9.3 Мова програмування Асемблер-86

Вхідний контроль:

1. Що входить до поняття “архітектура мікропроцесорів”?

2. В чому полягає різниця між мовами програмування високого і низького рівнів?

3. Як можуть будуть подані дробові числа в обчислювальній системі?

4. В яких кодах подаються числа зі знаком в обчислювальній системі?

5. Наведіть регістрову модель 16-розрядного МП фірми Intel.

6. Які сегменти існують в основній пам’яті МПС, побудованої на МП фірми Intel?

7. Які способи адресування операндів МП фірми IntelВи знаєте?

8. Що називається стеком і як його організовано?

Кожна мікропроцесорна система на МП певної моделі має свою власну мову програмування – мову машинних команд (машинну мову) і функціонувати може безпосередньо лише під керуванням програми, яка написана цією мовою. Машинна мова є сукупністю двійкових кодів усіх операцій, які може виконувати певний процесор. Машинна мова є незручною для широкого використання, тому що потребує досить великих витрат часу для написання і налагодження таких програм. Більш широке поширення находять мови програмування, які не співпадають з машинною мовою і є зручнішими за неї при використанні. Усі мови програмування можливо поділити на дві групи: мови високого і низького рівнів (машинно-орієнтовані мови), що відбиває ступінь близькості цих мов до машинної.

Мова Асемблер – це машинно-орієнтована мова, яка дозволяє використовувати усі структурні особливості мікропроцесорної системи, що пов’язані з апаратними можливостями, набором машинних команд, складом периферійного обладнання тощо. Мова Асемблер – це символічне подання машинної команди у вигляді її мнемонічного зображення. Програмування на Асемблері вимагає знання способів подання й оброблення даних на рівні машинних команд, що забезпечується знанням різних систем числення та архітектури МПС. Мова Асемблер поєднує у собі переваги машинної мови і деякі особливості мов високого рівня. Асемблер є найбільш ефективною мовою програмування при розв’язанні задач розробки системного програмного забезпечення, розробки програм для обміну даними з нестандартним периферійним обладнанням (драйвери), програмуванням систем реального часу для керування технологічними процесами й обладнанням, а також для забезпечення роботи інформаційно-обчислювальних систем та ефективного використання можливостей (робота у захищеному режимі) і ресурсів МПС.

Мова Асемблер мікропроцесорів фірми Intelє досить розвиненою і гнучкою. До складу мови Асемблер-86 входять понад 100 базових команд, відповідно до яких генерується понад 3800 машинних команд; близько 20 директив, призначених для розподілення пам’яті, ініціалізації змінних, умовного асемблювання тощо. Також у ній передбачено використання засобів структурування даних, що є характерним для мов програмування високого рівня.

Всі команди мови Асемблер можливо поділити за групами, відповідно їх функціональному призначенню: пересилання даних, арифметичні операції, логічні операції і зсуви, передачі керування, оброблення рядків даних і команди керування станом центрального процесора.

Сукупність команд і директив, що представляють текст програми, називаються початковим модулем. Початкові модулі створюються за допомогою текстового редактора і можуть зберігатися на будь-якому носії у вигляді початкового файла. Цей файл може мати будь-яку назву і розширення .asm. Асемблер перетворює початковий модуль воб’єктний модуль. Ця операція називаєтьсятрансляцією, а програма, яка її виконує –транслятором. На етапі створення об’єктного модуля виконується перетворення команд Асемблера на машинні команди. У результаті роботи транслятора створюються: об’єктний модуль – файл, який має розширення.obj, файл лістинга, який має розширення.lstі файл перехресних посилань з розширенням.crf. Файл лістинга вміщує код Асемблера початкової програми, для кожної команди якої вказано машинний код і зміщення у кодовому сегменті, крім того, до цього файла входять таблиці з інформацією про мітки і сегменти, які використовуються у програмі і повідомлення про синтаксичні помилки. Імена файлів призначає програміст, вони можуть співпадати, а можуть бути різними.

Після створення об’єктного модуля він оброблюється за допомогою програми-укладача, яка генерує завантажувальний модуль. Це файл, який має розширення.exeі який може виконуватися МПС. Програма-укладач у завантажувальному модулі об’єднує об’єктні модулі, що входять до програми і підключає, за необхідності, бібліотечні модулі і замінює відносні адреси комірок пам’яті на абсолютні, з урахуванням області пам’яті, в яку модуль буде завантажено для виконання. Бібліотечні модулі – це об’єктні файли, які містять найбільш поширені програми. Ім’я завантажувального модуля також призначає програміст. Блок-схему алгоритму підготовки програми на мові Асемблер для її виконання показано на рис. 9.8.

