Введение в язык ассемблера

Что такое Ассемблер

Ассемблер - низкоуровневый язык программирования. Для каждого процессора существует свой ассемблер. Программируя на ассемблере вы непосредственно работаете с аппаратурой компьютера. Исходный текст на языке ассемблера состоит из команд (мнемоник), которые после компиляции преобразуются в коды команд процессора.

Разработка программ на ассемблере - очень тяжёлая штука. Взамен потраченному времени вы получаете эффективную программу. Программы на ассемблере пишут, когда важен каждый такт процессора. На ассемблере вы даёте конкретные команды процессору и никакого лишнего мусора. Этим и достигается высокая скорость выполнения вашей программы.

Чтобы грамотно использовать ассемблер необходимо знать программную модель микропроцессорной системы. С точки зрения программиста микропроцессорная система состоит из:

Микропроцессора
Памяти
Устройств ввода/вывода.

Программная модель хорошо описана в литературе .

Синтаксис Ассемблера

Общий формат строки программы на ассемблере

<Метка>: <Оператор> <Операнды> ; <Комментарий>

Поле метки. Метка может состоять из символов и знаков подчёркивания. Метки используются в операциях условного и безусловного перехода.

Поле оператора. В этом поле содержится мнемоника команды. Например мнемоника mov

Поле операндов. Операнды могут присутствовать только если присутствует Оператор (поле оператора). Операндов может не быть, а может быть несколько. Операндами могут быть данные, над которыми необходимо выполнить какие-то действия (переслать, сложить и т.д.).

Поле комментария. Комментарий нужен для словесного сопровождения программы. Всё, что стоит за символом ; считается комментарием.

Первая программа на языке Ассемблера

В этой статье будет использоваться ассемблер для i80x86 процессора и использоваться следующее программное обеспечение:

TASM - Borland Turbo Assembler - компилятор
TLINK - Borland Turbo Linker - редактор связей (компоновщик)

Если быть конкретным, то Tasm 2.0.

По традиции наша первая программа будет выводить строку "Hello world!" на экран.

Файл sample.asm

Model small ; Модель памяти.stack 100h ; Установка размера стека.data ; Начало сегмента данных программы HelloMsg DB "Hello World!",13,10,"$" .code ; Начало сегмента кода mov ax,@DATA ; Пересылаем адрес сегмента данных в регистр AX mov ds,ax ; Установка регистра DS на сегмент данных mov ah,09h ; DOS функция вывода строки на экран mov dx,offset HelloMsg ; Задаём смещение к началу строки int 21h ; Выводим строку mov ax,4C00h ; DOS функция выхода из программы int 21h ; Выход из программы end

Как вы могли заметить, что программа разделена на сегменты: сегмент данных, сегмент кода и есть ещё стековый сегмент.

Рассмотрим всё по порядку.

Директива.model small задаёт модель памяти. Модель small - это 1 сегмент для кода, 1 сегмент для данных и стека т.е. данные и стек находятся в одном сегменте. Бывают и другие модели памяти, например: tiny, medium, compact. В зависимости от выбранной вами модели памяти сегменты вашей программы могут перекрываться или могут иметь отдельные сегменты в памяти.

Директива.stack 100h задаёт размер стека. Стек необходим для сохранения некоторой информации с последующим её восстановлением. В частности стек используется при прерываниях. В этом случае содержимое регистра флагов FLAGS, регистра CS и регистра IP сохраняются в стеке. Далее идёт выполнение прерывающей программы, а потом идёт восстановление значений этих регистров.

Регистр флагов FLAGS содержит признаки, которые формируются после выполнения команды процессором.
Регистр CS (Code Segment) содержит адрес сегмента кода.
Регистр IP (Instruction Pointer) - указатель команд. Он содержит адрес команды, которая должная выполниться следующей (Адрес относительно сегмента кода CS).

Более подробное описание выходит за рамки простой статьи.

Директива.data определяет начало сегмента данных вашей программы. В сегменте данных определяются "переменные" т.е. идёт резервирование памяти под необходимые данные. После.data идёт строка
HelloMsg DB "Hello World!",13,10,"$"

Здесь HelloMsg - это символьное имя, которое соответствует началу строки "Hello World!" (без кавычек). То есть это адрес первого символа нашей строки относительно сегмента данных. Директива DB (Define Byte) определяет область памяти доступную по-байтно. 13,10 - коды символов Новая строка и Возврат каретки, а символ $ необходим для корректной работы DOS функции 09h. Итак, наша строка будет занимать в памяти 15 байт.

Директива.code определяет начало сегмента кода (CS - Code Segment) программы. Далее идут строки программы содержащие мнемоники команд.

