ЛЕКЦИЯ № 14. Ассемблер

1. Об ассемблере

Когда-то ассемблер был языком, без знания которого нельзя было заставить компьютер сделать что-либо полезное. Постепенно ситуация менялась. Появлялись более удобные средства общения с компьютером. Но в отличие от других языков ассемблер не умирал, более того, он не мог сделать этого в принципе. Почему? В поисках ответа попытаемся понять, что такое язык ассемблера вообще.

Если коротко, то язык ассемблера - это символическое представление машинного языка. Все процессы в машине на самом низком, аппаратном уровне приводятся в действие только командами (инструкциями) машинного языка. Отсюда понятно, что, несмотря на общее название, язык ассемблера для каждого типа компьютера свой. Это касается и внешнего вида программ, написанных на ассемблере, и идей, отражением которых этот язык является.

По-настоящему решить проблемы, связанные с аппаратурой (или, даже более того, зависящие от аппаратуры, как, к примеру, повышение быстродействия программы), невозможно без знания ассемблера.

Программист или любой другой пользователь могут использовать любые высокоуровневые средства вплоть до программ построения виртуальных миров и, возможно, даже не подозревать, что на самом деле компьютер выполняет не команды языка, на котором написана его программа, а их трансформированное представление в форме скучной и унылой последовательности команд совсем другого языка - машинного. А теперь представим, что у такого пользователя возникла нестандартная проблема. К примеру, его программа должна работать с некоторым необычным устройством или выполнять другие действия, требующие знания принципов работы аппаратуры компьютера. Каким бы хорошим ни был язык, на котором программист написал свою программу, без знания ассемблера ему не обойтись. И не случайно практически все компиляторы языков высокого уровня содержат средства связи своих модулей с модулями на ассемблере либо поддерживают выход на ассемблерный уровень программирования.

Компьютер составлен из нескольких физических устройств, каждое из которых подключено к одному блоку, называемому системным. Чтобы понять их функциональное назначение, посмотрим на структурную схему типичного компьютера (рис. 1). Она не претендует на безусловную точность и имеет целью лишь показать назначение, взаимосвязь и типовой состав элементов современного персонального компьютера.

Рис. 1. Структурная схема персонального компьютера

2. Программная модель микропроцессора

На современном компьютерном рынке наблюдается большое разнообразие различных типов компьютеров. Поэтому возможно предположить возникновение у потребителя вопроса о том, как оценить возможности конкретного типа (или модели) компьютера и его отличительные особенности от компьютеров других типов (моделей). Чтобы собрать воедино все понятия, характеризующие компьютер с точки зрения его функциональных программно-управляемых свойств, существует специальный термин - архитектура ЭВМ. Впервые понятие архитектура ЭВМ стало упоминаться с появлением машин 3-го поколения для их сравнительной оценки.

К изучению языка ассемблера любого компьютера имеет смысл приступать только после выяснения того, какая часть компьютера оставлена видимой и доступной для программирования на этом языке. Это так называемая программная модель компьютера, частью которой является программная модель микропроцессора, которая содержит тридцать два регистра, в той или иной мере доступных для использования программистом.

Данные регистры можно разделить на две большие группы:

1) 6 пользовательских регистров;

2) 16 системных регистров.

3. Пользовательские регистры

Как следует из названия, пользовательскими регистры называются потому, что программист может использовать их при написании своих программ. К этим регистрам относятся (рис. 2):

1) восемь 32-битных регистров, которые могут использоваться программистами для хранения данных и адресов (их еще называют регистрами общего назначения (РОН)):

eax/ax/ah/al;

ebx/bx/bh/bl;

edx/dx/dh/dl;

ecx/cx/ch/cl;

ebp/bp;

esi/si;

edi/di;

esp/sp.

2) шесть регистров сегментов: cs, ds, ss, es, fs, gs;

3) регистры состояния и управления:

регистр флагов eflags/flags;

регистр указателя команды eip/ip.

Рис. 2. Пользовательские регистры

Многие из этих регистров приведены с наклонной разделительной чертой. Это не разные регистры - это части одного большого 32-разрядного регистра. Их можно использовать в программе как отдельные объекты.

4. Регистры общего назначения

Все регистры этой группы позволяют обращаться к своим "младшим" частям. Использовать для самостоятельной адресации можно только младшие 16- и 8-битные части этих регистров. Старшие 16 бит этих регистров как самостоятельные объекты недоступны.

