Большая Энциклопедия Рефератов - Реферат: ЯЗЫК МАКРОАССЕМБЛЕРА IBM PC

Рефераты. Реферат: ЯЗЫК МАКРОАССЕМБЛЕРА IBM PC 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 моделях память была увеличена до 2^20 байтов (1Мб=1000Кб), для чего уже необходимы 20-битовые адреса. Однако в этих ПК ради сохранения преемственности были сохранены 16-битовые адреса: именно такие адреса хранятся в регистрах и указываются в командах, именно такие адреса получаются в результате модмфикации по базовым и индексным регистрам. Как же удается 16-битовыми адресами ссылаться на 1Мб памяти?
Эта проблема решается с помощью сегментирования адресов (неявного базирования адресов). В ПК вводится понятие "сегмент памяти". Так называется любой участок памяти размером до 64Кб и с начальным адресом, кратным 16. Абсолютный (20-битовый) адрес A любой ячейки памяти можно
представить как сумму 20-битового начального адреса (базы) B сегмента, которому принадлежит ячейка, и 16-битового смещения D - адреса этой ячейки, отсчитанного от начала сегмента: A=B+D. (Неоднозначность выбора сегмента не играет существенной роли, главное - чтобы сумма B и D давала нужный адрес.) Адрес B заносится в некоторый регистр S, а в команде, где должен быть указан адрес A, вместо него записывается пара из регистра S и смещения D (в MASM такая пара, называемая адресной парой или указателем, записывается как S:D). Процессор же устроен так, что при выполнении команды он прежде всего по паре S:D вычисляет абсолютный адрес A как сумму содержимого регистра S и смещения D и только затем обращается к памяти по этому адресу A. Вот так, заменяя в командах абсолютные адреса на адресные пары, и удается адресовать всю память 16-битовыми адресами (смещениями).
В качестве регистра S разрешается использовать не любой регистр, а только один из 4 регистров, называемых сегментными: CS, DS, SS и ES. В связи с этим одновременно можно работать с 4 сегментами памяти: начало одного из них загружается в регистр CS и все ссылки на ячейки этого сегмента указываются в виде пар CS:D, начало другого заносится в DS и все ссылки на его ячейки задаются в виде пар DS:D и т.д. Если одновременно надо работать с большим числом сегментов, тогда нужно своевременно спасать содержимое сегментных регистров и записывать в них начальные адреса пятого, шестого и т.д. сегментов.
Отметим, что используемые сегменты могут быть расположены в памяти произвольным образом: они могут не пересекаться, а могут пересекаться и даже совпадать. Какие сегменты памяти использовать, в каких сегментных регистрах хранить их начальные адреса - все это личное дело автора машинной программы.
Как и все регистры ПК, сегментные регистры имеют размер слова. Поэтому возникает вопрос: как удается разместить в них 20-битовые начальные адреса сегментов памяти? Ответ такой. Поскольку все эти адреса кратны 16 (см. выше), то в них младшие 4 бита (последняя 16-ричная цифра) всегда нулевые, а потому эти биты можно не хранить явно, а лишь подразумевать. Именно так и делается: в сегментном регистре всегда хранятся только первые 16 битов (первые четыре 16-ричные цифры) начального адреса сегмента (эта величина называется номером сегмента или просто сегментом). При вычислении же абсолютного адреса A по паре S:D процессор сначала приписывает справа к содержимому регистра S четыре нулевых бита (другими словами, умножает на 16) и лишь затем прибавляет смещение D, причем суммирование ведется по модулю 2^20:
Aабс = 16*[S]+D (mod 2^20)
Если, например, в регистре CS хранится величина 1234h, тогда адресная пара 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 абсолютных адресов на адресные пары надо производить во всех командах, имеющих операнд-адрес. Однако разработчики ПК придумали способ, позволяющий избежать выписывания таких пар в большинстве команд. Суть его в том, что заранее договариваются о том, какой сегментный регистр на ка-
кой сегмент памяти будет указывать, и что в командах задается только смещение: не указанный явно сегментный регистр автоматически восстанавливается согласно этой договоренности. И только при необходимости нарушить эту договоренность надо полностью указывать адресную пару.
Что это за договоренность?
