ВМК) (январь 1992 г.) В пособии рассматривается язык макроассеблера для персональных
ЭВМтипа IBM PC (язык MASM, версия 4.0). Пособие состоит из 4 глав. В главе
1 рассмотрены особенности пер-сональных компьютеров типа IBM PC и приведены
начальные сведения оязыке MASM. В главе 2 описывается система команд этих компьютеров.Глава
3 посвящена посвящена собственно языку MASM. В главе 4 приведеныпримеры
фрагментов программ и полных программ на MASM для решения раз-личных задач.
В пособии не рассматриваются вопросы, связанные с обработкой дво-ично-десятичных
чисел и работой арифметического сопроцессора 8087 или80287. Под термином
"ПК" в пособии понимается персональный компьютер типаIBM PC c микропроцессором
8088/8086, 80186 или 80286. ГЛАВА 1. ОСОБЕННОСТИ ПК. ВВЕДЕНИЕ В MASM. 1.1. ОПЕРАТИВНАЯ
ПАМЯТЬ. РЕГИСТРЫ. 1.1.1 Оперативная память Объем оперативной памяти ПК
- 2^20 байтов (1 Мб). Байты нумеруютсяначиная с 0, номер байта называется его адресом.
Для ссылок на байтыпамяти используются 20-разрядные адреса: от 00000 до
FFFFF (в 16-рич-ной системе). Байт содержит 8 разрядов (битов), каждый из которых
может прини-мать значение 1 или 0. Разряды нумеруются справа налево от 0 до
7: ----------------- | | | | | | | | | ----------------- 7 6 5 4 3 2 1 0 Байт
- это наименьшая адресуемая ячейка памяти. В ПК используютсяи более крупные ячейки
- слова и двойные слова. Слово - это два сосед-них байта, размер слова - 16
битов (они нумеруются справа налево от 0до 15). Адресом слова считается адрес
его первого байта (с меньшим ад-ресом); этот адрес может быть четным и нечетным.
Двойное слово - этолюбые четыре соседних байта (два соседних слова), размер такой
ячейки- 32 бита; адресом двойного слова считается адрес его первого байта.
Байты используются для хранения небольших целых чисел и символов,слова - для хранения
целых чисел и адресов, двойные слова - для хране-ния "длинных" целых чисел
и т.н. адресных пар (сегмент:смещение). 1.1.2 Регистры Помимо ячеек оперативной
памяти для хранения данных (правда, крат-ковременного) можно использовать
и регистры - ячейки, входящие в сос-тав процессора и доступные из машинной программы.
Доступ к регистрамосуществляется значительно быстрее, чем к ячейкам памяти,
поэтому ис-пользование регистров заметно уменьшает время выполнения программ.
Все регистры имеют размер слова (16 битов), за каждым из них зак-реплено определенное
имя (AX, SP и т.п.). По назначению и способуиспользования регистры можно
разбить на следующие группы: - регистры общего назначения (AX, BX, CX, DX,
BP, SI, DI, SP); - сегментные регистры (CS, DS, SS, ES); - счетчик команд (IP);
- регистр флагов (Flags).(Расшифровка этих названий: A - accumulator, аккумулятор;
B - base,база; C - counter, счетчик; D - data, данные; BP - base pointer,
ука-затель базы; SI - source index, индекс источника; DI - destinationindex, индекс
приемника; SP - stack pointer, указатель стека; CS -code segment, сегмент
команд; DS - data segment, сегмент данных; SS -stack segment, сегмент стека; ES
- extra segment, дополнительный сег-мент; IP - instruction pointer, счетчик команд.)
Регистры общего назначения можно использовать во всех арифметичес-ких и
логических командах. В то же время каждый их них имеет опреде-ленную специализацию
(некоторые команды "работают" только с определен-ными регистрами). Например,
команды умножения и деления требуют, чтобыодин из операндов находился в регистре
AX или в регистрах AX и DX (взависимости от размера операнда), а команды управления
циклом исполь-зуют регистр CX в качестве счетчика цикла. Регистры BX и
BP очень час-то используются как базовые регистры, а SI и DI - как индексные.
Ре-гистр SP обычно указывает на вершину стека, аппаратно поддерживаемогов ПК.
