Программа на ассемблере представляет собой совокупность блоков памяти, называемых сегментами памяти. Программа может состоять из одного или нескольких таких блоков-сегментов. Каждый сегмент содержит совокупность предложений языка, каждое из которых занимает отдельную строку кода программы.
Предложения ассемблера бывают четырех типов:
В процессе трансляции инструкции ассемблера преобразуются в соответствующие
команды системы команд микропроцессора;
Предложения, составляющие программу, могут представлять собой синтаксическую конструкцию, соответствующую команде, макрокоманде, директиве или комментарию. Для того чтобы транслятор ассемблера мог распознать их, они должны формироваться по определенным синтаксическим правилам. Для этого лучше всего использовать формальное описание синтаксиса языка наподобие правил грамматики. Наиболее распространенные способы подобного описания языка программирования — синтаксические диаграммы и расширенные формы Бэкуса—Наура. Для практического использования более удобны синтаксические диаграммы. К примеру, синтаксис предложений ассемблера можно описать с помощью синтаксических диаграмм, показанных на следующих рисунках.
Рис. 1. Формат предложения ассемблера
Рис. 2. Формат директив
Рис. 3. Формат команд и макрокоманд
На этих рисунках:
Как использовать синтаксические диаграммы?
Очень просто: для этого нужно всего лишь найти и затем пройти путь от входа
диаграммы (слева) к ее выходу (направо). Если такой путь существует, то
предложение или конструкция синтаксически правильны. Если такого пути нет,
значит эту конструкцию компилятор не примет. При работе с синтаксическими
диаграммами обращайте внимание на направление обхода, указываемое стрелками,
так как среди путей могут быть и такие, по которым можно идти справа налево. По
сути, синтаксические диаграммы отражают логику работы транслятора при разборе
входных предложений программы.
Допустимыми символами при написании текста программ являются:
Предложения ассемблера формируются из лексем, представляющих собой синтаксически неразделимые последовательности допустимых символов языка, имеющие смысл для транслятора.
Лексемами являются:
Таким образом, мы разобрались с тем, как конструируются предложения программы ассемблера. Но это лишь самый поверхностный взгляд.
Практически каждое предложение содержит описание объекта, над которым или
при помощи которого выполняется некоторое действие. Эти объекты называются операндами.
Их можно определить так:
операнды — это объекты (некоторые значения, регистры или
ячейки памяти), на которые действуют инструкции или директивы, либо это
объекты, которые определяют или уточняют действие инструкций или директив.
Операнды могут комбинироваться с арифметическими, логическими, побитовыми и атрибутивными операторами для расчета некоторого значения или определения ячейки памяти, на которую будет воздействовать данная команда или директива.
Возможно провести следующую классификацию операндов:
Рассмотрим подробнее характеристику операндов из приведенной классификации:
num equ 5 imd = num-2 mov al,num ;эквивалентно mov al,5 ;5 здесь непосредственный операнд add [si],imd ; imd=3 - непосредственный операнд mov al,5 ;5 - непосредственный операнд |
В данном фрагменте определяются две константы, которые затем используются в качестве непосредственных операндов в командах пересылки mov и сложения add.
Рис. 4. Синтаксис описания адресных операндов
К примеру:
mov ax,0000h mov ds,ax mov ax,ds:0000h ;записать слово в ax из области памяти по ;физическому адресу 0000:0000 |
Здесь третья команда mov имеет адресный операнд.
Перемещаемые операнды отличаются от адресных тем, что они не привязаны к
конкретному адресу физической памяти. Сегментная составляющая адреса
перемещаемого операнда неизвестна и будет определена после загрузки программы в
память для выполнения.
К примеру:
data segment mas_w dw 25 dup (0) … code segment … lea si,mas_w ;mas_w - перемещаемый операнд |
В этом фрагменте mas_w — символьное имя, значением которого является начальный адрес области памяти размером 25 слов. Полный физический адрес этой области памяти будет известен только после загрузки программы в память для выполнения.
Специфика этого операнда в том, что когда транслятор ассемблера встречает в
исходной программе этот символ, то он подставляет вместо него текущее значение
счетчика адреса. Значение счетчика адреса, или, как его иногда называют, счетчика
размещения, представляет собой смещение текущей машинной команды
относительно начала сегмента кода.