Считается, что регистр CS всегда указывает на начало области памяти, в которой размещены команды программы (эта область называется сегментом команд или сегментом кодов), и потому при ссылках на ячейки этой области регистр CS можно не указывать явно, он подразумевается по умолчанию. (Отметим попутно, что абсолютный адрес очередной команды, подлежащей выполнению, всегда задается парой CS:IP: в счетчике команд IP всегда находится смещение этой команды относительно адреса из регистра CS.) Аналогично предполагается, что регистр DS указывает на сегмент данных (область памяти с константами, переменными и другими величинами программы), и потому во всех ссылках на этот сегмент регистр DS можно явно не указывать, т.к. он подразумевается по умолчанию. Регистр SS, считается, указывает на стек - область памяти, доступ к которой осуществляется по принципу "последним записан - первым считан" (см. 1.7), и потому все ссылки на стек, в которых явно не указан сегментный регистр, по умолчанию сегментируются по регистру SS. Регистр ES считается свободным, он не привязан ни к какому сегменту памяти и его можно использовать по своему усмотрению; чаще всего он применяется для доступа к данным, которые не поместились или сознательно не были размещены в сегменте данных.
С учетом такого распределения ролей сегментных регистров машинные программы обычно строятся так: все команды программы размещаются в одном сегменте памяти, начало которого заносится в регистр CS, а все данные размещаются в другом сегменте, начало которого заносится в регистр DS; если нужен стек, то под него отводится третий сегмент памяти, начало которого записывается в регистр SS. После этого практически во всех командах можно указывать не полные адресные пары, а лишь смещения, т.к. сегментные регистры в этих парах будут восстанавливаться автоматически.
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 быть только в командах перехода, а ссылки практически во всех других командах (кроме строковых и стековых) - это ссылки на сегмент данных. Например, в команде пересылки
MOV AX,X
имя X воспринимается как ссылка на данное, а потому автоматически восстанавливается до адресной пары DS:X. В команде же безусловного перехода по адресу, находящемуся в регистре BX,
JMP BX
абсолютный адрес перехода определяется парой CS:[BX].
Итак, если в ссылке на какую-то ячейку памяти не указан явно сегментный регистр, то этот регистр берется по умолчанию. Явно же сегментные регистры надо указывать, только если по каким-то причинам регистр по умолчанию не подходит. Если, например, в команде пересылки нам надо сослаться на стек (скажем, надо записать в регистр AH байт стека, помеченный именем X), тогда нас уже не будет устраивать договоренность о том, что по умолчанию операнд команды MOV сегментируется по регистру DS, и потому мы обязаны явно указать иной регистр - в нашем случае регистр SS, т.к. именно он указывает на стек:
MOV AH,SS:X
Однако такие случаи встречаются редко и потому в командах, как правило, указываются только смещения.
Отметим, что в MASM сегментный регистр записывается в самой команде непосредственно перед смещением (именем переменной, меткой и т.п.), однако на уровне машинного языка ситуация несколько иная. Имеется 4 специальные однобайтовые команды, называемые префиксами замены сегмента (обозначаемые как CS:, DS:, SS: и ES:). Они ставятся перед командой, операнд-адрес которой должен быть просегментирован по регистру, отличному от регистра, подразумеваемому по умолчанию. Например, приведенная выше символическая команда пересылки - это на самом деле две машинные команды:
SS:
MOV AH,X
1.4.3 Сегментирование, базирование и индексирование адресов Поскольку сегментирование адресов - это разновидность модификации
адресов, то в ПК адрес, указываемый в команде, в общем случае модифицируется по трех регистрам - сегментному, базовому и индексному. В целом, модификация адреса производится в два этапа. Сначала учитываются только базовый и индексный регистры (если они, конечно, указаны в команде), причем вычисление здесь происходит в области 16-битовых адресов; полученный в результате 16-битовый адрес называется исполнительным (эффективным) адресом. Если в команде не предусмотрено обращение к памяти (например, она загружает адрес в регистр), то на этом модификация адреса заканчивается и используется именно исполнительный адрес (он загружается в регистр). Если же нужен доступ к памяти, тогда на втором этапе исполнительный адрес рассматривается как смещение и к нему прибавляется (умноженное на 16) содержимое сегментного регистра, указанного явно или взятого по умолчанию, в результате чего получается абсолютный (физический) 20-битовый адрес, по которому реально и происходит обращение к памяти.
Отметим, что сегментный регистр учитывается только в "последний" момент, непосредственно перед обращением к памяти, а до этого работа ведется только с 16-битовыми адресами. Если учесть к тому же, что сегментные регистры, как правило, не указываются в командах, то можно в общем-то считать, что ПК работает с 16-битовыми адресами.
Как уже сказано, если в ссылке на ячейку памяти не указан сегментный регистр, то он определяется по умолчанию. Это делается по следующим правилам.