Регистры AX, BX, CX и DX конструктивно устроены так, что возможеннезависимый доступ
к их старшей и младшей половинам; можно сказать,что каждый из этих регистров
состоит из двух байтовых регистров, обо-значаемых AH, AL, BH и т.д. (H - high,
старший; L - low, младший): ----------- ----------- ----------- ----------- AX
| AH | AL | BX | BH | BL | CX | CH | CL | DX | DH | DL | ----------- -----------
----------- ----------- 15 8 7 0Таким образом, с каждым из этих регистров можно
работать как с единымцелым, а можно работать и с его "половинками". Например,
можно запи-сать слово в AX, а затем считать только часть слова из регистра
AH илизаменить только часть в регистре AL и т.д. Такое устройство регистровпозволяет
использовать их для работы и с числами, и с символами. Все остальные регистры
не делятся на "половинки", поэтому считатьили записать их содержимое (16 битов)
можно только целиком. Сегментные регистры CS, DS, SS и ES не могут быть операндами
ника-ких команд, кроме команд пересылки и стековых команд. Эти регистры
ис-пользуются только для сегментирования адресов (см. 1.4). Счетчик команд
IP всегда содержит адрес (смещение от начала про-граммы) той команды, которая должна
быть выполнена следующей (началопрограммы хранится в регистре CS). Содержимое
регистра IP можно изме-нить только командами перехода. 1.1.3 Флаги И, наконец,
в ПК имеется особый регистр флагов. Флаг - это бит,принимающий значение 1 ("флаг
установлен"), если выполнено некотороеусловие, и значение 0 ("флаг сброшен")
в противном случае. В ПК ис-пользуется 9 флагов, каждому из них присвоено определенное
имя (ZF, CFи т.д.). Все они собраны в регистре флагов (каждый флаг
- это один изразрядов регистра, часть его разрядов не используется): -------------------------------------------------
Flags | x| x| x| x|OF|DF|IF|TF|SF|ZF| x|AF|
x|PF| x|CF| ------------------------------------------------- 15 14 13 12
11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 Некоторые флаги принято называть флагами условий; они
автоматичес-ки меняются при выполнении команд и фиксируют те или иные свойства
ихрезультата (например, равен ли он нулю). Другие флаги называются фла-гами состояний;
они меняются из программы и оказывают влияние на даль-нейшее поведение
процессора (например, блокируют прерывания). Флаги условий: CF (carry flag) -
флаг переноса. Принимает значение 1, если присложении целых чисел появилась единица
переноса, не "влезающая" в раз-рядную сетку, или если при вычитании чисел
без знака первое из них бы-ло меньше второго. В командах сдвига в CF заносится
бит, вышедший заразрядную сетку. CF фиксирует также особенности команды умножения.
OF (overflow flag) - флаг переполнения. Устанавливается в 1, еслипри сложении
или вычитании целых чисел со знаком получился результат,по модулю превосходящий
допустимую величину (произошло переполнениемантиссы и она "залезла" в знаковый
разряд). ZF (zero flag) - флаг нуля. Устанавливается в 1, если результаткоманды
оказался равным 0. SF (sign flag) - флаг знака. Устанавливается в 1, если
в операциинад знаковыми числами получился отрицательный результат. PF (parity flag)
- флаг четности. Равен 1, если результат очеред-ной команды содержит четное
количество двоичных единиц. Учитываетсяобычно только при операциях ввода-вывода.
AF (auxiliary carry flag) - флаг дополнительного переноса. Фикси-рует особенности
выполнения операций над двоично-десятичными числами. Флаги состояний: DF
(direction flag) - флаг направления. Устанавливает направлениепросмотра строк
в строковых командах: при DF=0 строки просматриваются"вперед" (от начала к концу),
при DF=1 - в обратном направлении. IF (interrupt flag) - флаг прерываний. При
IF=0 процессор переста-ет реагировать на поступающие к нему прерывания, при
IF=1 блокировкапрерываний снимается. TF (trap flag) - флаг трассировки. При TF=1
после выполнения каж-дой команды процессор делает прерывание (с номером 1),
чем можно вос-пользоваться при отладке программы для ее трассировки. 1.2. ПРЕДСТАВЛЕНИЕ
ДАННЫХ. АРИФМЕТИЧЕСКИЕ ОПЕРАЦИИ Здесь рассматривается машинное представление
целых чисел, строк иадресов. Представление двоично-десятичных чисел, используемых
доста-точно редко, не рассматривается. Что касается вещественных чисел,
то вПК нет команд вещественной арифметики (операции над этими числами реа-лизуются
программным путем или выполняются сопроцессором) и потому нетстандартного
представления вещественных чисел. Кроме того, рассматри-ваются некоторые особенности
выполнения арифметических операций. Шестнадцатиричные числа записываются
с буквой h на конце, двоичныечисла - с буквой b (так принято в MASM). 1.2.1 Представление
целых чисел. В общем случае под целое число можно отвести любое число
байтов,однако система команд ПК поддерживает только числа размером в байт ислово
и частично поддерживает числа размером в двойное слово. Именноэти форматы
и будут рассмотрены. В ПК делается различие между целыми числами без знака (неотрица-тельными)
и со знаком. Это объясняется тем, что в ячейках одного и то-го
же размера можно представить больший диапазон беззнаковых чисел,чем неотрицательных
знаковых чисел, и если известно заранее, что неко-торая числовая величина
является неотрицательной, то выгоднее рассмат-ривать ее как беззнаковую, чем как
знаковую. Целые числа без знака. Эти числа могут быть представлены в виде байта,
слова или двойногослова - в зависимости от их размера. В виде байта представляются
целыеот 0 до 255 (=2^8-1), в виде слова - целые от 0 до 65535 (=2^16-1),
ввиде двойного слова - целые от 0 до 4 294 967 295 (=2^32-1). Числа за-писываются
в двоичной системе счисления, занимая все разряды ячейки.Например, число 130
записывается в виде байта 10000010b (82h). Числа размером в слово хранятся в
памяти в "перевернутом" виде:младщие (правые) 8 битов числа размещаются в первом
байте слова, астаршие 8 битов - во втором байте (в 16-ричной системе: две правыецифры
- в первом байте, две левые цифры - во втором байте). Например,число
130 (=0082h) в виде слова хранится в памяти так: ----------- | 82 | 00 | -----------(Отметим,
однако, что в регистрах числа хранятся в нормальном виде: -----------
AX | 00 | 82 | ----------- AH AL ) "Перевернутое" представление используется
и при хранении в памятицелых чисел размером в двойное слово: в первом его байте
размещаютсямладшие 8 битов числа, во втором байте - предыдущие 8 битов и т.д.
