В статье будут рассмотрены основы языка ассемблер применительно к архитектуре win32. Он представляет собой символическую запись машинных кодов. В любой электронно-вычислительной машине самым низким уровнем является аппаратный. Здесь управление процессами происходит командами или инструкциями на машинном языке. Именно в этой области ассемблеру предназначено работать.
Написание программы на ассемблере - крайне трудный и затратный процесс. Чтобы создать эффективный алгоритм, необходимо глубокое понимание работы ЭВМ, знание деталей команд, а также повышенное внимание и аккуратность. Эффективность - это критический параметр для программирования на ассемблер.
Главное преимущество языка ассемблер в том, что он позволяет создавать краткие и быстрые программы. Поэтому используется, как правило, для решения узкоспециализированных задач. Необходим код, работающий эффективно с аппаратными компонентами, или нужна программа, требовательная к памяти или времени выполнения.
Регистрами в языке ассемблер называют ячейки памяти, расположенные непосредственно на кристалле с АЛУ (процессор). Особенностью этого типа памяти является скорость обращения к ней, которая значительно быстрее оперативной памяти ЭВМ. Она также называется сверхбыстрой оперативной памятью (СОЗУ или SRAM).
Существуют следующие виды регистров:
Есть 8 регистров общего назначения, каждый размером в 32 бита.
Доступ к регистрам EAX, ECX, EDX, EBX может осуществляться в 32-битовом режиме, 16-битовом - AX, BX, CX, DX, а также 8-битовом - AH и AL, BH и BL и т. д.
Буква "E" в названиях регистров означает Extended (расширенный). Сами имена же связаны с их названиями на английском:
Специализация РОН языка ассемблер является условной. Их можно использовать в любых операциях. Однако некоторые команды способны применять только определенные регистры. Например, команды цикла используют ESX для хранения значения счетчика.
Регистр флагов. Под этим подразумевается байт, который может принимать значения 0 и 1. Совокупность всех флагов (их порядка 30) показывают состояние процессора. Примеры флагов: Carry Flag (CF) - Флаг переноса, Overflow Flag (OF) - переполнения, Nested Flag (NT) - флаг вложенности задач и многие другие. Флаги делятся на 3 группы: состояние, управление и системные.
Указатель команд (EIP - Instruction Pointer). Данный регистр содержит адрес инструкции, которая должна быть выполнена следующей, если нет иных условий.
Регистры сегментов (CS, DS, SS, ES, FS, GS). Их наличие в ассемблере продиктовано особым управлением оперативной памятью, чтобы увеличить ее использование в программах. Благодаря им можно было управлять памятью размером до 4 Гб. В архитектуре Win32 необходимость в сегментах отпала, но названия регистров сохранились и используются по-другому.
Это область памяти, выделенная для работы процедур. Особенность стека заключается в том, что последние данные, записанные в него, доступны для чтения первыми. Или иными словами: первые записи стека извлекаются последними. Представить этот процесс себе можно в качестве башни из шашек. Чтобы достать шашку (нижнюю шашку в основание башни или любую в середине) нужно сначала снять все, которые лежат сверху. И, соответственно, последняя положенная на башню шашка, при разборе башни снимается первой. Такой принцип организации памяти и работы с ней продиктован ее экономией. Стек постоянно очищается и в каждый момент времени одна процедура использует его.
Идентификатор в языке программирования ассемблер имеет такой же смысл, как и в любом другом. Допускается использование латинских букв, цифр и символов "_", ".", "?", "@", "$". При этом прописные и строчные буквы эквивалентны, а точка может быть только первым символом идентификатора.
Целые числа в ассемблере можно указывать в системах отсчета с основаниями 2, 8, 10 и 16. Любая другая запись чисел будет рассматриваться компилятором ассемблера в качестве идентификатора.
В записи символьных данных допускается использовать как апострофы, так и кавычки. Если в символьной строке требуется указать один из них, то правила следующие:
Для указания комментирования в языке ассемблер используется символ точка с запятой - ";". Допустимо использовать комментарии как в начале строк, так и после команды. Заканчивается комментарий переводом строки.
Директива эквивалентности используется схожим образом тому, как в других языках указывают константные выражения. Эквивалентность указывается следующим способом:
Таким образом в программе все вхождения будут заменяться на, на месте которого допустимо указывать целое число, адрес, строку или другое имя. Директива EQU похожа по своей работе на #define в языке С++.
Языки высокого уровня (C++, Pascal) являются типизированными. То есть, в них используются данные, имеющие определенный тип, имеются функции их обработки и т. д. В языке программирования ассемблер подобного нет. Существует всего 5 директив для определения данных:
Буква D означает Define.
Любая директива может быть использована для объявления любых данных и массивов. Однако для строк рекомендуется использовать DB.