В формате листинга счетчику адреса соответствует вторая или третья колонка (в
зависимости от того, присутствует или нет в листинге колонка с уровнем
вложенности). Если взять в качестве пример любой листинг, то видно, что при
обработке транслятором очередной команды ассемблера счетчик адреса
увеличивается на длину сформированной машинной команды. Важно правильно
понимать этот момент.
К примеру, обработка директив ассемблера не влечет за собой изменения счетчика.
Директивы, в отличие от команд ассемблера, — это лишь указания транслятору на
выполнение определенных действий по формированию машинного представления
программы, и для них транслятором не генерируется никаких конструкций в памяти.
В качестве примера использования в команде значения счетчика адреса можно
привести следующий:
jmp $+3 ;безусловный переход на команду mov cld ;длина команды cld составляет 1 байт mov al,1 |
При использовании подобного выражения для перехода не забывайте о длине самой команды, в которой это выражение используется, так как значение счетчика адреса соответствует смещению в сегменте команд данной, а не следующей за ней команды. В нашем примере команда jmp занимает 2 байта. Но будьте осторожны, длина команды зависит от того, какие в ней используются операнды. Команда с регистровыми операндами будет короче команды, один из операндов которой расположен в памяти. В большинстве случаев эту информацию можно получить, зная формат машинной команды и анализируя колонку листинга с объектным кодом команды.
mov al,4 ;константу 4 заносим в регистр al mov dl,pass+4 ;байт по адресу pass+4 в регистр dl add al,dl ;команда с регистровыми операндами |
Операнды являются элементарными компонентами, из которых
формируется часть машинной команды, обозначающая объекты, над которыми
выполняется операция.
В более общем случае операнды могут входить как составные части в более сложные
образования, называемые выражениями.
Выражения представляют собой комбинации операндов и
операторов, рассматриваемые как единое целое.
Результатом вычисления выражения может быть адрес некоторой ячейки памяти или некоторое константное (абсолютное) значение.
Возможные типы операндов мы уже рассмотрели. Перечислим теперь возможные типы операторов ассемблера и синтаксические правила формирования выражений ассемблера.
В табл. 2 приведены поддерживаемые языком ассемблера операторы и перечислены их приоритеты. Дадим краткую характеристику операторов:
Эти операторы расположены на уровнях
приоритета 6, 7, 8 в табл. 2. Например,
tab_size equ 50 ;размер массива в байтах size_el equ 2 ;размер элементов … ;вычисляется число элементов массива и заносится в регистр cx mov cx,tab_size / size_el ;оператор “/” |
Рис. 5. Синтаксис арифметических операций
mask_b equ 10111011 … mov al,mask_b shr 3 ;al=00010111 |
Рис. 6. Синтаксис операторов сдвига
tab_size equ 30 ;размер таблицы … mov al,tab_size ge 50 ;загрузка в al 00h т.к. tab_size < 50 cmp al,0 ;если tab_size < 50, то je m1 ;переход на m1 … m1: … |
В этом примере если значение tab_size больше или равно 50, то результат в al равен 0ffh, а если tab_size меньше 50, то al равно 00h. Команда cmp сравнивает значение al с нулем и устанавливает соответствующие флаги в flags/eflags. Команда je на основе анализа этих флагов передает или не передает управление на метку m1.
Рис. 7. Синтаксис операторов сравнения
Оператор |
Значение |
eq |
ИСТИНА, если выражение_1 равно выражение_2 |
ne |
ИСТИНА, если выражение_1 не равно выражение_2 |
lt |
ИСТИНА, если выражение_1 меньше выражение_2 |
le |
ИСТИНА, если выражение_1 меньше или равно выражение_2 |
gt |
ИСТИНА, если выражение_1 больше выражение_2 |
ge |
ИСТИНА, если выражение_1 больше или равно выражение_2 |
flags equ 10010011 mov al,flags xor 01h ;al=10010010;пересылка в al поля flags с ;инвертированным правым битом |
Рис. 8. Синтаксис логических операторов
mov ax,mas[si] ;пересылка слова по адресу mas+(si) в ;регистр ax |
Рис. 9. Синтаксис индексного оператора
Заметим, что в литературе по ассемблеру принято
следующее обозначение: когда в тексте речь идет о содержимом регистра, то
его название берут в круглые скобки. Мы также будем придерживаться этого
обозначения.