На-пример, число 12345678h хранится в памяти так: --------------------- | 78
| 56 | 34 | 12 | ---------------------Другими словами, в первом слове двойного
слова размещаются младшие(правые) 16 битов числа, а во втором слове - старшие
16 битов, причемв каждом из этих двух слов в свою очередь используется "перевернутое"представление.
Такое необычное представление чисел объясняется тем, что
в первыхмоделях ПК за раз можно было считать из памяти только один байт и чтовсе
арифметические операции над многозначными числами начинаются сдействий над младшими
цифрами, поэтому из памяти в первую очередь надосчитывать младшие цифры,
если сразу нельзя считать все цифры. Учитываяэто, в первых ПК и стали размещать
младшие цифры числа перед старшимицифрамми, а ради преемственности такое представление
чисел сохранили впоследующих моделях ПК. Конечно, "перевернутое" представление
неудобно для людей, однакопри использовании языка ассемблера это неудобство
не чувствуется: вMASM все числа записываются в нормальном, неперевернутом
виде (см. ни-же). Целые числа со знаком. Эти числа также представляются в виде
байта, слова и двойного сло-ва. В виде байта записываются числа от -128 до 127,
в виде слова -числа от -32768 до 32767, а в виде двойного слова - числа от-2147483648
до 2147483647. При этом числа записываются в дополнитель-ном коде: неотрицательное
число записывается так же, как и беззнаковоечисло (т.е. в прямом
коде), а отрицательное число -x (x>0) представля-ется беззнаковым числом 2^8-x
(для байтов), 2^16-x (для слов) или2^32-x (для двойных слов). Например, дополнительным
кодом числа -6 яв-ляется байт FAh (=256-6), слово FFFAh или двойное слово
FFFFFFFAh. Приэтом байт 10000000b (=80h) трактуется как -128, а не как +128
(слово8000h понимается как -32678), поэтому левый бит дополнительного кодавсегда
играет роль знакового: для неотрицательных чисел он равен 0,для отрицательных
- 1. Знаковые числа размером в слово и двойное слово записываются в па-мяти в
"перевернутом" виде (при этом знаковый бит оказывается в пос-леднем байте ячейки).
Но в MASM эти числа, как и беззнаковые, записы-ваются в нормальной форме.
Иногда число-байт необходимо расширить до слова, т.е. нужно полу-чить такое же по
величине число, но размером в слово. Существует дваспособа такого расширения
- без знака и со знаком. В любом случае ис-ходное число-байт попадает во второй
(до "переворачивания") байт сло-ва, а вот первый байт заполняется по-разному:
при расширении без знакав него записываются нулевые биты (12h -> 0012h), а при
расширении сознаком в первый байт записываются нули, если число-байт было неотрица-тельным,
и записывается восемь двоичных единиц в противном случае (81h-> FF81h).
Другими словами, при расширении со знаком в первом байтеслова копируется
знаковый разряд числа-байта. Аналогично происходит расширение числа-слова до двойного
слова. 1.2.2 Особенности выполнения арифметических опреаций В ПК имеются
команды сложения и вычитания целых чисел размером вслово и байт. Специальных команд
для сложения и вычитания двойных словнет, эти операции реализуются через
команды сложения и вычитания слов. Сложение и вычитание беззнаковаых чисел производится
по модулю 2^8для байтов и 2^16 для слов. Это означает, что если в результате
сложе-ния появилась единица переноса, не вмещающаяся в разрядную сетку,
тоона отбрасывается. Например, при сложении байтов 128 и 130 получаетсячисло 258
= 100000010b, поэтому левая двоичная единица отбрасывается иостается число 2
= 10b, которое и объявляется результатом сложения.Ошибка здесь не фиксируется,
но в флаг переноса CF записывается 1 (ес-ли переноса не было, в CF заносится 0).
"Поймать" такое искажение сум-мы можно только последующим анализом флага CF.
