Ассемблер

Урок 1. Вступление

Почему ассемблер? Перечитав энное количество книг, мне стало понятно, что хорошего самоучителя для изучения данного языка мне не найти. У каждого автора имеются свои плюсы и минусы в изложении; ряд авторов начинают с классических вещей – вводной лекции, теории, изучения переменных и операторов. Другие же начинают сразу с заумных вещей, публикуя "тяжеленные" тексты программ. Часть авторов изучают ассемблер в связке с языками высокого уровня. И лишь небольшое их количество идёт "заочным" путём – опуская заметную часть сложных операторов и объясняя простые; впрочем, разъясняя сложные операторы в дальнейшем. Так поступим и мы. Задача блога – быстро научить читателя программированию на ассемблере, и дать ему возможность самостоятельно изучать материал уже имея за плечами накопленные знания.

Что для этого нужно? Для начала – установите соответствующую операционную систему семейства Windows (мне, например, пришлось ради такого случая установить её в качестве виртуальной машины) – 98, 2000, XP (подойдёт и Vista). Далее – соответствующий набор инструментов, я использую Far manager в связке с плагином Colorer. Также понадобится сам ассемблер masm, отладчик AFDPRO и справочная информация HELP.EXE.

Все исполняемые файлы, за исключением LINK.EXE, я копирую в папку ../Far2 – чтобы из любого места можно было компилировать созданные текстовые файлы. LINK.EXE лучше копировать в папку с будущей программой.

Если всё прошло успешно, вы должны получить такого рода окна:

Просмотр исходного текста на языке assembler через Far (F4)

Запуск файла помощи HELP.EXE

Урок 2.  Первая программа

Итак, вот как будет выглядеть наша первая программа.

Не обращайте внимания на излишние комментарии справа от каждого оператора. Это справочная подробная информация для желающих детально разобраться, что происходит в программе. Мы же просто хотим вывести на экран MS-DOS строку «Hello, world!» с помощью программы типа .com. Для вывода текста мы будем использовать функцию 9 прерывания 21h.

Сама программа будет выглядеть примерно так:

Суть достаточно проста.

а. Командой mov ah,9 мы загружаем в регистра ah число 9. На языке "Бейсик" это выглядело бы примерно так: LET A=9. Следует отметить в данном случае, что ah предназначен "для служебного пользования" – в частности, использования тех же функций. Также стоит отметить, что на самом деле ah – это старший байт регистра ax, состоящего на самом деле из двух частей – старшего байта (ah) и младшего (al). Аналогично работают и остальные служебные регистры (bx, cx, dx).

b. Командой mov dx,offset helloworld мы загружаем фразу "Hello, world!". Однако вся фраза, конечно, не поместится в регистр, поэтому мы используем приставку "offset" – смещение. Грубо говоря, это адрес, указывающий компилятору, где на самом деле находится эта фраза. Определим это в конце программы.

c. int 21h – данной командой осуществляем прерывание, то есть собственно вывод текста на экран.

Узнаем об этом поподробнее.

1. Открываем файл "HELP.EXE".

2. Нажимаем любую клавишу.

3. Заходим в раздел "Указатель функций DOS/BIOS".

4. Заходим в раздел "Прерывания DOS".

5. Заходим в раздел "INT 21H".

Последовательность 1-5 в дальнейшем будет обозначена нами так: HELP.EXE -> Указатель функций DOS/BIOS -> Прерывания DOS -> INT 21H

Как стало видно из текста, мы действительно должны загрузить в регистр ah номер желаемой функции (в нашем случае -"9"), и выполнить прерывание (int 21h). Всё просто. Однако, конечно, вышеприведённый текст – не вся программа. Она будет иметь определённые признаки оформления, которые мы будем использовать во всех примерах. Начинаться любая наша программа будет так:

А заканчиваться так:

В середине и будет располагаться наш текст, а чуть ниже него ещё два элемента:

– int 20h – завершающее программу прерывание, выход в DOS. Если его не указать, программа выполнит свою работу и "зависнет".

– helloworld db 'Hello, world!$' – собственно определение переменной helloworld.

Директива db (define byte) определяет область памяти, доступную побайтно. Фраза "Hello, world!" указана в одинарных кавычках, а за знаком "!" указан знак "$" – конец строки. Почему так, поясним чуть позже. Что ещё следует знать, что определяем переменные мы в самом конце, чтобы при ассемблировании их не приняли за команды ассемблера. Итак, полностью оформленный текст программы будет выглядеть чуть более обширно.

Совет: разберитесь со структурой файла помощи HELP.EXE!

