecx все биты в право на 24 sub cx,126 ; вычитаем их cx 126 - Порядок (экспонента) shl edx,7 ; сдвигаем edx влево на 7 or edx,80000000h ; значащие биты (мантисса) shld eax,edx,cl ; eax - целая часть shl edx,cl ; edx - дробная часть pop ecx ; сохраняем ecx call pInt ; выводим на экран целую часть;выводим на экран дробную часть xchg eax,edx ; обмениваемся значениями cdq ; преобразуем двойное слово в четверное sub bp,28 ; вычитаем из bp 28 mov byte ptr ss:,"." ; добавляем разделитель десятичной дроби @2:mul ecx ; умножаем на основание 10 add dl,"0" ; преобразование в ASCII inc bp ; увеличиваем bp на единицу mov ss:,dl ; добавляем в строку test eax,eax ; проверяем есть ли ещё знаки после запятой jne @2 ; да? повторяем цикл mov byte ptr ss:,"$" ; нет? добавляем знак конца строки, иначе выведет мусор sub sp,32 ; приводим строку в нормальное состояние push ss pop ds mov dx,sp ; помещаем в dx откуда её и будем печатать mov ah,9 ; функция прерывания прерывания int 21h ; вызов прерывания call nEnter ; вызов функции перевода строки add sp,32 ; восстанавливаем sp popad ; восстанавливаем регистры ret ;вспомогательная функция - переводит строку nEnter: pushad mov dx,offset str0 mov ah,9 int 21h popad ret ;вспомогательная функция, печатает строку "Temp rezult:" tEnter: pushad mov dx,offset str1 mov ah,9 int 21h popad ret ;вспомогательная функция, печатает строку "Result:" pEnter: pushad mov dx,offset strE mov ah,9 int 21h popad ret ;переменные a dd ? z dd ? t dd 0 str0 db 10,13,"$" str1 db "Temp result: ","$" strE db 10,13,"Result: ","$" end start ; конец программы

Программирование на языке ассемблера

В данной части курса рассматриваются основы программирования на языке ассемблера для архитектуры Win32.

Все процессы в машине на самом низком, аппаратном уровне приводятся в действие только командами (инструкциями) машинного языка. Язык ассемблера – это символическое представление машинного языка . Ассемблер позволяет писать короткие и быстрые программы. Однако этот процесс чрезвычайно трудоёмкий. Для написания максимально эффективной программы необходимо хорошее знание особенностей команд языка ассемблера, внимание и аккуратность. Поэтому реально на языке ассемблера пишутся в основном программы, которые должны обеспечить эффективную работу с аппаратной частью. Также на языке ассемблера пишутся критичные по времени выполнения или расходованию памяти участки программы. Впоследствии они оформляются в виде подпрограмм и совмещаются с кодом на языке высокого уровня.

1. Регистры

Регистры – это специальные ячейки памяти, расположенные непосредственно в процессоре. Работа с регистрами выполняется намного быстрее, чем с ячейками оперативной памяти, поэтому регистры активно используются как в программах на языке ассемблера, так и компиляторами языков высокого уровня.

Регистры можно разделить на регистры общего назначения ,указатель команд ,регистр флагов и сегментные регистры .

1.1. Регистры общего назначения

К регистрам общего назначения относится группа из 8 регистров, которые можно использовать в программе на языке ассемблера. Все регистры имеют размер 32 бита и могут быть разделены на 2 или более частей.

Как видно из рисунка, регистры ESI, EDI, ESP и EBP позволяют обращаться к младшим 16 битам по именам SI, DI, SP и BP соответственно, а регистры EAX, EBX, ECX и EDX позволяют обращаться как к младшим 16 битам (по именам AX, BX, CX и DX), так и к двум младшим байтам по отдельности (по именам AH/AL, BH/BL, CH/CL и

Названия регистров происходят от их назначения:

EAX/AX/AH/AL (accumulator register) – аккумулятор;

EBX/BX/BH/BL (base register ) –регистр базы;

ECX/CX/CH/CL (counter register) – счётчик;

EDX/DX/DH/DL (data register ) – регистр данных;

ESI/SI (source index register ) – индекс источника;

EDI/DI (destination index register ) – индекс приёмника (получателя);

ESP/SP (stack pointer register ) – регистр указателя стека;

EBP/BP (base pointer register ) – регистр указателя базы кадра стека.

Несмотря на существующую специализацию, все регистры можно использовать в любых машинных операциях. Однако надо учитывать тот факт, что некоторые команды работают только с определёнными регистрами. Например, команды умножения и деления используют регистры EAX и EDX для хранения исходных данных и результата операции. Команды управления циклом используют регистр ECX в качестве счётчика цикла.