1) В командах перехода адрес перехода сегментируется по регистру CS и только по нему, т.к. абсолютный адрес команды, которая должна быть выполнена следующей, всегда определяется парой CS:IP (попытка изменить в таких командах сегментный регистр будет безуспешной).
Отметим, что сегментиорвание по регистру CS касается именно адреса
перехода, а не адреса той ячейки, где он может находиться. Например, в команде безусловного перехода по адресу, находящемуся в ячейке X:
JMP X
имя X сегментируется по регистру DS, а вот адрес перехода, взятый из ячейки X, уже сегментируется по регистру CS.
2) Адреса во всех других командах, кроме строковых (STOS, MOVS, SCAS и CMPS), по умолчанию сегментируются:
- по регистру DS, если среди указанных регистров-модификаторов нет регистра BP;
- по регистру SS, если один из модификаторов - регистр BP.
Таким образом, адреса вида A, A[BX], A[SI], A[DI], A[BX][SI] и A[BX][DI] сегментируются по регистру DS, а адреса A[BP], A[BP][SI] и A[BP][DI] - по регистру SS, т.е. адреса трех последних видов используются для доступа к ячейкам стека.
3) В строковых командах STOS, MOVS, SCAS и CMPS, имеющих два операнда-адреса, на которые указывают индексные регистры SI и DI, один из операндов (на который указывает SI) сегментируется по регистру DS, а другой (на него указывает DI) - по регистру ES.

1.4.4 Программные сегменты. Директива ASSUME
Рассмотрим, как сегментирование проявляется в программах на MASM.
Для того чтобы указать, что некоторая группа предложений программы на MASM образуют единый сегмент памяти, они оформляются как программный сегмент: перед ними ставится директива SEGMENT, после них - директива ENDS, причем в начале обеих этих директив должно быть указано одно и то же имя, играющее роль имени сегмента. Программа же в целом представляет собой последовательность таких программных сегментов, в конце которой указывается директива конца программы END, например:
DT1 SEGMENT ;программный сегмент с именем DT1 A DB 0
B DW ? DT1 ENDS
;
DT2 SEGMENT ;программный сегмент DT2
C DB 'hello'
DT2 ENDS
;
CODE SEGMENT ;программный сегмент CODE
ASSUME CS:CODE, DS:DT1, ES:DT2
BEG: MOV AX,DT2
MOV DS,AX
MOV BH,C
...
CODE ENDS
END BEG ;конец текста программы
Предложения программного сегмента ассемблер размещает в одном сегменте памяти (в совокупности они не должны занимать более 64Кб) начиная с ближайшего свободного адреса, кратного 16. Номер (первые 16 битов начального адреса) этого сегмента становится значением имени сегмента. В MASM это имя относится к константным выражениям, а не адресным, в связи с чем в команде
MOV AX,DT2
второй операнд является непосредственным, поэтому в регистр AX будет записано начало (номер) сегмента DT2, а не содержимое начальной ячейки этого сегмента.
Имена же переменных (A, B, C) и метки (BEG) относятся к адресным выражениям, и им ставится в соответствие адрес их ячейки относительно "своего" сегмента: имени A соответствует адрес 0, имени B - адрес 1, имени C - адрес 0, а метке BEG - адрес 0.
Все ссылки на предложения одного программного сегмента ассемблер сегментирует по умолчанию по одному и тому же сегментному регистру. По какому именно - устанавливается специальной директивой ASSUME. В нашем примере эта директива определяет, что все ссылки на сегмент CODE должны, если явно не указан сегментный регистр, сегментироваться по регистру CS, все ссылки на DT1 - по регистру DS, а все ссылки на DT2 - по регистру ES.
Встретив в тексте программы ссылку на какое-либо имя (например, на имя C в команде MOV AX,C), ассемблер определяет, в каком программном сегменте оно описано (у нас - в DT2), затем по информации из директивы ASSUME узнает, какой сегментный регистр поставлен в соответствие этому сегменту (у нас - это ES), и далее образует адресную пару иэ данного регистра и смещения имени (у нас - ES:0), которую и записывает в формируемую машинную команду. При этом ассемблер учитывает используемое в ПК соглашение о сегментных регистрах по умолчанию: если в адресной паре, построенной им самим или явно заданной в программе, сегментный регистр совпадает с регистром по умолчанию, то в машинную команду заносится лишь смещение. Если, скажем, в нашем примере встретится команда MOV CX,B, тогда по имени В ассемблер построит пару DS:1, но раз операнд-адрес команды MOV по умолчанию сегментируется по регистру DS, то записывать этот регистр в машинную команду излишне и ассемблер записывает в нее только смещение 1.