Искажение результата происходит и при вычитание из меньшего числабольшего. И здесь
не фиксируется ошибка, однако первому числу дается"заем единицы" (в случае
байтов это число увеличивается на 256, дляслов - на 2^16), после чего и производится
вычитание. Например, вычи-тание байтов 2 и 3 сводится к вычитанию чисел 256+2=258
и 3, в резуль-тате чего получается неправильная разность 255 (а не -1).
Для тогочтобы можно было обнаружить такую ситуацию, в флаг переноса CF зано-сится
1 (если заема не было, в CF записывается 0). Сложение и вычитание знаковых
целых чисел производится по тем жеалгоритмам, что и для беззнаковых чисел (в этом
одно из достоинств до-полнительного кода): знаковые числа рассматриваются как
соответствую-щие беззнаковые числа, произодится операция над этими беззнаковыми
чи-слами и полученный результат интерпретируется как знаковое число. Нап-ример,
сложение байтовых чисел 1 и -2 происходит так: берутся их до-полнительные
коды 1 и (256-2)=254, вычисляется сумма этих величин1+254=255 и она трактуется
как знаковое число -1 (255=256-1). Если притаком сложении возникла единица переноса,
то она, как обычно, отбрасы-вается, а флаг CF получает значение 1. Однако
в данном случае это от-сечение не представляет интерес - результат операции будет
правильным,например: 3+(-2) => 3+254(mod 256) = 257(mod 256) = 1. Зато здесь
воз-можна иная неприятность: модуль суммы (ее мантисса) может превзойтидопустимую
границу и "залезть" в знаковый разряд, испортив его. Напри-мер, при сложении
байтовых чисел 127 и 2 получается величина 129 == 100001001b, представляющая
дополнительный код числа -127 (=256-129).Хотя результат здесь получился и неправильным,
процессор не фиксируетошибку, но зато заносит 1 в флаг переполнения OF
(если "переполнениямантиссы" не было, в OF записывается 0). Анализируя затем
этот флаг,можно "поймать" такую ошибку. Таким образом, сложение (вычитание) знаковых
и беззнаковых чиселпроизводится по одному и тому же алгоритму. При этом
ПК не "знает",какие числа (со знаком или без) он складывает; в любом случае он скла-дывает
их как беззнаковые числа и в любом случае формирует флаги CF иOF. А
вот как интерпретировать слагаемые и сумму, на какой из этихфлагов обращать внимание
- это личное дело автора программы. Что касается умножения и деления знаковых
и беззнаковых чисел, тоони выполняются по разным алгоритмам, разными машинными
командами. Од-нако и у этих операций есть ряд особенностей. При умножении
байтов(слов) первый сомножитель обязан находиться в регистре AL (AX), ре-зультатом
же умножения является слово (двойное слово), которое зано-сится в регистр AX
(регистры DX и AX). Тем самым при умножении сохра-няются все цифры произведения.
При делении байтов (слов) первый опе-ранд (делимое) должен быть словом (двойным
словом) и обязан находитьсяв регистре AX (регистрах DX и AX). Результатом
деления являются двевеличины размером в байт (слово) - неполное частное (div) и
остаток отделения (mod); неполное частное записывается в регистр AL (AX), а ос-таток
- в регистр AH (DX). 1.2.3 Представление символов и строк На символ отводится
один байт памяти, в который записывается кодсимвола - целое от 0 до 255.
В ПК используется система кодировки ASCII(American Standard Code for Information
Interchange). Она, естествен-но, не содержит кодов русских букв, поэтому в нашей
стране применяетсянекоторый вариант этой системы с русскими буквами (обычно
это альтер-нативная кодировка ГОСТа). Некоторые особенности этих систем кодировки:
- код пробела меньше кода любой буквы, цифры и вообще любого графи-чески представимого
символа; - коды цифр упорядочены по величине цифр и не содержат пропусков,т.е.
из неравенства код('0')+; например, для доступа к байту с числом -5
надо указать выражениеG+1, для доступа к байту с 10h - выражение G+2 и т.д.
Если в директиве DB перечислены только символы, например: S DB 'a','+','b'тогда
эту директиву можно записать короче, заключив все эти символы водни кавычки: S
DB 'a+b' И, наконец, если в директиве описывается несколько одинаковых кон-стант
(переменных), то можно воспользоваться конструкцией повторения k DUP(a,b,...,c)которая
эквивалентна повторенной k раз последовательности a,b,...,c.Например,
директивы V1 DB 0,0,0,0,0 V2 DW ?,?,?,?,?,?,?,?,?,'a',1,2,1,2,1,2,1,2можно записать
более коротко таким образом: V1 DB 5 DUP(0) V2 DW 9 DUP(?), 'a', 4 DUP(1,2)
1.3. ПРЕДСТАВЛЕНИЕ КОМАНД. МОДИФИКАЦИЯ АДРЕСОВ. 1.3.1 Структура команд. Исполнительные
адреса Машинные команды ПК занимают от 1 до 6 байтов. Код операции (КОП)
занимает один или два первых байта команды. ВПК столь много различных операций,
что для них не хватает 256 различ-ных КОПов, которые можно представить в
одном байте. Поэтому некоторыеоперации объединяются в группу и им дается один и
тот же КОП, во вто-ром же байте этот КОП уточняется. Кроме того, во втором байте
указыва-ются типы и способ адресации операндов. Остальные байты команды указы-вают
на операнды. Команды могут иметь от 0 до 3 операндов, у большинства команд
-один или два операнда. Размер операндов - байт или слово (редко -двойное слово).