Расскажу о команде mov.

mov <приёмник>, <источник>

Команда mov - команда пересылки. Она пересылает содержимое источника в приёмник. Пересылки могут быть регистр-регистр, регистр-память, память-регистр, а вот пересылки память-память нет т.е. всё проходит через регистры процессора.

Чтобы работать с данными необходимо настроить регистр сегмента данных. Настройка состоит в том, что мы записываем адрес сегмента данных @DATA в регистр DS (Data Segment). Непосредственно записать адрес в этот регистр нельзя - такова архитектура, поэтому мы используем регистр AX. В AX мы записываем адрес сегмента кода

а потом пересылаем содержимое регистра AX в регистр DS.

После этого регистр DS будет содержать адрес начала сегмента данных. По адресу DS:0000h будет содержаться символ H. Я предполагаю, что вы знаете о сегментах и смещениях.

Адрес состоит из двух составляющих <Сегмент>:<Смещение>, где Сегмент это 2 байта и смещение - 2 байта. Получается 4 байта для доступа к любой ячейке памяти.

mov ah,09h
mov dx,offset HelloMsg
int 21h

Тут мы в регистр AH записываем число 09h - номер функции 21-го прерывания, которая выводит строку на экран.

В следующей строке мы в регистр DX записываем адрес(смущение) к началу нашей строки.

Далее мы вызываем прерывание 21h - это прерывание функций DOS. Прерывание - когда выполняющаяся программа прерывается и начинает выполнятся прерывающая программа. По номеру прерывания определяется адрес подпрограммы DOS, которая выводит строку символов на экран.

У вас наверняка возникнет вопрос: А почему мы записываем номер функции 09h в регистр AH ? И почему смещение к строке записываем в регистр DX ?
Ответ простой: для каждой функции определены конкретные регистры, которые содержат входные данные для этой функции. Посмотреть какие регистры нужны конкретным функциям вы можете в help"е.

mov ax,4C00h
int 21h

mov ax,4C00h - пересылаем номер функции в регистр AX. Функция 4C00h - выход из программы.

int 21h - выполняем прерывание (собственно выходим)

end - конец программы.

После директивы end компилятор всё игнорирует, поэтому можете там писать всё, что угодно:)

Если вы дочитали до конца, то вы герой!

Майко Г.В. Ассемблер для IBM PC: - М.: "Бизнес-Информ", "Сирин" 1999 г. - 212 с.

Все функции DOS вызываются с помощью прерывания 21h (в десятичной нотации 33). Первая версия DOS содержала 42 функции. Во второй к ним добавлено еще 33 функции, которые сохраняются во всех последующих версиях. Выбор конкретной функции осуществляется путем записи соответствующего номера в регистр AH.

Функция 02: вывод одного символа на экран

Для вывода одного символа на экран ПК используется

функция 02 прерывания 21h:

mov DL, <код выводимого символа>

Выводимый символ высвечивается в позиции курсора (что бы там ни было записано), после чего курсор сдвигается на одну позицию вправо. Если курсор находился в конце строки экрана, то он перемещается на начало следующей строки, а если курсор был в конце последней строки экрана, то содержимое экрана сдвигается на одну строку вверх, а внизу появляется пустая строка, в начало которой и устанавливается курсор.

Особым образом осуществляется вывод символов с кодами 7, 8, 9, 10 (0Ah) и 13 (0Dh). Символ с кодом 7 (bell, звонок) на экране не высвечивается (и курсор не сдвигается), а вызывает звуковой сигнал. Символ с кодом 8 (backspase, шаг назад) возвращает курсор на одну позицию влево, если только он не был в самой левой позиции строки. Символ с кодом 9 (tab, табуляция) смещает курсор вправо на ближайшую позицию, кратную 8. Символ с кодом 10 (line feed, перевод строки) перемещает курсор в следующую строку экрана, оставляя его в той же колонке. Символ с кодом 13 (carrige returne, возврат каретки) устанавливает курсор на начало текущей строки; вывод подряд символов с кодами 13 и 10 означает перевод курсора на начало следующей строки.

Функция 9: вывести строку на экран дисплея

Для вывода на экран строки (последовательности символов) можно, конечно, использовать функцию 02, однако сделать это можно и за один прием с помощью функции 09 прерывания 21h:

DS:DX:= начальный адрес строки

Перед обращением к этой функции в регистр DS должен быть помещен номер того сегмента памяти, в котором находится выводимая строка, а в регистр DX - смещение строки внутри этого сегмента. При этом в конце строки должен находиться символ $ (код 24h), который служит признаком конца строки и сам не выводится.