Перечислим регистры, относящиеся к группе регистров общего назначения. Так как эти регистры физически находятся в микропроцессоре внутри арифметико-логического устройства (АЛ>), то их еще называют регистрами АЛУ:

1) eax/ax/ah/al (Accumulator register) - аккумулятор. Применяется для хранения промежуточных данных. В некоторых командах использование этого регистра обязательно;

2) ebx/bx/bh/bl (Base register) - базовый регистр. Применяется для хранения базового адреса некоторого объекта в памяти;

3) ecx/cx/ch/cl (Count register) - регистр-счетчик. Применяется в командах, производящих некоторые повторяющиеся действия. Его использование зачастую неявно и скрыто в алгоритме работы соответствующей команды.

К примеру, команда организации цикла loop, кроме передачи управления команде, находящейся по некоторому адресу, анализирует и уменьшает на единицу значение регистра есх/сх;

4) edx/dx/dh/dl (Data register) - регистр данных.

Так же, как и регистр eax/ax/ah/al, он хранит промежуточные данные. В некоторых командах его использование обязательно; для некоторых команд это происходит неявно.

Следующие два регистра используются для поддержки так называемых цепочечных операций, т. е. операций, производящих последовательную обработку цепочек элементов, каждый из которых может иметь длину 32, 16 или 8 бит:

1) esi/si (Source Index register) - индекс источника.

Этот регистр в цепочечных операциях содержит текущий адрес элемента в цепочке-источнике;

2) edi/di (Destination Index register) - индекс приемника (получателя). Этот регистр в цепочечных операциях содержит текущий адрес в цепочке-приемнике.

В архитектуре микропроцессора на программно-аппаратном уровне поддерживается такая структура данных, как стек. Для работы со стеком в системе команд микропроцессора есть специальные команды, а в программной модели микропроцессора для этого существуют специальные регистры:

1) esp/sp (Stack Pointer register) - регистр указателя стека. Содержит указатель вершины стека в текущем сегменте стека.

2) ebp/bp (Base Pointer register) - регистр указателя базы кадра стека. Предназначен для организации произвольного доступа к данным внутри стека.

Использование жесткого закрепления регистров для некоторых команд позволяет более компактно кодировать их машинное представление. Знание этих особенностей позволит при необходимости хотя бы на несколько байт сэкономить память, занимаемую кодом программы.

5. Сегментные регистры

В программной модели микропроцессора имеется шесть сегментных регистров: cs, ss, ds, es, gs, fs.

Их существование обусловлено спецификой организации и использования оперативной памяти микропроцессорами Intel. Она заключается в том, что микропроцессор аппаратно поддерживает структурную организацию программы в виде трех частей, называемых сегментами. Соответственно такая организация памяти называется сегментной.

Для того чтобы указать на сегменты, к которым программа имеет доступ в конкретный момент времени, и предназначены сегментные регистры. Фактически (с небольшой поправкой) в этих регистрах содержатся адреса памяти, с которых начинаются соответствующие сегменты. Логика обработки машинной команды построена так, что при выборке команды, доступе к данным программы или к стеку неявно используются адреса во вполне определенных сегментных регистрах.

Микропроцессор поддерживает следующие типы сегментов.

1. Сегмент кода. Содержит команды программы. Для доступа к этому сегменту служит регистр cs (code segment register) - сегментный регистр кода. Он содержит адрес сегмента с машинными командами, к которому имеет доступ микропроцессор (т. е. эти команды загружаются в конвейер микропроцессора).

2. Сегмент данных. Содержит обрабатываемые программой данные. Для доступа к этому сегменту служит регистр ds (data segment register) - сегментный регистр данных, который хранит адрес сегмента данных текущей программы.

3. Сегмент стека. Этот сегмент представляет собой область памяти, называемую стеком. Работу со стеком микропроцессор организует по следующему принципу: последний записанный в эту область элемент выбирается первым. Для доступа к этому сегменту служит регистр ss (stack segment register) - сегментный регистр стека, содержащий адрес сегмента стека.

4. Дополнительный сегмент данных. Не явно алгоритмы выполнения большинства машинных команд предполагают, что обрабатываемые ими данные расположены в сегменте данных, адрес которого находится в сегментном регистре ds. Если программе недостаточно одного сегмента данных, то она имеет возможность использовать еще три дополнительных сегмента данных. Но в отличие от основного сегмента данных, адрес которого содержится в сегментном регистре ds, при использовании дополнительных сегментов данных их адреса требуется указывать явно с помощью специальных префиксов переопределения сегментов в команде. Адреса дополнительных сегментов данных должны содержаться в регистрах es, gs,fs (extension data segment registers).