Операнд может быть указан в самой команде (это т.н.непосредственный операнд),
либо может находиться в одном из регистровПК и тогда в команде указывается
этот регистр, либо может находиться вячейке памяти и тогда в команде тем или иным
способом указывается ад-рес этой ячейки. Некоторые команды требуют, чтобы операнд
находился вфиксированном месте (например, в регистре AX), тогда операнд
явно неуказывается в команде. Результат выполнения команды помещается в ре-гистр
или ячейку памяти, из которого (которой), как правило, беретсяпервый операнд.
Например, большинство команд с двумя операндами реали-зуют действие op1 := op1
op2где op1 - регистр или ячейка, а op2 - непосредственный операнд, ре-гистр
или ячейка. Адрес операнда разрешено модифицировать по одному или двум регист-рам.
В первом случае в качестве регистра-модификатора разрешено ис-пользовать регистр
BX, BP, SI или DI (и никакой иной). Во втором слу-чае один из модификаторов
обязан быть регистром BX или BP, а другой -регистром SI или DI; одновременная
модификация по BX и BP или SI и DIнедопустима. Регистры BX и BP обычно используются
для хранения базы(начального адреса) некоторого участка памяти (скажем,
массива) и по-тому называются базовыми регистрами, а регистры SI и DI часто содержатиндексы
элементов массива и потому называются индексными регистрами.Однако
такое распределение ролей необязательно, и, например, в SI мо-жет находиться база
массива, а в BX - индекс элемента массива. В MASM адреса в командах записываются
в виде одной из следующихконструкции: A, A[M] или A[M1][M2],где A - адрес,
M - регистр BX, BP, SI или DI, M1 - регистр BX или BP,а M2 - регистр SI или DI.
Во второрм и третьем варианте A может отсут-ствовать, в этом случае считается,
что A=0. При выполнении команды процессор прежде всего вычисляет т.н. ис-полнительный
(эффективный) адрес - как сумму адреса, заданного в ко-манде, и текущих
значений указанных регистров-модификаторов, причемвсе эти величины рассматриваются
как неотрицательные и суммированиеведется по модулю 2^16 ([r] означает содержимое
регистра r): A : Aисп = A A[M] : Aисп = A+[M] (mod 2^16) A[M1][M2]:
Aисп = A+[M1]+[M2] (mod 2^16) Полученный таким образом 16-разрядный адрес определяет
т.н. смеще-ние - адрес, отсчитанный от начала некоторого сегмента (области)
памя-ти. Перед обращением к памяти процессор еще добавляет к смещению на-чальный
адрес этого сегмента (он хранится в некотором сегментном реги-стре), в результате
чего получается окончательный 20-разрядный ад-рес, по которому и происходит
реальное обращение к памяти (см. 1.4). 1.3.2 Форматы команд В ПК форматы машинных
команд достаточно разнообразны. Для примераприведем лишь основные форматы
команд с двумя операндами. 1) Формат "регистр-регистр" (2байта): -------------
---------------- | КОП |d|w| | 11 |reg1|reg2| ------------- ----------------
7 2 1 0 7 6 5 3 2 0Команды этого формата описывают обычно действие reg1:=reg1 reg2
илиreg2:=reg2 reg1. Поле КОП первого байта указывает на операцию ( ), ко-торую
надо выполнить. Бит w определяет размер операндов, а бит d ука-зывает, в какой
из регистров записывается результат: w = 1 - слова d = 1 - reg1:=reg1 reg2
= 0 - байты = 0 - reg2:=reg2 reg1Во втором байте два левых бита фиксированы (для
данного формата), атрехбитовые поля reg1 и reg2 указывают на регистры, участвующие
в опе-рации, согласно следующей таблице: reg w=1 w=0 reg w=1 w=0 -----------------
----------------- 000 AX AL 100 SP AH 001 CX CL 101 BP CH 010 DX DL
110 SI DH 011 BX BL 111 DI BH 2) Формат "регистр-память" (2-4 байта): -------------
------------- ------------------- | КОП |d|w| |mod|reg|mem| |адрес (0-2 байта)|
------------- ------------- -------------------Эти команды описывают операции
reg:=reg mem или mem:=mem reg. Бит wпервого байта определяет размер операндов
(см. выше), а бит d указыва-ет, куда записывается результат: в регистр (d=1)
или в ячейку памяти(d=0). Трехбитовое поле reg второго байта указывает операнд-регистр(см.