Текст програми на мові Асемблер складається з операторів (речень) чотирьох типів:

• команди, які є символічними аналогами машинних команд МПС;

• макрокоманди – конструкції, які при трансляції програми замінюються на послідовність відповідних команд;

• директиви – інструкції транслятору з виконання певних дій;

• коментарі – пояснення з виконання команди або фрагмента програми, використовуються для документування і кращого розуміння змісту програми; коментар ігнорується Асемблером, тому він може бути написаний будь-якою мовою, і відокремлюється символом ; від іншої частини речення.

Рисунок 9.8 – Блок-схема підготовки програми для її виконання

Довжина речення становить 131 символ, усі інші ігноруються. Речення повинно розташовуватися у межах одного рядка, переносити речення на інший рядок не дозволяється. Речення Асемблера формуються із найпростіших конструкцій мови – лексем, синтаксично нероздільних послідовностей допустимих символів алфавіту Асемблера, які мають значення для транслятора. Як символи алфавіту Асемблера використовуються:

• усі літери латинського алфавіту, при цьому великі і малі літери є еквівалентні;

• цифри від 0 до 9;

• спеціальні і розподілювальні символи, до яких відносяться: ?, @, $, _, &, [ ], ( ), < >, { }, +, –, /, *, %, !, “ “, \, =, #,^ і деякі недруковані символи.

До лексем відносяться: ідентифікатори, рядки символів, цілі числа двійкової, шістнадцяткової або десяткової систем числення.

Ідентифікатор– це послідовність символів, яка визначена програмістом і використовується для іменування об’єктів програми (міток, змінних, назв операцій тощо). Ідентифікатор може складатися з одного або кількох символів, але починатися може лише літерою. Крапка може бути лише першим символом ідентифікатора. Інші спеціальні символи використовувати в ідентифікаторах не дозволяється. Довжина ідентифікатора становить до 255 символів, але транслятор сприймає лише 32 перших символи, інші ігноруються.

Ідентифікатори поділяються на службові словайімена. До службових слів відносяться ідентифікатори, значення яких однозначно визначено (назви регістрів, команд і таке інше). Імена – це символічні назви, які користувач призначає певним об’єктам програми (змінним, коміркам пам’яті тощо).

Рядком символівможе бути будь-яка послідовність символів, в якості яких можливо використовувати літери і спеціальні символи, крім символа повернення каретки та перенесення рядка. Рядок символів обов’язково брати у лапки.

Через те, що мікропроцесор може працювати з різними сегментами, то для завантаження і роботи програми необхідно задати сегменти й особливості їх використання. Це робиться за допомогою директиви SEGMENT, яка має вигляд:

{Ім’я сегмента}

SEGMENT

{Тип вирівнювання}

{Тип комбінування}

{Клас сегмента}

{Тип розміру}

Програма

{Ім’я сегмента}

END

Розглянемо окремі поля цієї директиви.

Тип вирівнювання– повідомлення програмі-укладачу про адресу початку сегмента. При правильному розміщенні програма виконується швидше. Можливі значення:

• BYTE– вирівнювання не виконується. Початкова адреса сегмента може бути будь-якою;

• WORD– сегмент починається з адреси, яка є кратна 2, при цьому молодший значний біт фізичної адреси дорівнює 0. Виконується вирівнювання по межі слова;

• DWORD– сегмент починається з адреси, яка є кратна 4. Виконується вирівнювання по межі подвійного слова;

• PARA– сегмент починається з адреси, яка є кратна 16, при цьому остання шістнадцяткова цифра фізичної адреси дорівнює 0Н. Виконується вирівнювання по межі параграфа;

• PAGE– сегмент починається з адреси, яка є кратна 256. Виконується вирівнювання по межі сторінки;

• MEMPAGE– сегмент починається з адреси, яка є кратна 4 кбайтам.

За умовчанням тип вирівнювання має значення PARA.

Тип комбінування –повідомлення програмі-укладачу про об’єднання при виконанні сегментів різних модулів програми, які мають однакові імена. Можливі значення:

• PRIVATE– сегмент не об’єднується з іншими сегментами;

• PUBLIC– об’єднуються усі сегменти з однаковими іменами. Сегмент, що отримаємо, буде цілий і безперервний, а всі адреси будуть формуватися від його початку;

• COMMON– усі сегменти з однаковими іменами розміщуються за однією адресою. Таким чином, усі сегменти будуть перекриватися і сумісно використовувати пам’ять;

• AT xxxx– розміщує сегмент за абсолютною адресою параграфа, адреса якого задається виразомхххх;

• STACK– визначення сегмента стека. Усі сегменти, що мають однакові імена, об’єднуються таким чином, що їх адреси розраховуються відносно вмісту регістраSS.

Клас сегмента– повідомлення про відповідний порядок включення сегментів при складанні програми із сегментів різних модулів. Програма-укладач з’єднує усі сегменти, що мають однаковий клас. Рекомендується об’єднувати сегменти з однаковим функціональним призначенням (наприклад, сегменти коду програми). Клас сегмента – це рядок, який береться у лапки, наприклад, сегмент коду «CODE».