К примеру, в нашем случае запись в комментариях последнего фрагмента программы
mas + (si) означает вычисление следующего выражения: значение смещения
символического имени mas плюс содержимое регистра si.
Тип может принимать одно из следующих значений: byte, word, dword, qword,
tbyte, near, far. Например,
d_wrd dd 0 ... mov al,byte ptr d_wrd+1 ;пересылка второго байта из двойного ;слова |
Поясним этот фрагмент программы.
Переменная d_wrd имеет тип двойного слова. Что делать, если возникнет
необходимость обращения не ко всей переменной, а только к одному из входящих в
нее байтов (например, ко второму)? Если попытаться сделать это командой
mov al,d_wrd+1, то транслятор выдаст сообщение о несовпадении типов операндов.
Оператор ptr позволяет непосредственно в команде переопределить тип и
выполнить команду.
Рис. 10. Синтаксис оператора переопределения типа
А что же с сегментом стека? Посмотрите раздел "Программная
модель микропроцессора", там, где мы описывали назначение
регистров общего назначения.
В контексте нашего рассмотрения нас интересуют регистры sp и bp.
Если микропроцессор видит в качестве операнда (или его части, если операнд —
выражение) один из этих регистров, то по умолчанию он формирует физический
адрес операнда используя в качестве его сегментной составляющей содержимое
регистра ss. Что подразумевает термин “по умолчанию”? Вспомните “рефлексы”,
о которых мы говорили на уроке 1. Это набор микропрограмм в блоке
микропрограммного управления, каждая из которых выполняет одну из команд в
системе машинных команд микропроцессора. Каждая микропрограмма работает по
своему алгоритму. Изменить его, конечно же, нельзя, но можно чуть-чуть
подкорректировать. Делается это с помощью необязательного поля префикса
машинной команды (см. формат машинной
команды). Если мы согласны с тем, как работает команда, то это поле
отсутствует. Если же мы хотим внести поправку (если, конечно, она допустима для
конкретной команды) в алгоритм работы команды, то необходимо сформировать
соответствующий префикс.
Префикс представляет собой однобайтовую величину, численное значение
которой определяет ее назначение. Микропроцессор распознает по указанному
значению, что этот байт является префиксом, и дальнейшая работа микропрограммы
выполняется с учетом поступившего указания на корректировку ее работы. Сейчас
нас интересует один из них - префикс замены (переопределения) сегмента.
Его назначение состоит в том, чтобы указать микропроцессору (а по сути,
микропрограмме) на то, что мы не хотим использовать сегмент по умолчанию.
Возможности для подобного переопределения, конечно, ограничены. Сегмент команд
переопределить нельзя, адрес очередной исполняемой команды однозначно
определяется парой cs:ip. А вот сегменты стека и данных — можно. Для этого и
предназначен оператор “:”. Транслятор ассемблера, обрабатывая этот
оператор, формирует соответствующий однобайтовый префикс замены сегмента.
Например,
.code ... jmp met1 ;обход обязателен, иначе поле ind ;будет трактоваться как очередная команда ind db 5 ;описание поля данных в сегменте команд met1: ... mov al,cs:ind ;переопределение сегмента позволяет работать с данными, определенными внутри сегмента кода |
Рис. 11. Синтаксис оператора переопределения сегмента
Рис. 12. Синтаксис оператора получения сегментной составляющей
Рис. 13. Синтаксис оператора получения смещения
Например,
.data pole dw 5 ... .code ... mov ax,seg pole mov es,ax mov dx,offset pole ;теперь в паре es:dx полный адрес pole |
Как и в языках высокого уровня, выполнение операторов ассемблера при вычислении выражений осуществляется в соответствии с их приоритетами (см. табл. 2). Операции с одинаковыми приоритетами выполняются последовательно слева направо. Изменение порядка выполнения возможно путем расстановки круглых скобок, которые имеют наивысший приоритет.
Оператор |
Приоритет |
length, size, width, mask, (, ), [, ], <, > |
1 |
. |
2 |
: |
3 |
ptr, offset, seg, type, this |
4 |
high, low |
5 |
+, - (унарные) |
6 |
*, /, mod, shl, shr |
7 |
+, -, (бинарные) |
8 |
eq, ne, lt, le, gt, ge |
9 |
not |
10 |
and |
11 |
or, xor |
12 |
short, type |
13 |
В ходе предыдущего обсуждения мы выяснили все основные правила записи команд и операндов в программе на ассемблере. Открытым остался вопрос о том, как правильно оформить последовательность команд, чтобы транслятор мог их обработать, а микропроцессор — выполнить.