Синтаксис:
В качестве операнда допустимо использовать числа, символы и знак вопрос - "?", обозначающий переменную без инициализации. Рассмотрим примеры:
Real1 DD 12.34 char db "c" ar2 db "123456",0 ; массив из 7 байт num1 db 11001001b ; двоичное число num2 dw 7777o ; восьмеричное число num3 dd -890d ; десятичное число num4 dd 0beah ; шестнадцатеричное число var1 dd ? ; переменная без начального значения ar3 dd 50 dup (0) ; массив из 50 инициализированных эл-тов ar4 dq 5 dup (0, 1, 1.25) ; массив из 15 эл-тов, инициализированный повторами 0, 1 и 1.25
Синтаксис команд ассемблера или инструкций ассемблера выглядит следующим образом.
:Ассе́мблер (asm, assembler); от англ. assemble - собирать, монтировать) - язык программирования низкого уровня, вспомогательная программа в составе операционной системы для автоматического перевода исходной программы, подлежащей выполнению на компьютере, на машинный язык; вид транслятора . Понятия ассемблера отражают архитектуру электронно-вычислительной машины. Ассемблер - символьная форма записи машинного языка, использование которой упрощает написание машинных программ. Для одного и того же компьютера могут быть разработаны разные языки ассемблера. В отличие от языков высокого уровня, в котором проблемы реализации алгоритмов скрыты от разработчиков, язык ассемблера тесно связан с системой команд компьютера. Ассемблер обеспечивает доступ к регистрам, указание методов адресации и описание операций в терминах команд процессора. Он может содержать средства более высокого уровня: встроенные и определяемые макрокоманды, соответствующие нескольким машинным командам, автоматический выбор команды в зависимости от типов операндов, средства описания структур данных.
Ассемблером называют также компилятор с языка ассемблера в команды машинного языка. Другое название такого компилятора - мнемокод. Он предназначен для представления в удобном (мнемоническом) виде машинных кодов команд, обеспечивает эффективное использование ресурсов системы (процессор, память, периферия). Мнемокод используется в местах, где требуется быстродействие, ограничен по размер оперативной памяти. Ассемблером также называют иногда систему команд центрального процессора.
Под каждую архитектуру процессора и под каждую операционную систему существует свой ассемблер. Кросс-ассемблеры позволяют на машинах с одной архитектурой ассемблировать программы для другой архитектуры или другой операционной системы. Ассемблер обеспечивает доступ к регистрам, указание методов адресации и описание операций в терминах команд процессора. Ассемблер может содержать средства высокого уровня: встроенные и определяемые макрокоманды, соответствующие нескольким машинным командам, автоматический выбор команды в зависимости от типов операндов, средства описания структур данных.
Команды языка ассемблера соответствуют командам процессора и представляют собой символьную форму записи команд и аргументов. Язык ассемблер обеспечивает связывание частей программы и данныx через метки, выполняемое при ассемблировании (для каждой метки высчитывается адрес, после чего каждое вхождение метки заменяется на этот адрес). Поскольку системы команд микропроцессоров различаются, каждый процессор имеет свой набор команд на языке ассемблера и свои компиляторы-ассемблеры.
Обычно программы или участки кода пишутся на языке ассемблера в случаях, когда разработчику нужно оптимизировать быстродействие (при создании драйверов), размер кода. Большинство компиляторов позволяют комбинировать в одной программе, код написанный на разных языках программирования. Это позволяет писать сложные программы используя высокоуровневый язык, не теряя быстродействия в критических ко времени задачах, используя для них части написанные на языке ассемблера. Комбинирование достигается вставкой фрагментов на языке ассемблера в текст программы (специальными директивами языка) или написанием процедур на языке ассемблера. Этот способ используется для несложных преобразований данных, но он неприменим в полноценном ассемблерном коде с данными и подпрограммами с множеством входов и выходов, не поддерживаемых высокоуровневыми языками.
В таком случае используют модульную компиляцию, когда каждый файл программы компилируется в объектный модуль, которые затем линкуются (связываются) в готовую программу. Объектные файлы представляют собой блоки машинного кода и данных, с неопределенными адресами ссылок на данные и процедуры в других объектных модулях, а также список своих процедур и данных. Линкер собирает код и данные каждого объектного модуля в программу, вычисляет и заполняет адреса перекрестных ссылок между модулями. В процессе линковки происходит связывание программы со статическими и динамическими библиотеками (являющихся архивами объектных файлов).При модульной компиляции каждый объектный модуль программы может быть написан на своем языке программирования и скомпилирован своим компилятором (ассемблером).
Для начала разберёмся с терминологией.
Машинный код – система команд конкретной вычислительной машины (процессора), которая интерпретируется непосредственно процессором. Команда, как правило, представляет собой целое число, которое записывается в регистр процессора. Процессор читает это число и выполняет операцию, которая соответствует этой команде. Популярно это описано в книге Как стать программистом .
Язык программирования низкого уровня (низкоуровневый язык программирования) – это язык программирования, максимально приближённый к программированию в машинных кодах. В отличие от машинных кодов, в языке низкого уровня каждой команде соответствует не число, а сокращённое название команды (мнемоника). Например, команда ADD – это сокращение от слова ADDITION (сложение). Поэтому использование языка низкого уровня существенно упрощает написание и чтение программ (по сравнению с программированием в машинных кодах). Язык низкого уровня привязан к конкретному процессору. Например, если вы написали программу на языке низкого уровня для процессора PIC, то можете быть уверены, что она не будет работать с процессором AVR.Язык программирования высокого уровня – это язык программирования, максимально приближённый к человеческому языку (обычно к английскому, но есть языки программирования на национальных языках, например, язык 1С основан на русском языке). Язык высокого уровня практически не привязан ни к конкретному процессору, ни к операционной системе (если не используются специфические директивы).
