assembler

struktura procesoru  registry PC procesoru 80x86  způsoby adresování  Přerušení  základy assembleru  příklady programu  programování mikročipů

Tyto stránky jsou věnované základům programování v assembleru. Assembler se dnes využívá především k programování jednočipů, k programování rychlých částí programu, které musí být např. z důvodu bezpečnosti co nejrychleji zpracovány a nebo při programování obsluhy hardwarového zařízení. Samozřejmě je rozdíl mezi programováním jednočipů a PC, ale principy jsou stejné. Vždy můžeme využívat pamětí, registrů, stavových příznaků, ale každé zařízení budeme mít jich jiné množství. Neprve je potřeba vysvětlit základní pojmy a strukturu hardwaru

struktura procesoru

Obecnou strukturu mikroprocesoru si z hlediska vnitřní stavby můžeme představitna dvě části. Část sběrnicovou - řadič a část prováděcí ALU - aritmetickologická jednotka. Řadič vybírá instrukce z paměnti a ukládá je do vnitřní fronty, ze které je čte ALU. Řadič také řídí přenos dat po sběrnicích. Obě tyto části pracují na sobě nezávisle a tím se zvyšuje výkon procesoru. Tento optimální stav je narušen příkazem skoku, neboťť v tento okamžik musí řadič vyprázdnit vnitřní frontu a načíst nové instrukce pro následné zpracování ALU.Další důležitou částí jsou registry. To není nic jiného než vnitřní pamět, do kterých je možné ukládat proměné programu, pukud by nestačil počet registrů pro proměnné, pak je možné zapisovat data i přímo do paměti. Zvláštní kapitolou jsou speciální registry. ACC akumulátor - u mikročipů je instrukce prováděna nad akumulátorem a oprandem, u PC (značen AX resp. AXE) umožňuje assembler provádět instrukce nad dvěma oprandy a tento register zrácí svůj původní význam. Register PSW - stavový register, v tento registru se předávají informace o provedených aritmetickologických instrukcí procesoru (bude vysvětleno později). Register DPTR slouží k adresování (k přístopu do) horní části paměti. Na obrázku jsou registry 8 bitové a pomocí nich mohu adresovat pouze oblast paměti 0-FFh. DPTR je 16-ti bitový registr a umožňuje adresovat oblast paměti do FFFFh. Podobně funguje i register SP - ukazatel na zásobník. Zásobník je typ paměti LIFO (Last In First Out) a využívá se např. pro předávání parametrů podprogramu. Register PC je čítač instrukcí programu. Velikost paměti a registrů jsou dány konkrétním typem procesoru.

registry PC procesoru 80x86

všeobecné registry

16 bitů		8 bitů	8 bitů
AX	=	AH	AL	akumulátor (acumulator)
BX	=	BH	BL	báze (base)
CX	=	CH	CL	čítač (counter)
DX	=	DH	DL	data (data)

Dnes jsou k dispozici i 32 bitové registry EAX, EBX, ECX, EDX

Indexové a ukazatelové registry

16 bitů
SP	ukazatel zásobníku (stack pointer)
BP	bázový ukazatel (base pointer)
SI	indexový register zdroj. adresy (source index)
DI	indexový register cílové. adresy (destination index)

Tyto registry se nejčastěji používají pro adresaci dat

Segmentové registry

16 bitů
CS	segmentový register programu (code segment)
DS	segmentový register dat (data segment)
SS	segmentový register zásobníku (stack segment)
ES	pomocný segmentový register (extra segment)

Tyto registry slouží k adresaci. Logická adresa se skládá ze dvou částí segment:offset. Každá z těchto částí je tvořena 16 bit. slovem, proto může každý segmet adresovat 64KB paměti. Pro adresaci 1MB ale potřebujeme 20 bitů. Abychom toho dosáhli, převedeme logickou adresu na fyzickou. Segmentovou část posuneme o 4 bity vlevo (násobíme 16) a k tomuto číslu přičteme ofset a tím vznikne 20 bitová fyzická adresa.

Instrukční čítač

16 bitů
CS	ofsetová adresa právě prováděné instrukce

Obsah tohoto registru nelze přímo měnit, ke změnám dochází vždy po vykonání právě prováděné instrukce. Celá adresa je dána CS:IP

Stavový register

15	14	13	12	11	10	9	8	7	6	5	4	3	2	1	0
				OF	DF	IF	TF	SF	ZF		AF		PF		CF

Tyto příznaky se nastaví po provedení aritmetickologické operace. Příznaky TF, IF a DF nastavuje programátor.

OF Overflow flag =1 pokud došlo k přeplnění

DF Direction flag určuje směr zpracování řetězců, je-li DF=1, obsah registrů SI a DI se se pro provedení řetězové operace sníží(řetězec se zpracovává odzadu.