Ещё один нюанс состоит в использовании регистров в качестве базы , т.е. хранилища адреса оперативной памяти. В качестве регистров базы можно использовать любые регистры, но желательно использовать регистры EBX, ESI, EDI или EBP. В этом случае размер машинной команды обычно бывает меньше.

К сожалению, количество регистров катастрофически мало, и зачастую бывает трудно подобрать способ их оптимального использования.

1.2. Указатель команд

Регистр EIP (указатель команд ) содержит смещение следующей подлежащей выполнению команды. Этот регистр непосредственно недоступен программисту, но загрузка и изменение его значения производятся различными командами управления, к которым относятся команды условных и безусловных переходов, вызова процедур и возврата из процедур.

1.3. Регистр флагов

Флаг – это бит, принимающий значение 1 («флаг установлен»), если выполнено некоторое условие, и значение 0 («флаг сброшен») в противном случае. Процессор имеетрегистр флагов , содержащий набор флагов, отражающий текущее состояние процессора.

Обозначение

Название

Флаг перено

								Зарезервиро
								Флаг чётност
								Зарезервиро
					Auxiliary Carry Flag			Вспомогател
								Зарезервиро
								Флаг нуля
								Флаг знака
								Флаг трассир
					Interrupt Enable Flag			Флаг разреш
								Флаг направ
								Флаг перепо
					I/O Privilege Level			Уровень при
								Флаг вложен
								Зарезервиро
								Флаг возобн
					Virtual-8086 Mode			Режим вирту
								Проверка вы
					Virtual Interrupt Flag			Виртуальны
					Virtual Interrupt Pending			Ожидающее
								Проверка на
								Зарезервиро

Значение флагов CF, DF и IF можно изменять напрямую в регистре флагов с помощью специальных инструкций (например, CLD для сброса флага направления), но нет инструкций, которые позволяют обратиться к регистру флагов как к обычному регистру. Однако можно сохранять

регистр флагов в стек или регистр AH и восстанавливать регистр флагов из них с помощью инструкций LAHF ,SAHF ,PUSHF ,PUSHFD ,POPF иPOPFD .

1.3.1. Флаги состояния

Флаги состояния (биты 0, 2, 4, 6, 7 и 11) отражают результат выполнения арифметических инструкций, таких как ADD ,SUB ,MUL ,DIV .

Флаг переноса CF устанавливается при переносе из старшего значащего бита/заёме в старший значащий бит и показывает наличие переполнения в беззнаковой целочисленной арифметике. Также используется в длинной арифметике.

Флаг чётности PF устанавливается, если младший значащий байт результата содержит чётное число единичных битов. Изначально этот флаг был ориентирован на использование в коммуникационных программах: при передаче данных по линиям связи для контроля мог также передаваться бит чётности и инструкции для проверки флага чётности облегчали проверку целостности данных.

Вспомогательный флаг переноса AF устанавливается при переносе из бита 3-го результата/заёме в 3-ий бит результата. Этот флаг ориентирован на использование в двоично-десятичной (binary coded decimal, BCD) арифметике.

Флаг нуля ZF устанавливается, если результат равен нулю.

Флаг знака SF равен значению старшего значащего бита результата, который является знаковым битом в знаковой арифметике.

Флаг переполнения OF устанавливается, если целочисленный результат слишком длинный для размещения в целевом операнде (регистре или ячейке памяти). Этот флаг показывает наличие переполнения в знаковой целочисленной арифметике.

Из перечисленных флагов только флаг CF можно изменять напрямую с помощью инструкций STC ,CLC иCMC .

Флаги состояния позволяют одной и той же арифметической инструкции выдавать результат трёх различных типов: беззнаковое, знаковое и двоично-десятичное (BCD) целое число. Если результат считать беззнаковым числом, то флаг CF показывает условие переполнения (перенос или заём), для знакового результата перенос или заём показывает флаг OF, а для BCD-результата перенос/заём показывает флаг AF. Флаг SF отражает знак знакового результата, флаг ZF отражает и беззнаковый, и знаковый нулевой результат.

В длинной целочисленной арифметике флаг CF используется совместно с инструкциями сложения с переносом (ADC ) и вычитания с заёмом (SBB ) для распространения переноса или заёма из одного вычисляемого разряда длинного числа в другой.

Инструкции		условного	перехода Jcc (переход
условию cc ),SETcc (установить			значение	байта-результата
зависимости		условия cc ),LOOPcc (организация
и CMOVcc (условное		копирование)	используют	один или несколько

флагов состояния для проверки условия. Например, инструкция перехода JLE (jump if less or equal – переход, если «меньше или равно») проверяет условие «ZF = 1 или SF ≠ OF».