Урок 3. Системы счисления

Итак, продолжим изучение языка. Опубликую текст программы ещё раз:

Связка mov ah,9 и int 21h и есть по сути одна команда, если сравнивать с языками высокого уровня, конечно. Однако на языке ассемблера первая указанная команда называется функцией, а последняя – прерыванием. Прерывание выполняет команду с заданной функцией. Есть прерывания и без функций, например, то же int 20h. Возможно, пока это несколько сложно для восприятия, но такую форму составления программы необходимо запомнить. В этом же примере мы столкнулись и с другими ключевыми понятиями ассемблера, такими, как регистры и шестнадцатеричная система счисления. Начнём по порядку.

Десятичная и шестнадцатеричная системы счисления

Так получилось, что в современных компьютерах минимальной единицей памяти является 8-битный байт, значения которого удобно записывать двумя шестнадцатеричными цифрами. Для обозначения шестнадцатеричного числа мы будем использовать букву "h", которую будем ставить позади такой цифры. Это обозначение общепринятое, хотя некоторые платформы, например мой любимый ZX Spectrum, в своих ассемблерах использовали запись вида #05B3. Ноль впереди обозначается "ведущим", так как число #05B3 = #5B3, и служит для удобочитаемости и называется "выравниванием" (обычно выравнивают до одного или двух байт: #05B3). Нам необходимо научиться переводить числа из одной системы счисления в другую. Для этой цели прекрасно служит стандартный калькулятор "Windows" в инженерном режиме. Однако, если под рукой калькулятора нет, преобразование чисел, представленных в двоичной и шестнадцатеричной системах счисления, в десятичную выполнить довольно легко. Для этого необходимо записать число в развёрнутой форме и вычислить его значение.

Перевод числа из двоичной системы в десятичную. Возьмём любое двоичное число, например 10,11₂. Запишем его в развёрнутой форме и произведём вычисления:

10,11₂ = 1 × 2¹ + 0 × 2⁰ + 1 × 2⁻¹ + 1 × 2⁻² = 1 × 2 + 0 × 1 + 1 × 1/2 + 1 × 1/4 = 2,75₁₀.

Перевод чисел из шестнадцатеричной системы в десятичную. Возьмём любое шестнадцатеричное число, например 19F₁₆. Запишем его в развёрнутой форме (при этом необходимо помнить, что шестнадцатеричная цифра F соответствует десятичному числу 15) и произведём вычисления:

19F₁₆ = 1 × 16² + 9 × 16¹ + F × 16⁰ = 1 × 256 + 9 × 16 + 15 × 1 = 415₁₀.

Алгоритм перевода целых десятичных чисел в двоичную систему счисления. Пусть Ацд – целое десятичное число. Запишем его в виде суммы степеней основания 2 с двоичными коэффициентами. В его записи в развёрнутой форме будут отсутствовать отрицательные степени основания (числа 2):

Ацд = аn-1 × 2n-1 + аn-2 × 2n-2 + … + а₁ × 2¹ + а₀ × 2⁰.

На первом шаге разделим число Ацд на основание двоичной системы, то есть на 2. Частное от деления будет равно

аn-1 × 2n-2 + аn-2 × 2n-3 + … + а₁ ,

а остаток – равен a₀.

На втором шаге целое частное опять разделим на 2, остаток от деления будет теперь равен a₁.

Если продолжать этот процесс деления, то после n-го шага получим последовательность остатков:

а₀ , а₁ , … , аn-1.

Легко заметить, что их последовательность совпадает с обратной последовательностью цифр целого двоичного числа, записанного в свёрнутой форме:

A₂ = an-1 … a₁ a₀

Таким образом, достаточно записать остатки в обратной последовательности, чтобы получить искомое двоичное число.

Алгоритм перевода целого десятичного числа в двоичное будет следующим:

1. Последовательно выполнять деление исходного целого десятичного числа и получаемых целых частных на основание системы (на 2) до тех пор, пока не получится частное, меньшее делителя, то есть меньшее 2.

2. Записать полученные остатки в обратной последовательности.

Перевод чисел из десятичной системы в двоичную, восьмеричную и шестнадцатеричную более сложен и может осуществляться различными способами. Рассмотрим один из алгоритмов перевода на примере перевода чисел из десятичной системы в двоичную. При этом необходимо учитывать, что алгоритмы перевода целых чисел и правильных дробей будут различаться.