выше), двухбитовое поле mod определяет, сколько байтов в командезанимает
операнд-адрес (00 - 0 байтов, 01 - 1 байт, 10 - 2 байта), атрехбитовое поле
mem указывает способ модификации этого адреса. В сле-дующей таблице указаны
правила вычисления исполнительного адреса в за-висимости от значений полей mod
и mem (a8 - адрес размером в байт, a16- адрес размером в слово): mem mod |
00 01 10 ------------------------------------------------------- 000 | [BX]+[SI]
[BX]+[SI]+a8 [BX]+[SI]+a16 001 | [BX]+[DI] [BX]+[DI]+a8 [BX]+[DI]+a16 010 | [BP]+[SI]
[BP]+[SI]+a8 [BP]+[SI]+a16 011 | [BP]+[DI] [BP]+[DI]+a8 [BP]+[DI]+a16
100 | [SI] [SI]+a8 [SI]+a16 101 | [DI] [DI]+a8 [DI]+a16 110 | a16 [BP]+a8 [BP]+a16
111 | [BX] [BX]+a8 [BX]+a16 Замечания. Если в команде не задан адрес, то он
считается нулевым.Если адрес задан в виде байта (a8), то он автоматически расширяется
сознаком до слова (a16). Случай mod=00 и mem=110 указывает на отсутствиерегистров-модификаторов,
при этом адрес должет иметь размер слова (ад-ресное выражение
[BP] ассемблер транслирует в mod=01 и mem=110 приa8=0). Случай mod=11 соответствует
формату "регистр-регистр". 3) Формат "регистр-непосредственный операнд"
(3-4 байта): ----------- ------------- -------------------------- | КОП |s|w|
|11|КОП"|reg| |непосред.операнд (1-2 б)| ----------- ------------- --------------------------Команды
этого формата описывают операции reg:=reg immed (immed
- не-посредственный операнд). Бит w указывает на размер операндов, а полеreg
- на регистр-операнд (см. выше). Поле КОП в первом байте определя-ет лишь класс
операции (например, класс сложения), уточняет же опера-цию поле КОП" из второго
байта. Непосредственный операнд может зани-мать 1 или 2 байта - в зависимости
от значения бита w, при этом опе-ранд-слово записывается в команде в "перевернутом"
виде. Ради экономиипамяти в ПК предусмотрен случай, когда в операции над
словами непос-редственный операнд может быть задан байтом (на этот случай указывает1
в бите s при w=1), и тогда перед выполнением операции байт автомати-чески
расширяется (со знаком) до слова. 4) Формат "память-непосредственный операнд"
(3-6 байтов): ----------- -------------- -------------- ------------------ | КОП
|s|w| |mod|КОП"|mem| |адрес (0-2б)| |непоср.оп (1-2б)| ----------- --------------
-------------- ------------------Команды этого формата описывают операции
типа mem:=mem immed. Смыслвсех полей - тот же, что и в предыдущих форматах. Помимо
рассмотренных в ПК используются и другие форматы команды сдвумя операндами;
так, предусмотрен специальный формат для команд,один из операндов которых фиксирован
(обычно это регистр AX). Имеютсвои форматы и команды с другим числом операндов.
1.3.3 Запись команд в MASM Из сказанного ясно, что одна и та же операция
в зависимости от ти-пов операдов записывается в виде различных машинных команд:
например,в ПК имеется 28 команд пересылки байтов и слов. В то же время в MASMвсе
эти "родственные" команды записываются единообразно: например, всекоманды
пересылки имеют одну и ту же символьную форму записи: MOV op1,op2 (op1:=op2)Анализируя
типы операндов, ассемблер сам выбирает подходящую машиннуюкоманду. В общем
случае команды записываются в MASM следующим образом: метка: мнемокод операнды
;комментарийМетка с двоеточием, а также точка с запятой и комментарий могут
отсут-ствовать. Метка играет роль имени команды, ее можно использовать в ко-мандах
перехода на данную команду. Комментарий не влияет на смысл ко-манды, а лишь
поясняет ее. Мнемонические названия операций полностью перечислены в главе 2.
Операнды, если есть, перечисляются через запятую. Основные правилазаписи операндов
следующие. Регистры указываются своими именами, например: MOV AX,SI ;оба
операнда - регистры Непосредственные операнды задаются константными выражениями
(ихзначениями являются константы-числа), например: MOV BH,5 ;5 - непосредственный
операнд MOV DI,SIZE X ;SIZE X (число байтов, занимаемых перемен- ;ной X) -
непосредственный операнд Адреса описываются адресными выражениями (например, именами
пере-менных), которые могут быть модифицированы по одному или двум регист-рам;
например, в следующих командах первые операнды задают адреса: MOV X,AH MOV
X[BX][DI],5 MOV [BX],CL При записи команд в символьной форме необходимо внимательно
сле-дить за правильным указанием типа (размера) операндов, чтобы не былоошибок.