6. Регистры состояния и управления

В микропроцессор включены несколько регистров, которые постоянно содержат информацию о состоянии как самого микропроцессора, так и программы, команды которой в данный момент загружены на конвейер. К этим регистрам относятся:

1) регистр флагов eflags/flags;

2) регистр указателя команды eip/ip.

Используя эти регистры, можно получать информацию о результатах выполнения команд и влиять на состояние самого микропроцессора. Рассмотрим подробнее назначение и содержимое этих регистров

1. eflags/flags (flag register) - регистр флагов. Разрядность eflags/flags - 32/16 бит. Отдельные биты данного регистра имеют определенное функциональное назначение и называются флагами. Младшая часть этого регистра полностью аналогична регистру flags для 18086. На рисунке 3 показано содержимое регистра eflags.

Рис. 3. Содержимое регистра eflags

Исходя из особенностей использования флаги регистра eflags/flags можно разделить на три группы:

1) восемь флагов состояния.

Эти флаги могут изменяться после выполнения машинных команд. Флаги состояния регистра eflags отражают особенности результата исполнения арифметических или логических операций. Это дает возможность анализировать состояние вычислительного процесса и реагировать на него с помощью команд условных переходов и вызовов подпрограмм. В таблице 1 приведены флаги состояния и указано их назначение.

2) один флаг управления.

Обозначается df (Directory Flag). Он находится в 10-м бите регистра eflags и используется цепочечными командами. Значение флага df определяет направление поэлементной обработки в этих операциях: от начала строки к концу (df = 0) либо наоборот, от конца строки к ее началу (df = 1). Для работы с флагом df существуют специальные команды: eld (снять флаг df) и std (установить флаг df). Применение этих команд позволяет привести флаг df в соответствие с алгоритмом и обеспечить автоматическое увеличение или уменьшение счетчиков при выполнении операций со строками.

3) пять системных флагов.

Управляют вводом-выводом, маскируемыми прерываниями, отладкой, переключением между задачами и виртуальным режимом 8086. Прикладным программам не рекомендуется модифицировать без необходимости эти флаги, так как в большинстве случаев это приведет к прерыванию работы программы. В таблице 2 перечислены системные флаги, их назначение.

Таблица 1. Флаги состоянияТаблица 2. Системные флаги

2. eip/ip (Instraction Pointer register) - регистр-указатель команд. Регистр eip/ip имеет разрядность 32/16 бит и содержит смещение следующей подлежащей выполнению команды относительно содержимого сегментного регистра cs в текущем сегменте команд. 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. Возникновение прерываний также приводит к модификации регистра eip/ip.

Автор: Цветкова А.В.

<< Назад: Ассемблер (Об ассемблере. Программная модель микропроцессора. Пользовательские регистры. Регистры общего назначения. Сегментные регистры. Регистры состояния и управления)

>> Вперед: Программы на Ассемблере (Структура программы на Ассемблере. Синтаксис Ассемблера. Операторы сравнения. Операторы и их приоритет. Упрощенные директивы определения сегмента. Идентификаторы, создаваемые директивой MODEL. Модели памяти. Модификаторы модели памяти)

Рекомендуем интересные статьи раздела Конспекты лекций, шпаргалки:

▪ Общая гигиена. Конспект лекций

▪ Социальная педагогика. Конспект лекций

▪ Зарубежная литература XVII-XVIII веков в кратком изложении. Шпаргалка

Смотрите другие статьи раздела Конспекты лекций, шпаргалки.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Биокаталитический способ получения хиральных оксазолидинонов 14.10.2026

Химия все чаще обращается к биологическим молекулам, чтобы сделать синтез сложных веществ более точным и эффективным. Особенно важны такие технологии при создании соединений, у которых одинаковый химический состав может сопровождаться разным пространственным расположением атомов и, следовательно, различными свойствами. Исследователи из Калифорнийского технологического института и Университета Питтсбурга предложили новый биокаталитический подход, позволяющий получать хиральные оксазолидиноны непосредственно из простых неактивированных алкенов. В основе предложенного метода лежит последовательность из двух реакций - азиридинирования и последующего расширения цикла. Этот каскад запускается с помощью гемопротеина, который выполняет функцию катализатора и позволяет направлять химическое превращение в нужную сторону. В результате из относительно простого исходного соединения формируется более сложная циклическая структура с заданной пространственной конфигурацией. Особенно существенным ...>>