Флаг PF был введён для совместимости с другими микропроцессорными архитектурами и по прямому назначению используется редко. Более распространено его использование совместно с остальными флагами состояния в арифметике с плавающей запятой: инструкции сравнения (FCOM ,FCOMP и т. п.) в математическом сопроцессоре устанавливают в нём флаги-условия C0, C1, C2 и C3, и эти флаги можно скопировать в регистр флагов. Для этого рекомендуется использовать инструкциюFSTSW AX для сохранения слова состояния сопроцессора в регистре AX и инструкциюSAHF для последующего копирования содержимого регистра AH в младшие 8 битов регистра флагов, при этом C0 попадает во флаг CF, C2 – в PF, а C3 – в ZF. Флаг C2 устанавливается, например, в случае несравнимых аргументов (NaN или неподдерживаемый формат) в инструкции сравненияFUCOM .

1.3.2. Управляющий флаг

Флаг направления DF (бит 10 в регистре флагов) управляет строковыми инструкциями (MOVS ,CMPS ,SCAS ,LODS иSTOS ) – установка флага заставляет уменьшать адреса (обрабатывать строки от старших адресов к младшим), обнуление заставляет увеличивать адреса. ИнструкцииSTD иCLD соответственно устанавливают и сбрасывают флаг DF.

1.3.3. Системные флаги и поле IOPL

Системные флаги и поле IOPL управляют операционной средой и не предназначены для использования в прикладных программах.

Флаг разрешения прерываний IF – обнуление этого флага запрещает отвечать на маскируемые запросы на прерывание.

Флаг трассировки TF – установка этого флага разрешает пошаговый режим отладки, когда после каждой выполненной

инструкции происходит прерывание программы и вызов специального обработчика прерывания.

Поле IOPL показывает уровень приоритета ввода-вывода исполняемой программы или задачи: чтобы программа или задача могла выполнять инструкции ввода-вывода или менять флаг IF, её текущий уровень приоритета (CPL) должен быть ≤ IOPL.

Флаг вложенности задач NT – этот флаг устанавливается, когда текущая задача «вложена» в другую, прерванную задачу, и сегмент состояния TSS текущей задачи обеспечивает обратную связь с TSS предыдущей задачи. Флаг NT проверяется инструкцией IRET для определения типа возврата – межзадачного или внутризадачного.

Флаг возобновления RF используется для маскирования ошибок отладки.

VM – установка этого флага в защищённом режиме вызывает переключение в режим виртуального 8086.

Флаг проверки выравнивания AC – установка этого флага вместе с битом AM в регистре CR0 включает контроль выравнивания операндов при обращениях к памяти: обращение к невыравненному операнду вызывает исключительную ситуацию.

VIF – виртуальная копия флага IF; используется совместно с флагом VIP.

VIP – устанавливается для указания наличия отложенного прерывания.

ID – возможность программно изменить этот флаг в регистре флагов указывает на поддержку инструкции CPUID.

1.4. Сегментные регистры

Процессор имеет 6 так называемых сегментных регистров: CS, DS, SS, ES, FS и GS. Их существование обусловлено спецификой организации и использования оперативной памяти.

16-битные регистры могли адресовать только 64 Кб оперативной памяти, что явно недостаточно для более или менее приличной программы. Поэтому память программе выделялась в виде несколькихсегментов , которые имели размер 64 Кб. При этомабсолютные адреса были 20-битными, что позволяло адресовать уже 1 Мб оперативной памяти. Возникает вопрос – как имея 16-битные регистры хранить 20-битные адреса? Для решения этой задачи адрес разбивался набазу исмещение . База – это адрес начала сегмента, а смещение – это номер байта внутри сегмента. На адрес начала сегмента накладывалось ограничение – он должен был быть кратен 16. При этом последние 4 бита были равны 0 и не хранились, а подразумевались. Таким образом, получались две 16-битные части адреса. Для получения

абсолютного адреса к базе добавлялись четыре нулевых бита, и полученное значение складывалось со смещением.

Сегментные регистры использовались для хранения адреса начала сегмента кода (CS – code segment),сегмента данных (DS – data segment) исегмента стека (SS – stack segment). Регистры ES, FS и GS были добавлены позже. Существовало несколько моделей памяти, каждая из которых подразумевала выделение программе одного или нескольких сегментов кода и одного или нескольких сегментов данных:tiny ,small ,medium ,compact ,large иhuge . Для команд языка ассемблера существовали определённые соглашения: адреса перехода сегментировались по регистру CS, обращения к данным сегментировались по регистру DS, а обращения к стеку – по регистру SS. Если программе выделялось несколько сегментов для кода или данных, то приходилось менять значения в регистрах CS и DS для обращения к другому сегменту. Существовали так называемые «ближние» и «дальние» переходы. Если команда, на которую надо совершить переход, находилась в том же сегменте, то для перехода достаточно было изменить только значение регистра IP. Такой переход называлсяближним . Если же команда, на которую надо совершить переход, находилась в другом сегменте, то для перехода необходимо было изменить как значение регистра CS, так и значение регистра IP. Такой переход называлсядальним и осуществлялся дольше.