Регистры

Существуют регистры общего назначения, сегментные регистры, счётчик команд и регистры флагов. Здесь мы встречаемся впервые с регистрами общего назначения ax и dx. Причём каждый из них состоит из двух частей – старшей (ah) и младшей (al) (для ax):

Каждое имя регистра несёт какой-либо смысл.

В нашей программе мы использовали старшую часть регистра ax (аккумулятор) и регистр dx (разместили данные). Каждый регистр состоит из двух байт – старшего (идёт первым) и младшего. Например, число 3DEFh можно занести в регистр ax двумя путями. Первый – прямым:

и отдельно к старшему и младшему байту:

Надеюсь, с этим всё ясно. Скомпилируем нашу программу, создав с помощью Far новый файл test.asm (Shift+F4) и поместив в каталог с ним программы MASM.EXE, ML.EXE, LINK.EXE (либо прописав соответствующие системные пути для них. Для LINK.EXE у меня это сделать не получилось, он остаётся в папке с программой). Не забудьте выбрать кодировку файла 866 (клавишей F8), иначе увидите на экране кракозябры.

Выполняем: ML test.asm /AT

В папке с программой должно появиться ещё два файла – test.obj и test.com. Последний нам и нужен. Запускаем его и видим на экране фразу "Hello, world!".

Урок 4. Отладчик

Итак, понемногу мы подвигаемся вперёд. Сегодня мы узнаем о такой важной вещи, как отладчик. В нашем комплекте программ он есть и называется AFD Pro. Для чего нужен отладчик? Как ясно из его названия, для отладки программы. Например, у вас что-то не работает, и нужно найти причину. У нас пока всё работает, но мы хотим посмотреть на работу программы "изнутри". Откроем нашу программу test.com в отладчике:

Файл afdpro.exe должен быть прописан в системных путях или находиться в папке с программой.

Что же мы видим? В верхней части – значения регистров, о которых мы писали в предыдущей статье. Правее – состояние Stack – стека, о чём мы будем говорить позже. Ниже – командная строка, а ещё ниже, как мы, наверное, догадались, наша программа (первые четыре строчки соответствуют нашему коду). Теперь немного об управлении:

F1 – пошаговая трассировка с заходом в прерывания и процедуры.

F2 – то же самое, но без захода в процедуры и прерывания.

Чтобы перемещаться и изменять, например, регистры, дамп памяти – используйте клавиши F7 (вверх), F8 (вниз), F9 (влево), F10 (вправо).

Нажмём F2: программа переместится на следующую строчку, при этом регистры будут отображать нам числовые значения, в них хранящиеся. Первой командой мы занесли в ah число 9. Всё правильно: в левом верхнем углу значение регистра ax показывает 0900 (ah=9, al=0 – он не менялся). Следующее нажатие F2 – значение регистра dx стало равным 109h. Почему 109? Сейчас узнаем. Ещё раз нажимаем F2 и ещё раз – и мы видим надпись "Program terminated OK" – программа успешно завершила свою работу. Если хотите, можете проверить работу программы ещё раз – для этого нужно нажать клавишу F3 и Enter. Но где же хранят нашу фразу "Hello, world!"?

Рассмотрим подробнее команду mov dx,offset helloworld. В отладчике мы видим иное: MOV DX,0109. Почему так?

Дело в том, что как мы узнали из предыдущего урока, регистры общего назначения, в том числе и dx, хранят всего лишь 2 байта. Вся фраза никак не поместится в регистр dx. Поэтому запись MOV DX,0109 указывает на смещение, где хранится наша фраза. Проверим это.

Нажмём клавишу F8 так, чтобы курсор переместился в окно 2. Заменяем значения DS 0000 на DS 0109. В правой части мы видим фразу "Hello, world!".

Что же такое смещение? Представить это можно в виде линеек координат. За линейку X можно представить себе сегмент, а за линейку Y – смещение. Чтобы найти адрес чего-либо, например, символа, нужно знать эти два параметра. Почему же мы здесь указываем только смещение? Да потому, что наши сегментные регистры сейчас имеют одинаковое значение (cs=ds=es=ss). Все они имеют значение первого свободного адреса, которое находит процессор и куда загружает в память. Чуть позже мы рассмотрим эти понятия на примерах.

Конец ознакомительного фрагмента.

Текст предоставлен ООО «ЛитРес».

Прочитайте эту книгу целиком, купив полную легальную версию на ЛитРес.

Безопасно оплатить книгу можно банковской картой Visa, MasterCard, Maestro, со счета мобильного телефона, с платежного терминала, в салоне МТС или Связной, через PayPal, WebMoney, Яндекс.Деньги, QIWI Кошелек, бонусными картами или другим удобным Вам способом.