Тип обычно определяется по внешнему виду одного из них, напри-мер: MOV
AH,5 ;пересылка байта, т.к. AH - байтовый регистр MOV AX,5 ;пересылка слова, т.к.
AX - 16-битовый регистр ;(операнд 5 может быть байтом и словом, по нему ;нельзя
определить размер пересылаемой величины) MOV [BX],300 ;пересылка слова, т.к.
число 300 не может быть ;байтом Если по внешнему виду можно однозначно определить
тип обоих опе-рандов, тогда эти типы должны совпадать, иначе ассемблер зафиксируетошибку.
Примеры: MOV DS,AX ;оба операнда имеют размер слова MOV CX,BH
;ошибка: регистры CX и BH имеют разные размеры MOV DL,300 ;ошибка: DL - байтовый
регистр, а число 300 не ;может быть байтом Возможны ситуации, когда по внешнему
виду операндов нельзя опреде-лить тип ни одного из них, как, например, в команде
MOV [BX],5Здесь число 5 может быть и байтом, и словом, а адрес из регистра
BXможет указывать и на байт памяти, и на слово. В подобных ситуациях ас-семблер
фиксирует ошибку. Чтобы избежать ее, надо уточнить тип одногоиз операндов с помощью
оператора с названием PTR: MOV BYTE PTR [BX],5 ;пересылка байта MOV WORD
PTR [BX],5 ;пересылка слова(Операторы - это разновидность выражений языка MASM,
аналогичные функ-циям.) Оператор PTR необходим и в том случае, когда надо изменить
тип,предписанный имени при его описании. Если, например, X описано как имяпеременной
размером в слово: X DW 999и если надо записать в байтовый регистр AH
значение только первогобайта этого слова, тогда воспользоваться командой MOV AH,Xнельзя,
т.к. ее операнды имеют разный размер. Эту команду следует за-писать
несколько иначе: MOV AH,BYTE PTR XЗдесь конструкция BYTE PTR X означает адрес X,
но уже рассматриваемыйне как адрес слова, а как адрес байта. (Напомним, что с
одного и тогоже адреса может начинаться байт, слово и двойное слово; оператор
PTRуточняет, ячейку какого размера мы имеем в виду.) И еще одно замечание. Если
в символьной команде, оперирующей сословами, указан непосредственный операнд размером
в байт, как, напри-мер, в команде MOV AX,80hто возникает некоторая неоднозначность:
что будет записано в регистрAX - число 0080h (+128) или 0FF80h (-128)?
В подобных ситуациях ассем-блер формирует машинную команду, где операнд-байт
расширен до слова,причем расширение происходит со знаком, если операнд был записан
какотрицательное число, и без знака в остальных случаях. Например: MOV AX,-128
; => MOV AX,0FF80h (A:=-128) MOV AX,128 ; => MOV AX,0080h (A:=+128) MOV
AX,80h ; => MOV AX,0080h (A:=+128) 1.4. СЕГМЕНТИРОВНИЕ 1.4.1 Сегменты памяти. Сегментные
регистры. Первые модели ПК имели оперативную память объемом 2^16 байтов(64Кб)
и потому использовали 16-битовые адреса. В последующих моделяхпамять была
увеличена до 2^20 байтов (1Мб=1000Кб), для чего уже необ-ходимы 20-битовые
адреса. Однако в этих ПК ради сохранения преемствен-ности были сохранены 16-битовые
адреса: именно такие адреса хранятся врегистрах и указываются в командах,
именно такие адреса получаются врезультате модмфикации по базовым и индексным регистрам.
Как же удает-ся 16-битовыми адресами ссылаться на 1Мб памяти? Эта проблема
решается с помощью сегментирования адресов (неявногобазирования адресов).
В ПК вводится понятие "сегмент памяти". Так на-зывается любой участок памяти размером
до 64Кб и с начальным адресом,кратным 16. Абсолютный (20-битовый) адрес
A любой ячейки памяти можнопредставить как сумму 20-битового начального адреса
(базы) B сегмента,которому принадлежит ячейка, и 16-битового смещения D - адреса
этойячейки, отсчитанного от начала сегмента: A=B+D. (Неоднозначность выбо-ра
сегмента не играет существенной роли, главное - чтобы сумма B и Dдавала нужный
адрес.) Адрес B заносится в некоторый регистр S, а в ко-манде, где должен быть
указан адрес A, вместо него записывается параиз регистра S и смещения D (в MASM
такая пара, называемая адресной па-рой или указателем, записывается как S:D).