Таким образом, директива ASSUME избавляет программистов от необходимости выписывать полные адресные пары не только тогда, когда используются сегментные регистры по умолчанию (как в случае с именем B), но тогда, когда в машинной команде нужно было бы явно указать сегментный регистр (как в случае с именем C). В MASM сегментный регистр в ссылке на имя требуется указывать лишь тогда, когда имя должно по каким-либо причинам сегментироваться по регистру, отличному от того, что поставлен в соответствие всему сегменту, в котором это имя описано.
Однако все это справедливо только при соблюдении следующих условий. Во-первых, директива ASSUME должна быть указана перед первой командой программы. В противном случае ассемблер, просматривающий текст программы сверху вниз, не будет знать, как сегментировать имена из команд, расположенных до этой директивы, и потому зафиксирует ошибку. Во-вторых, в директиве ASSUME следует каждому сегменту ставить в соответствие сегментный регистр: если ассемблеру встретится ссылка на имя из сегмента, которому не соответствует никакой сегментный регистр, то он зафиксирует ошибку. Правда, в обоих случаях можно избежать ошибки, но для этого в ссылках необходимо явно указывать сегментный регистр.
1.4.5 Начальная загрузка сегментных регистров
Директива ASSUME сообщает ассмеблеру о том, по каким регистрам он должен сегментировать имена из каких сегментов, и "обещает", что в этих регистрах будут находиться начальные адреса этих сегментов. Однако загрузку этих адресов в регистры сама директива не осуществляет. Сделать такую загрузку - обязанность самой программы, с загрузки сегментных регистров и должно начинаться выполнение программы. Делается это так.
Поскольку в ПК нет команды пересылки непосредственного операнда в сегментный регистр (а имя, т.е. начало, сегмента - это непосредственный операнд), то такую загрузку приходится делать через какой-то другой, несегментный, регистр (например, AX):
MOV AX,DT1 ;AX:=начало сегмента DT1
MOV DS,AX ;DS:=AX
Аналогично загружается и регистр ES.
Загружать регистр CS в начале программы не надо: он, как и счетчик команд IP, загружается операционной системой перед тем, как начинается выполнение программы (иначе нельзя было бы начать ее выполнение). Что же касается регистра SS, используемого для работы со стеком, то он может быть загружен так же, как и регистры DS и ES, однако в MASM предусмотрена возможность загрузки этого регистра еще до выполнения программы (см. 1.7).
1.4.6 Ссылки вперед
Встречая в символьной команде ссылку назад - имя, которое описано в тексте программы до этой команды, ассемблер уже имеет необходимую информацию об имени и потому может правильно оттранслировать эту команду. Но если в команде встретится ссылка вперед, т.е. имя, которое не было описано до команды и которое, наверное, будет описано позже, то ассемблер в большинстве случаев не сможет правильно оттранслировать эту команду. Например, не зная, в каком программном сегменте будет описано это имя, ассемблер не может определить, по какому сегментному регистру надо сегментировать имя, и потому не может определить, надо или нет размещать перед соответствующей машинной командой префикс замены сегмента и, если надо, то какой именно.
В подобной ситуации ассемблер действует следующим образом: если в команде встретилась ссылка вперед, то он делает некоторое предположение относительно этого имени и уже на основе этого предположения формирует машинную команду. Если затем (когда встретится описание имени) окажется, что данное предположение было неверным, тогда ассемблер пытается исправить сформированнную им ранее машинную команду. Однако это не всегда удается: если правильная машинная команда должна занимать больше места, чем машинная команда, построенная на основе предположения (например, перед командой надо на самом деле вставить префикс замены сегмента), тогда ассемблер фиксирует ошибку (как правило, это ошибка номер 6: Phase error between passes.)
Какие же предположения делает ассемблер, встречая ссылку вперед? Во всех командах, кроме команд перехода (о них см. 1.5), ассемблер предполагает, что имя будет описано в сегменте данных и потому сегментируется по регистру DS. Это следует учитывать при составлении программы: если в команде встречается ссылка вперед на имя, которое описано в сегменте, на начало которого указывает сегментный регистр, отличный от DS, то перед таким именем автор программы должен написать соотвествующмй префикс. Пример:
code segment
assume cs:code
x dw ?
beg: mov ax,x ;здесь вместо cs:x можно записать просто x mov cs:y,ax ;здесь обязательно надо записать cs:y
...
y dw ?
code ends

1.5. ПЕРЕХОДЫ

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5