При рассмотрении архитектуры микропроцессора мы узнали, что он имеет шесть сегментных регистров, посредством которых может одновременно работать:
Еще раз вспомним, что физически сегмент представляет собой область памяти, занятую командами и (или) данными, адреса которых вычисляются относительно значения в соответствующем сегментном регистре.
Синтаксическое описание сегмента на ассемблере представляет собой конструкцию, изображенную на рис. 14:
Рис. 14. Синтаксис описания сегмента
Важно отметить, что функциональное назначение сегмента несколько шире, чем
простое разбиение программы на блоки кода, данных и стека. Сегментация является
частью более общего механизма, связанного с концепцией модульного
программирования. Она предполагает унификацию оформления объектных модулей,
создаваемых компилятором, в том числе с разных языков программирования. Это
позволяет объединять программы, написанные на разных языках. Именно для
реализации различных вариантов такого объединения и предназначены операнды в директиве
SEGMENT.
Рассмотрим их подробнее.
По умолчанию тип выравнивания имеет значение PARA.
По умолчанию атрибут комбинирования принимает значение PRIVATE.
Все сегменты сами по себе равноправны, так как директивы SEGMENT и ENDS не содержат информации о функциональном назначении сегментов. Для того чтобы использовать их как сегменты кода, данных или стека, необходимо предварительно сообщить транслятору об этом, для чего используют специальную директиву ASSUME, имеющую формат, показанный на рис. 15. Эта директива сообщает транслятору о том, какой сегмент к какому сегментному регистру привязан. В свою очередь, это позволит транслятору корректно связывать символические имена, определенные в сегментах. Привязка сегментов к сегментным регистрам осуществляется с помощью операндов этой директивы, в которых имя_сегмента должно быть именем сегмента, определенным в исходном тексте программы директивой SEGMENT или ключевым словом nothing. Если в качестве операнда используется только ключевое слово nothing, то предшествующие назначения сегментных регистров аннулируются, причем сразу для всех шести сегментных регистров. Но ключевое слово nothing можно использовать вместо аргумента имя сегмента; в этом случае будет выборочно разрываться связь между сегментом с именем имя сегмента и соответствующим сегментным регистром (см. рис. 15).
На уроке 3 мы рассматривали пример программы с директивами сегментации. Эти директивы изначально использовались для оформления программы в трансляторах MASM и TASM. Поэтому их называют стандартными директивами сегментации.
Для простых программ, содержащих по одному сегменту для кода, данных и стека, хотелось бы упростить ее описание. Для этого в трансляторы MASM и TASM ввели возможность использования упрощенных директив сегментации. Но здесь возникла проблема, связанная с тем, что необходимо было как-то компенсировать невозможность напрямую управлять размещением и комбинированием сегментов. Для этого совместно с упрощенными директивами сегментации стали использовать директиву указания модели памяти MODEL, которая частично стала управлять размещением сегментов и выполнять функции директивы ASSUME (поэтому при использовании упрощенных директив сегментации директиву ASSUME можно не использовать). Эта директива связывает сегменты, которые в случае использования упрощенных директив сегментации имеют предопределенные имена, с сегментными регистрами (хотя явно инициализировать ds все равно придется).
В листинге 1 приведен пример программы с использованием упрощенных директив
сегментации:
Листинг 1. Использование упрощенных директив сегментации ;---------Prg_3_1.asm------------------------------- masm ;режим работы TASM: ideal или masm model small ;модель памяти .data ;сегмент данных message db 'Введите две шестнадцатеричные цифры,$' .stack ;сегмент стека db 256 dup ('?') ;сегмент стека .code ;сегмент кода main proc ;начало процедуры main mov ax,@data ;заносим адрес сегмента данных в регистр ax mov ds,ax ;ax в ds ;далее текст программы (см. сегмента кода в листинге 3.1 книги) mov ax,4c00h ;пересылка 4c00h в регистр ax int 21h ;вызов прерывания с номером 21h main endp ;конец процедуры main end main ;конец программы с точкой входа main |
Синтаксис директивы MODEL показан на рис. 16.