Тип розміру сегмента– задає розмір сегмента і порядок формування фізичної адреси в ньому, тому що дані можуть бути 16- або 32-розрядними. Може приймати такі значення:

1. USE16 – формування фізичної адреси у такому сегменті виконується тільки з 16-розрядним зміщенням. Розмір такого сегмента 64 кбайт.

2. USE32 – формування фізичної адреси у такому сегменті виконується тільки з 32-розрядним зміщенням. Розмір такого сегмента 4 Гбайт.

Для призначення сегментам конкретного функціонального призначення і закріплення їх за сегментними регістрами використовується директива ASSUME, яка має вид:

ASSUME

Назва сегментного регістра;

Ім’я сегмента

Для простих програм, що мають по одному сегменту для коду, даних і стека, у найбільш поширених трансляторах TASMiMASMдля спрощення директив сегментування уведено директиву зазначення моделі пам’ятіMODEL, яка частково керує розміщенням сегментів. Ця директива зв’язує сегменти, які при використанні спрощених директив сегментування мають наперед визначені імена з сегментними регістрами. Обов’язковим параметром цієї директиви є модель пам’яті. У табл. 9.1 наведено назви і значення параметрів директивиMODEL.

У цій таблиці поняття nearіfarхарактеризують віддаленість об’єкта від місця використання. Якщо об’єкт розташовано у сегменті разом з кодом і звернутися до нього можливо за допомогою двобайтового зміщення, то це відповідає типу near (близький перехід). При цьому команда модифікує лише вміст вказівника командІР. В іншому випадку об’єкт розміщується в іншому сегменті (типfar) і для звернення до нього необхідно надати чотирибайтний вказівник – сегмент: зміщення. При цьому буде модифіковано вміст двох регістрів.

Таблиця 9.1 – Назви і параметри моделей пам’яті

Модель	Тип коду	Тип даних	Призначення моделі
TINY	near	near	Код і дані поєднано в одну групу з ім’ям DGROUP. Використовується для створення програм з розширенням .com
SMALL	near	near	Код займає один сегмент, дані об’єднано у одну групу з ім’ям DGROUP. Ця модель, звичайно, використовується для створення програм мовоюасемблера
MEDIUM	far	near	Код займає декілька сегментів, по одному на кожен програмний модуль, що об’єднується. Усі посилання на передачу керування – типу far. Дані поєднано в одній групі. Усі посилання на них – типуnear
COMPACT	near	far	Код знаходиться в одному сегменті. Дані можуть бути у різних сегментах. Посилання на них типу far
LARGE	far	far	Код займає декілька сегментів, по одному на кожен програмний модуль, що об’єднується. Усі посилання типу – far

Опис простих типів даних. Для правильного описування і оброблення даних їх необхідно описати, для чого використовуються спеціальні директиви резервування й ініціалізації даних, які є вказівками транслятору на виділення певного обсягу пам’яті для розміщення даних певної довжини. Ці директиви мають вид:

• db– резервування пам’яті для даних довжиною 1 байт;

• dw– резервування пам’яті для даних довжиною 2 байта (слово);

• dd– резервування пам’яті для даних довжиною 4 байта (подвійне слово);

• df– резервування пам’яті для даних довжиною 6 байт;

• dq– резервування пам’яті для даних довжиною 8 байт;

• dt– резервування пам’яті для даних довжиною 10 байт.

Нижче наведено приклад використання директив для керування програмою на мові Асемблер.

MODEL SMALL ; Тип моделі пам’яті, що буде

; використовуватися

STACK 256 ; Визначення сегмента стека

DATA SEGMENT ; Визначення сегмента даних

DATA ENDS

CODE SEGMENT ; Визначення сегмента коду

ASSUME CS:CODE,DS:DATA,ES:DATA ; Закріплення сегментних

; регістрів

· ;

· ; Програма

· ;

CODE ENDS ; Кінець коду програми

END ; Закінчення

Контрольні питання:

1. Які особливості мови Асемблер забезпечують її використання?

2. Які файли формуються у результаті роботи програми-транслятора?

3. Чому виконання асемблерної програми можливо лише після роботи програми-укладача?

4. Які файли використовує програма-укладач для формування завантажувального модуля?

5. Які оператори (речення) можуть входити до тексту програми на мові асемблера?

6. Які моделі пам’яті Ви знаєте? Чим відрізняються поняття nearіfar?

7. Які директиви використовуються для опису простих типів даних?

Контрольні питання підвищеної складності:

1. Для чого використовуються різні типи комбінування?

2. Яким чином програмувач задає типи сегментів і особливості їх використання?

3. Які директиви резервування й ініціалізації даних Ви знаєте?