32-битные регистры позволяют адресовать 4 Гб памяти, что уже достаточно для любой программы. Каждую Win32-программу Windows запускает в отдельном виртуальном пространстве. Это означает, что каждая Win32-программа будет иметь 4-х гигабайтовое адресное пространство, но вовсе не означает, что каждая программа имеет 4 Гб физической памяти, а только то, что программа может обращаться по любому адресу в этих пределах. А Windows сделает все необходимое, чтобы память, к которой программа обращается, «существовала». Конечно, программа должна придерживаться правил, установленных

Windows, иначе возникает ошибка General Protection Fault.

Под архитектурой Win32 отпала необходимость в разделении адреса на базу и смещение, и необходимость в моделях памяти. На 32-

используются по-другому1 . Раньше необходимо было связывать отдельные части программы с тем или иным сегментным регистром и сохранять/восстанавливать регистр DS при переходе к другому сегменту данных или явно сегментировать данные по другому регистру. При 32-битной архитектуре необходимость в этом отпала, и в простейшем случае про сегментные регистры можно забыть.

1.5. Использование стека

Каждая программа имеет область памяти, называемую стеком . Стек используется для передачи параметров в процедуры и для хранения локальных данных процедур. Как известно,стек – это область памяти, при работе с которой необходимо соблюдать определённые правила, а именно: данные, которые попали в стек первыми, извлекаются оттуда последними. С другой стороны, если программе выделена некоторая память, то нет никаких физических ограничений на чтение и запись. Как же совмещаются два этих противоречивых принципа?

Пусть у нас есть функция f1 , которая вызывает функциюf2 , а функцияf2 , в свою очередь, вызывает функциюf3 . При вызове функцииf1 ей отводится определённое место в стеке под локальные данные. Это место отводится путём вычитания из регистра ESP значения, равного размеру требуемой памяти. Минимальный размер отводимой памяти равен 4 байтам, т.е. даже если процедуре требуется 1 байт, она должна занять 4 байта.

Функция f1 выполняет некоторые действия, после чего вызывает

функция f2 вызывает функциюf3 , которая также отводит себе место в стеке. Функцияf3 других функций не вызывает и при завершении работы должна освободить место в стеке, прибавив к регистру ESP значение, которые было вычтено при вызове функции. Если функцияf3 не восстановит значение регистра ESP, то функцияf2 , продолжив работу, будет обращаться не к своим данным, т.к. она ищет

которое было до её вызова.

Таким образом, на уровне процедур необходимо соблюдать правила работы со стеком – процедура, которая заняла место в стеке последней, должна освобождать его первой. При несоблюдении этого правила, программа будет работать некорректно. Но каждая процедура может обращаться к своей области стека произвольным образом. Если бы мы были вынуждены соблюдать правила работы со стеком внутри каждой процедуры, пришлось бы перекладывать данные из стека в другую область памяти, а это было бы крайне неудобно и чрезвычайно замедлило бы выполнение программы.

Каждая программа имеет область данных, где размещаются глобальные переменные. Почему же локальные данные хранятся именно в стеке? Это делается для уменьшения объёма памяти занимаемого программой. Если программа будет последовательно вызывать несколько процедур, то в каждый момент времени будет отведено место только под данные одной процедуры, т.к. стек занимается и освобождается. Область данных существует всё время работы программы. Если бы локальные данные размещались в области данных, пришлось бы отводить место под локальные данные длявсех процедур программы.

Локальные данные автоматически не инициализируются. Если в вышеприведённом примере функция f2 после функцииf3 вызовет функциюf4 , то функцияf4 займёт в стеке место, которое до этого было занято функциейf3 , таким образом, функцииf4 «в наследство» достанутся данные функцииf3 . Поэтому каждая процедура обязательно должна заботиться об инициализации своих локальных данных.

2. Основные понятия языка ассемблера

2.1. Идентификаторы

Понятие идентификатора в языке ассемблера ничем не отличается от понятия идентификатора в других языках. Можно использовать латинские буквы, цифры и знаки _ . ? @ $ , причём точка может быть только первым символом идентификатора. Большие и маленькие буквы считаются эквивалентными.

2.2. Целые числа

В программе на языке ассемблера целые числа могут быть записаны в двоичной, восьмеричной, десятичной и шестнадцатеричной системах счисления. Для задания системы счисления в конце числа