Директивы объявления данных

Глубокое понимание работы компьютера и операционной системы.

Даже если вы пишете программу на языке высокого уровня, знание ассемблера поможет понять, как будет выполняться программа, как хранятся переменные, как вызываются функции. А это позволит избежать многих очень неприятных ошибок. Есть такие люди, которые знают программирование только на уровне языка. То есть знают, что надо написать, чтобы получить какой-то результат. А как оно работает, для них остается тайной, покрытой мраком. Человек, владеющий ассемблером, будет лучше программировать и на других языках.

Максимальная гибкость при работе с аппаратными ресурсами.

Используя ассемблер, можно делать с компьютером все что угодно! А языки высокого уровня ограничены компилятором и используемыми библиотеками. Такие современные языки, как Java и C# вообще не позволяют работать с аппаратными ресурсами и операционной системой напрямую.

Оптимизация программ по скорости выполнения.

Современные компиляторы довольно неплохо оптимизируют код, поэтому писать на ассемблере все подряд, конечно, не имеет смысла. Однако, если вы пишите программы для шифрования или архивации больших файлов, то применение ассемблера позволит в несколько раз увеличить скорость выполнения программы. Причем достаточно реализовать на ассемблере небольшой критически важный участок программы, который производит вычисления или сложные преобразования, а интерфейс может быть написан на языке высокого уровня.

Оптимизация программ по размеру кода.

Программа на ассемблере, как правило, значительно меньше аналогичной программы на другом языке программирования. Для современных персональных компьютеров и серверов с терабайтными дисками и гигабайтами памяти это, конечно, вряд ли играет большую роль. Но для микроконтроллеров, где всего несколько килобайт памяти, маленький размер программы очень важен. Чем меньше программа, тем меньше памяти требуется и тем проще и дешевле будет используемая микросхема.

Дизассемблирование и отладка.

Знание ассемблера позволяет изучить любую программу дизассемблером и изучить механизм её работы. Ассемблер очень может помочь при отладке. Иногда случаются ошибки и в компиляторах. Вроде бы корректно написанный код выполняется вовсе не так, как предполагалось. Чтобы обнаружить такую ошибку надо посмотреть, во что скомпилируется код, а разобраться в этом без ассемблера невозможно.

Для программирования на ассемблере прежде всего необходим компилятор. Наиболее известные компиляторы это TASM, MASM и FASM. В этом учебном курсе использована FASM. Это довольно новый, удобный, быстро развивающийся компилятор ассемблера, написанный на себе самом. Его преимущества — это поддержка сложных макросов и мультиплатформенность. Есть версии под DOS, Windows и Linux.

С его помощью можно сгенерировать файл любого формата, не обязательно исполняемый файл, так что FASM — это превосходный инструмент для экспериментов и исследований.

Последнюю версию FASM’a можно скачать с официального сайта http://www.flatassembler.net/.

Для отладки написанных программ будем использовать Turbo Debugger из пакета TASM.

Регистры процессора 8086

Для того, чтобы писать программы на ассемблере, нам необходимо знать, какие регистры процессора существуют и как их можно использовать. Все процессоры архитектуры x86 (даже многоядерные, большие и сложные) являются дальними потомками древнего Intel 8086 и совместимы с его архитектурой. Это значит, что программы на ассемблере 8086 будут работать и на всех современных процессорах x86.

Все внутренние регистры процессора Intel 8086 являются 16-битными:

Всего процессор содержит 12 программно-доступных регистров, а также регистр флагов (FLAGS) и указатель команд (IP).

Регистры общего назначения (РОН) AX, BX, CX и DX используются для хранения данных и выполнения различных арифметических и логических операций. Кроме того, каждый из этих регистров поделён на 2 части по 8-бит, с которыми можно работать как с 8-битными регистрами (AH, AL, BH, BL, CH, CL, DH, DL). Младшие части регистров имеют в названии букву L (от слова Low), а старшие H (от слова High). Некоторые команды неявно используют определённый регистр, например, CX может выполнять роль счетчика цикла.

Индексные регистры предназначены для хранения индексов при работе с массивами. SI (Source Index) содержит индекс источника, а DI (Destination Index) — индекс приёмника, хотя их можно использовать и как регистры общего назначения.

Регистры-указатели BP и SP используются для работы со стеком. BP (Base Pointer) позволяет работать с переменными в стеке. Его также можно использовать в других целях. SP (Stack Pointer) указывает на вершину стека. Он используется командами, которые работают со стеком. (Про стек я подробно расскажу в отдельной части учебного курса)

Сегментные регистры CS (Code Segment), DS (Data Segment), SS (Stack Segment) и ES (Enhanced Segment) предназначены для обеспечения сегментной адресации. Код находится в сегменте кода, данные — в сегменте данных, стек — в сегменте стека и есть еще дополнительный сегмент данных. Реальный физический адрес получется путём сдвига содержимого сегментного регистра на 4 бита влево и прибавления к нему смещения (относительного адреса внутри сегмента). Подробнее о сегментной адресации рассказывается в части 31.

COM-программа всегда находится в одном сегменте, который является одновременно сегментом кода, данных и стека. При запуске COM-программы сегментные регистры будут содержать одинаковые значения.

Указатель команд IP (Instruction Pointer) содержит адрес команды (в сегменте кода). Напрямую изменять его содержимое нельзя, но процессор делает это сам. При выполнении обычных команд значение IP увеличивается на размер выполненной команды. Существуют также команды передачи управления, которые изменяют значение IP для осуществления переходов внутри программы.

Регистр флагов FLAGS содержит отдельные биты: флаги управления и признаки результата. Флаги управления меняют режим работы процессора:

· D (Direction) — флаг направления. Управляет направлением обработки строк данных: DF=0 — от младших адресов к старшим, DF=1 — от старших адресов к младшим (для специальных строковых команд).

· I (Interrupt) — флаг прерывания. Если значение этого бита равно 1, то прерывания разрешены, иначе — запрещены.

· T (Trap) — флаг трассировки. Используется отладчиком для выполнения программы по шагам.

Признаки результата устанавливаются после выполнения арифметических и логических команд:

· S (Sign) — знак результата, равен знаковому биту результата операции. Если равен 1, то результат — отрицательный.

· Z (Zero) — флаг нулевого результата. ZF=1, если результат равен нулю.

· P (Parity) — признак чётности результата.

· C (Carry) — флаг переноса. CF=1, если при сложении/вычитании возникает перенос/заём из старшего разряда. При сдвигах хранит значение выдвигаемого бита.

· A (Auxiliary) — флаг дополнительного переноса. Используется в операциях с упакованными двоично-десятичными числами.

· O (Overflow) — флаг переполнения. CF=1, если получен результат за пределами допустимого диапазона значений.

Не волнуйтесь, если что-то показалось непонятным. Из дальнейшего объяснения станет ясно, что к чему и как всем этим пользоваться

Директивы объявления данных

Практически любая программа кроме машинных команд содержит также какие-то данные. Например, числа, текстовые строчки, идентификаторы, различные ресурсы и т.д. Данные могут быть как константами, не меняющими своё значение во время выполнения программы, так и переменными, в которых хранятся всякие промежуточные результаты.

Прежде всего нужно научиться объявлять данные в программе. Для этого в ассемблере существуют директивы объявления данных.

В учебном курсе для нас самыми полезными будут директивы db, dw и dd.