Процессор же устроен так,что при выполнении команды он прежде всего по паре S:D
вычисляет абсо-лютный адрес A как сумму содержимого регистра S и смещения D
и толькозатем обращается к памяти по этому адресу A. Вот так, заменяя в коман-дах
абсолютные адреса на адресные пары, и удается адресовать всю па-мять 16-битовыми
адресами (смещениями). В качестве регистра S разрешается использовать не любой
регистр, атолько один из 4 регистров, называемых сегментными: CS, DS, SS и
ES. Всвязи с этим одновременно можно работать с 4 сегментами памяти: началоодного
из них загружается в регистр CS и все ссылки на ячейки этогосегмента указываются
в виде пар CS:D, начало другого заносится в DS ивсе ссылки на его ячейки задаются
в виде пар DS:D и т.д. Если одновре-менно надо работать с большим числом
сегментов, тогда нужно своевре-менно спасать содержимое сегментных регистров
и записывать в них на-чальные адреса пятого, шестого и т.д. сегментов. Отметим,
что используемые сегменты могут быть расположены в памятипроизвольным образом:
они могут не пересекаться, а могут пересекатьсяи даже совпадать. Какие сегменты
памяти использовать, в каких сегмент-ных регистрах хранить их начальные адреса
- все это личное дело авторамашинной программы. Как и все регистры ПК, сегментные
регистры имеют размер слова. По-этому возникает вопрос: как удается разместить
в них 20-битовые на-чальные адреса сегментов памяти? Ответ такой. Поскольку
все эти адресакратны 16 (см. выше), то в них младшие 4 бита (последняя 16-ричнаяцифра)
всегда нулевые, а потому эти биты можно не хранить явно, а лишьподразумевать.
Именно так и делается: в сегментном регистре всегдахранятся только первые
16 битов (первые четыре 16-ричные цифры) на-чального адреса сегмента (эта величина
называется номером сегмента илипросто сегментом). При вычислении же абсолютного
адреса A по паре S:Dпроцессор сначала приписывает справа к содержимому
регистра S четыренулевых бита (другими словами, умножает на 16) и лишь затем прибавляетсмещение
D, причем суммирование ведется по модулю 2^20: Aабс = 16*[S]+D
(mod 2^20)Если, например, в регистре CS хранится величина 1234h, тогда адреснаяпара
1234h:507h определяет абсолютный адрес, равный 16*1234h+507h =12340h+507h
= 12847h. 1.4.2 Сегментные регистры по умолчанию Согласно описанной схеме сегментирования
адресов, замену абсолют-ных адресов на адресные пары надо производить
во всех командах, имею-щих операнд-адрес. Однако разработчики ПК придумали
способ, позволяю-щий избежать выписывания таких пар в большинстве команд. Суть
его втом, что заранее договариваются о том, какой сегментный регистр на ка-кой
сегмент памяти будет указывать, и что в командах задается толькосмещение: не указанный
явно сегментный регистр автоматически восста-навливается согласно этой
договоренности. И только при необходимостинарушить эту договоренность надо полностью
указывать адресную пару. Что это за договоренность? Считается, что регистр
CS всегда указывает на начало области памя-ти, в которой размещены команды программы
(эта область называется сег-ментом команд или сегментом кодов), и потому
при ссылках на ячейкиэтой области регистр CS можно не указывать явно, он подразумевается
поумолчанию. (Отметим попутно, что абсолютный адрес очередной команды,подлежащей
выполнению, всегда задается парой CS:IP: в счетчике командIP всегда
находится смещение этой команды относительно адреса из реги-стра CS.) Аналогично
предполагается, что регистр DS указывает на сег-мент данных (область памяти
с константами, переменными и другими вели-чинами программы), и потому во всех
ссылках на этот сегмент регистр DSможно явно не указывать, т.к. он подразумевается
по умолчанию. РегистрSS, считается, указывает на стек - область памяти, доступ
к которойосуществляется по принципу "последним записан - первым считан" (см.1.7),
и потому все ссылки на стек, в которых явно не указан сегментныйрегистр,
по умолчанию сегментируются по регистру SS. Регистр ES счита-ется свободным,
он не привязан ни к какому сегменту памяти и его можноиспользовать по своему усмотрению;
чаще всего он применяется для дос-тупа к данным, которые не поместились
или сознательно не были размеще-ны в сегменте данных. С учетом такого распределения
ролей сегментных регистров машинныепрограммы обычно строятся так: все команды
программы размещаются в од-ном сегменте памяти, начало которого заносится
в регистр CS, а вседанные размещаются в другом сегменте, начало которого заносится
в ре-гистр DS; если нужен стек, то под него отводится третий сегмент памя-ти,
начало которого записывается в регистр SS. После этого практическиво всех
командах можно указывать не полные адресные пары, а лишь сме-щения, т.к. сегментные
регистры в этих парах будут восстанавливатьсяавтоматически. Здесь, правда,
возникает такой вопрос: как по смещению определить,на какой сегмент памяти оно
указывает? Точный ответ приведен ниже (см.1.4.3), а в общих чертах он такой: ссылки
на сегмент команд могут бытьтолько в командах перехода, а ссылки практически
во всех других коман-дах (кроме строковых