IF Interrupt Enable Flag =1 umožňuje externí přerušení

TF Trap flag =1 po každé instrukci procesor vygeneruje přerušeni INT1. Složí pro účely ladění programu

SF Sign flag =1 pokud je výsledek záporný

ZF Zero flag =1 pokud je výsledek roven nule

AF Auxiliary flag =1 pokud došlo k přenosu z 3-tího do 4-tého bitu. Používá se v BCD aritmetice

PF Parity flag =1 pokud dolních 8 bitů má sudý počet jedniček

CF Carry flag =1 pokud došlo přenosu z nejvyšího bitu

způsoby adresování

Přímé adresování Tento nejednodušší způsob adreace umožňuje přímo naplnit register hodnotou, která je v paměti na offsetové adrese. Příkaz mov AX,[DATA] naplní register AX obsahem paměťového místa označeného DATA. Data je ofsetová adresa paměti příslušného segmentu. Segmentovou adresu máme v něktrém ze segmentových registrů

Registrové adresování Offsetovou adresu uložíme do něktrého z registrů SI, DI,BX,BP, pak příkaz mov CX,[BP] naplní register CX obsahem paměťového místa SS:BP

Bázové relativní adresování Představme si, že příkaz mov AX,[BP] neukazu v paměti na číslo, ale na datovou strukturu, která se skládá z několika položek a nás zajímá hodnota v datové struktuře v položce3. Pak příkaz mov AX,[BP+položka3] naplní register AX obsahem položky3. Položka3=bytová velikost Položky0+Položky1+Položky2

Přímé indexové adresování Je podobné jako Bázové relativní adresování s tím rozdílem, že na místo bázový registrů používáme indexové registry SI a DI. Pak příkaz mov AX,[ARRAY+SI] naplní register AX SI-tým prvkem pole. Tento způsob se využívá při práci poli a řetězci.

Přerušení

Přerušení je způsob komunikace vnitřních nebo vnějších zařízení připojených k počítači. Jednoduchý, ale nefektivní způsob je, pokud program obsluhuje pouze dané zařízení, ale to znamená, že program setrvává v čekacích smyčkách a dle potřeby vykoná danou činnost. Lepším způsobem je, pokud program periodicky kontroluje stav zařízení. Tento způsob zatěžuje procer neustálou kontrolou a tím snižuje výkon procesoru. V současnosti se používá způsob, kdy harware zařízení vygeneruje signál - přerušení, proceror přeruší vykonávání běžícího programu, obsouží zařízení a vrátí se k vykonávání původního programu. Procesor 80x86 obsahuje 256 přerušení, jsou uloženy na adrese 0000:0000 a každému vektoru přísluší 4 byty, ve kterých je segmentová a ofstová část obslužné rutiny daného přerušení.

Přerušení od procesoru nazýváme interním přerušením, přerušení od vnějšího zařízení nazýváme externím přerušením. Toto přerušení může být maskované a nemaskované. Maskované přerušení může programátor zakázat příkazem CLI.

Přerušení 0 generuje procesor při dělení 0

Přerušení 1 generuje procesor př po rpovedení každé instrukce, pokud je nastaven příznak TF.

Přerušení 2 generuje procesor při nemaskovaném přerušení

Kompletní přehled přerušení je možné získat např. v prgramu sysman. Speciální význam má přerušení 21h - přerušení systému MS-DOS, obecně fungují i pod Windows, ale nové verze něktrá přerušení omezují (mění). Systém Linux většinou BIOS-přerušení nevyužívá, a vše si obstarává sám.

základy assembleru

Syntaxe instrukce cíl,zdroj 0

Segmenty Jak je výše uvedeno, pamět je rozdělena na segmenty a každý segment má velikost 64KB. Při psaní programu je potřeba definovat paměťový model. Pro většinu prográmků mi stačil základní model TINY pro který platí, že kód+ data+zásobník musí být menší než 64KB. Popis ostatních paměťových modelů je v sekci download. Správné rozdělení kódu, dat a zásobníku do paměti zajišťují direktivyCODESEG, DATASEG a STACK.

Proměnné

direktiva	velikost
DB	data byte - 8 bitů
DW	data word - 16 bitů
DD	data doubleword - 32 bitů
DQ	data quattroword
DF	FAR ukazatel - 6 bytů
DP	FAR ukazatel - 6 bytů
DT	reálná čísla - 10 bytů

Spuštění programu Program je možné psát v obyčejném textovém editoru a následně spustit. To znamená nejprve program zkompilovat (TASM.EXE) a tím sevytvoří soubor *.obj a následně tento soubor slinkovat (TLINK.EXE) a tím vznikne EXE-soubour. Doporučuji si najít nějaký assembler editor, který umožňuje psaní programů a zároveň jejich spuštění. V sekci download jsou k dispozici.

příklady programu

programování mikročipů

návrat na domovskou stránku     návrat na programování     nahoru