Рис. 16. Синтаксис директивы MODEL
Обязательным параметром директивы MODEL является модель памяти. Этот параметр определяет модель сегментации памяти для программного модуля. Предполагается, что программный модуль может иметь только определенные типы сегментов, которые определяются упомянутыми нами ранее упрощенными директивами описания сегментов. Эти директивы приведены в табл. 3.
Формат
директивы |
Формат
директивы |
Назначение |
.CODE [имя] |
CODESEG[имя] |
Начало или продолжение сегмента кода |
.DATA |
DATASEG |
Начало или продолжение сегмента инициализированных данных. Также используется для определения данных типа near |
.CONST |
CONST |
Начало или продолжение сегмента постоянных данных (констант) модуля |
.DATA? |
UDATASEG |
Начало или продолжение сегмента неинициализированных данных. Также используется для определения данных типа near |
.STACK [размер] |
STACK [размер] |
Начало или продолжение сегмента стека модуля. Параметр [размер] задает размер стека |
.FARDATA [имя] |
FARDATA [имя] |
Начало или продолжение сегмента инициализированных данных типа far |
.FARDATA? [имя] |
UFARDATA [имя] |
Начало или продолжение сегмента неинициализированных данных типа far |
Наличие в некоторых директивах параметра [имя] говорит о том, что возможно определение нескольких сегментов этого типа. С другой стороны, наличие нескольких видов сегментов данных обусловлено требованием обеспечить совместимость с некоторыми компиляторами языков высокого уровня, которые создают разные сегменты данных для инициализированных и неинициализированных данных, а также констант.
При использовании директивы MODEL транслятор делает доступными несколько идентификаторов, к которым можно обращаться во время работы программы, с тем, чтобы получить информацию о тех или иных характеристиках данной модели памяти (см. табл. 5). Перечислим эти идентификаторы и их значения (табл. 4).
Имя идентификатора |
Значение переменной |
@code |
Физический адрес сегмента кода |
@data |
Физический адрес сегмента данных типа near |
@fardata |
Физический адрес сегмента данных типа far |
@fardata? |
Физический адрес сегмента неинициализированных данных типа far |
@curseg |
Физический адрес сегмента неинициализированных данных типа far |
@stack |
Физический адрес сегмента стека |
Если вы посмотрите на текст листинга 1, то увидите пример использования одного из этих идентификаторов. Это @data; с его помощью мы получили значение физического адреса сегмента данных нашей программы.
Теперь можно закончить обсуждение директивы MODEL. Операнды директивы MODEL используют для задания модели памяти, которая определяет набор сегментов программы, размеры сегментов данных и кода, способ связывания сегментов и сегментных регистров. В табл. 5 приведены некоторые значения параметра модель памяти директивы MODEL.
Модель |
Тип кода |
Тип данных |
Назначение модели |
TINY |
near |
near |
Код и данные объединены в одну группу с именем
DGROUP. |
SMALL |
near |
near |
Код занимает один сегмент, данные объединены в одну группу
с именем DGROUP. |
MEDIUM |
far |
near |
Код занимает несколько сегментов, по одному на каждый объединяемый
программный модуль. |
COMPACT |
near |
far |
Код в одном сегменте; |
LARGE |
far |
far |
Код в нескольких сегментах, по одному на каждый объединяемый программный модуль |
Параметр модификатор директивы MODEL позволяет уточнить некоторые особенности использования выбранной модели памяти (табл. 6).
Значение модификатора |
Назначение |
use16 |
Сегменты выбранной модели используются как 16-битные (если соответствующей директивой указан процессор i80386 или i80486) |
use32 |
Сегменты выбранной модели используются как 32-битные (если соответствующей директивой указан процессор i80386 или i80486) |
dos |
Программа будет работать в MS-DOS |
Необязательные параметры язык и модификатор языка определяют некоторые особенности вызова процедур. Необходимость в использовании этих параметров появляется при написании и связывании программ на различных языках программирования.
Описанные нами стандартные и упрощенные директивы сегментации не исключают друг друга. Стандартные директивы используются, когда программист желает получить полный контроль над размещением сегментов в памяти и их комбинированием с сегментами других модулей.
Упрощенные директивы целесообразно использовать для простых программ и программ, предназначенных для связывания с программными модулями, написанными на языках высокого уровня. Это позволяет компоновщику эффективно связывать модули разных языков за счет стандартизации связей и управления.