Хотя эта функция может оказаться намного удобнее функций побайтового вывода на экран (функция 2 и 6), она имеет тот недостаток, что вполне обычный символ $ используется как ограничитель строки. Это еще один побочный продукт совместимости с CP/M.

Расширенные функции операционной системы DOS в качестве ограничителя строки используют CHR$(0). Это соответствует соглашениям, принятым в операционной системе UNIX и языке программирования Си.

Среди функций DOS нет такой, которая выводит числа. Такую операцию, если надо, приходится реализовывать на основе рассмотренных функций.

Функция 4Ch: завершение программы

Завершив все свои действия, программа обязана вернуть управление операционной системе, чтобы пользователь мог продолжить работу на ПК. Такой возврат реализуется функцией 4Ch прерывания 21h, которую помещают в конце программы:

mov AL, <код завершения>

Каждая программа, вообще говоря, обязана сообщить, успешно или нет она завершила свою работу. Дело в том, что любая программа вызывается из какой-то другой программы (например, из операционной системы), и иногда вызвавшей программе, чтобы правильно продолжить работу, надо знать, выполнила ли вызванная программа все, что надо, или она проработала с ошибкой. Такая информация передается в виде кода завершения программы (некоторого целого числа), который должен быть нулевым, если программа проработала правильно, и ненулевым (каким именно - оговаривается в каждом случае особо) в противном случае. (Узнать код завершения вызванной программы можно с помощью функции 4Dh прерывания 21h.) Потребуется этот код или нет, программа все равно должна выдать его.

Ассемблеры MASM, TASM и WASM отличаются между собой. Однако создание простых программ для них практически не имеет отличий, за исключением самого ассемблирования и компоновки.

Итак, наша первая программа для MASM, TASM и WASM, которая выводит английскую букву «A» в текущей позиции курсора, то есть в левом верхнем углу экрана:

Model tiny .code ORG 100h start: MOV AH,2 MOV DL,41h INT 21h INT 20h END start Этот текст можно набрать в любом простом текстовом редакторе – например в БЛОКНОТЕ (NotePad) от WINDOWS (но не в Word и не в другом «навороченном»). Однако я рекомендую «продвинутый» текстовый редактор с подсветкой синтаксиса, например, PSPad (см. раздел ). Затем сохраняем этот файл с расширением.asm, например, в папке MYPROG. Назовем файл atest. Итак, мы получили: C:\MYPROG\atest.asm.

ПРИМЕЧАНИЕ
Обратите внимание, что в первой команде мы записали 2 вместо 02h. MASM, TASM и WASM, как и Emu8086, допускают такие «вольности». Хотя можно написать 02h – ошибки не будет.

Пояснения к программе :

.model tiny – 1-ая строка. Директива.model определяет модель памяти для конкретного типа файлов. В нашем случае это файл с расширением COM, поэтому выбираем модель tiny, в которой объединены сегменты кода, данных, и стека. Модель tiny предназначена для создания файлов типа СОМ.

.code – 2-ая строка. Эта директива начинает сегмент кода.

ORG 100h – 3-ая строка. Эта команда устанавливает значение программного счетчика в 100h, потому что при загрузке СОМ-файла в память, DOS выделяет под блок данных PSP первые 256 байт (десятичное число 256 равно шестнадцатеричному 100h). Код программы располагается только после этого блока. Все программы, которые компилируются в файлы типа СОМ, должны начинаться с этой директивы.

start: MOV AH, 02h – 4-я строка. Метка start располагается перед первой командой в программе и будет использоваться в директиве END, чтобы указать, с какой команды начинается программа. Инструкция MOV помещает значение второго операнда в первый операнд. То есть значение 02h помещается в регистр АН. Для чего это делается? 02h - это ДОСовская функция, которая выводит символ на экран. Мы пишем программу для DOS, поэтому используем команды этой операционной системы (ОС). А записываем мы эту функцию (а точнее ее номер) именно в регистр АН, потому что прерывание 21h использует именно этот регистр.

MOV DL, 41h – 5-я строка. Код символа «A» заносится в регистр DL. Код символа «A» по стандарту ASCII – это число 41h.

INT 21h – 6-я строка. Это и есть то самое прерывание 21h – команда, которая вызывает системную функцию DOS, заданную в регистре АН (в нашем примере это функция 02h). Команда INT 21h – основное средство взаимодействия программ с ОС.

INT 20h – 7-я строка. Это прерывание, которое сообщает операционной системе о выходе из программы, и о передаче управления консольному приложению. В том случае, если программа уже откомпилирована и запущена из ОС, команда INT 20h вернет нас в ОС (например, в DOS).

END start – 8-я строка. Директива END завершает программу, одновременно указывая, с какой метки должно начинаться ее выполнение.