Клавиатура Gboard kurukuru version с вращающимися лентами 14.10.2026

Обычная клавиатура предполагает, что движется человек: пальцы перемещаются от одной неподвижной клавиши к другой, а расположение символов остается неизменным. Google Japan решила перевернуть этот привычный принцип и проверить, что произойдет, если заставить двигаться сам интерфейс. Так появился экспериментальный проект Gboard, в котором клавиши постоянно перемещаются и сами оказываются в зоне нажатия. Необычная конструкция получила название Gboard "Курукуру-версия" (Gboard kurukuru version). Проект стал очередным ежегодным экспериментом японского подразделения Google, посвященным альтернативным способам взаимодействия человека с текстом. На этот раз идея не ограничилась компьютерной концепцией: специалисты создали полноценный физический прототип, способный работать в реальных условиях, а материалы для его самостоятельного изготовления сделали доступными для всех желающих. Основу устройства образуют четыре замкнутые подвижные ленты, вращающиеся вокруг конструкции. На каждой из них ...>>

Легкий бег влияет на мозг и самоконтроль 13.10.2026

Физическая активность не обязательно должна быть интенсивной, чтобы на короткое время изменить состояние мозга. Новое исследование японских специалистов показывает, что даже непродолжительный бег с очень небольшой нагрузкой способен повлиять на настроение, внимание и способность контролировать собственные действия. Причем для этого, по данным эксперимента, может быть достаточно всего 10 минут. Работу провели исследователи из Университета Цукубы с участием 24 здоровых молодых людей. Добровольцы выполняли два разных условия: в одном случае они спокойно сидели в течение 10 минут, а в другом такое же время проводили на беговой дорожке. Скорость во время пробежки составляла приблизительно от 3 до 6 км/ч, поэтому нагрузка оставалась сравнительно небольшой. Средняя частота сердечных сокращений участников при этом находилась в пределах 104-107 ударов в минуту. После завершения физической активности добровольцы сообщали о большей бодрости и более приятном эмоциональном состоянии по сравне ...>>

Случайная новость из Архива 3D-принтер с голосовым управлением 30.09.2013 Компания Yahoo Japan продемонстрировала прототип первого в мире 3D-принтера, способного реагировать на голосовые команды и распознавать их. Устройство разрабатывается в первую очередь для людей с ослабленным зрением, а также для учеников - некоторые школы Японии, по словам разработчиков, получат такие принтеры, как только те поступят в производство. Новый 3D-принтер получил название Hands on Search, и он реагирует на голос только того человека, который находится в непосредственной близости от него. Достаточно просто сказать ему, что именно нужно распечатать, и тот незамедлительно начнет поиск соответствующей трехмерной модели. Как утверждают создатели принтера, на выполнение поставленной перед ним задачи ему потребуется около 15 минут. Модель печатается из специального пластика. На текущий момент Yahoo Japan уже выпустила один принтер Hands on Search, и находится он в одном из университетов Токио, где обучаются студенты с плохим зрением. До середины следующего месяца каждый желающий может оценить его работоспособность совершенно бесплатно. Делается это для того, чтобы оценить, насколько востребованы современные устройства, ориентированные на слабовидящих людей. Если идея будет воспринята хорошо, то Hands on Search начнут производить серийно, и для него будет создан специальный сайт в виде базы данных трехмерных моделей. Как сообщается, на текущий момент уже существует около 100 таких моделей, разумеется, базовых. К ним относятся фигуры животных и насекомых, а также различные здания, в том числе и достопримечательности.

Другие интересные новости:

▪ Россия создает Ноев ковчег

▪ Умный взрыватель

▪ Изменение эритроцитов для активирования иммунной системы против ковида

▪ Самая быстрая компьютерная мышь

▪ Инновационный кремниевый суперконденсатор

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Заводские технологии на дому. Подборка статей

▪ статья Фильтры не по правилам. Искусство аудио

▪ статья Что означают звуки йо-хо-хо в пиратской песне из романа Остров сокровищ? Подробный ответ

▪ статья Остров Мадагаскар. Чудо природы

▪ статья Как увеличить срок службы кинескопа. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Протыкание шпагами. Секрет фокуса

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026