Язык ассемблера – это низкоуровневый язык программирования, на котором вы пишите свои программы. Для каждого процессора существует свой язык ассемблера.
Ассемблер – это специальная программа, которая преобразует (компилирует) исходные тексты вашей программы, написанной на языке ассемблера, в исполняемый файл (файл с расширением EXE или COM). Если быть точным, то для создания исполняемого файла требуются дополнительные программы, а не только ассемблер. Но об этом позже…
В большинстве случаев говорят «ассемблер», а подразумевают «язык ассемблера». Теперь вы знаете, что это разные вещи и так говорить не совсем правильно. Хотя все программисты вас поймут.
ВАЖНО!
В отличие от языков высокого уровня, таких, как
Паскаль ,
Бейсик и т.п., для
КАЖДОГО АССЕМБЛЕРА существует СВОЙ ЯЗЫК АССЕМБЛЕРА. Это правило в корне отличает язык
ассемблера от языков высокого уровня. Исходные тексты программы (или просто «исходники»),
написанной на языке высокого уровня, вы в большинстве случаев можете откомпилировать
разными компиляторами для разных процессоров и разных операционных систем.
С ассемблерными исходниками это сделать будет намного сложнее. Конечно, эта разница
почти не ощутима для разных ассемблеров, которые предназначены для одинаковых процессоров.
Но в том то и дело, что для КАЖДОГО ПРОЦЕССОРА существует СВОЙ АССЕМБЛЕР и
СВОЙ ЯЗЫК АССЕМБЛЕРА. В этом смысле программировать на языках высокого уровня гораздо проще.
Однако за все удовольствия надо платить. В случае с языками высокого уровня мы можем
столкнуться с такими вещами как больший размер исполняемого файла, худшее быстродействие и т.п.
В этой книге мы будем говорить только о программировании для компьютеров с процессорами Intel (или совместимыми). Для того чтобы на практике проверить приведённые в книге примеры, вам потребуются следующие программы (или хотя бы некоторые из них):
И еще – исходный код, написанный, например для Emu8086, будет немного отличаться от кода, написанного, например, для TASM. Эти отличия будут оговорены.
Большая часть программ, приведённых в книге, написана для . Во-первых, потому что этот ассемблер наиболее популярен и до сих пор поддерживается. Во-вторых, потому что он поставляется с MSDN и с пакетом программ Visual Studio от Microsoft. Ну и в третьих, потому что я являюсь счастливым обладателем лицензионной копии MASM.
Если же у вас уже есть какой-либо ассемблер, не вошедший в перечисленный выше список, то вам придётся самостоятельно разобраться с его синтаксисом и почитать руководство пользователя, чтобы научиться правильно с ним работать. Но общие рекомендации, приведённые в данной книге, будут справедливы для любых (ну или почти для любых) ассемблеров.
1. Когда и кем были изобретены счетно-перфорационные машины? Какие задачи на них решались?2. Что такое электромеханическое реле? Когда создавались релейные вычислительные машины? Каким быстродействием они обладали?
3. Где и когда была построена первая ЭВМ? Как она называлась?
4. Какова роль Джона фон Неймана в создании ЭВМ?
5. Кто был конструктором первых отечественных ЭВМ?
6. На какой элементной базе создавались машины первого поколения? Каковы были их основные характеристики?
7. На какой элементной базе создавались машины второго поколения? В чем их преимущества по сравнению с первым поколением ЭВМ?
8. Что такое интегральная схема? Когда были созданы первые ЭВМ на интегральных схемах? Как они назывались?
9. Какие новые области применения ЭВМ возникли с появлением машин третьего поколения?
10. Что такое микропроцессор? Когда и где был создан первый микропроцессор?
11. Что такое микроЭВМ и персональный компьютер?
12. Какие типы ПК наиболее распространены в мире?
13. Что такое суперкомпьютер?
14. Что такое кластерные системы ПК?
15. В чем особенность компьютеров пятого поколения?
19 века английский математик Чарльз Бэббидж?
Идею создания программно управляемой счетной машины, имеющей арифметическое устройство, устройство управления, а также устройство ввода и печати
Идею создания сотового телефона
Идею создания роботов, управляемых компьютером
В каком году и где была создана первая ЭВМ на основе электронных ламп?
1945 год, США
1944 г, Англия
1946 г, Франция
На какой базе были созданы ЭВМ третьего поколения?
Интегральные схемы
полупроводники
электронные лампы
сверхбольшие интегральные схемы
Как назывался первый персональный компьютер?
Назовите центральное устройство компьютера.
Процессор
Системный блок
Блок питания
Материнская плата
Процессор обрабатывает информацию представленную:
В десятичной системе счисления
На английском языке
На русском языке
На машинном языке (в двоичном коде)
Для ввода числовой и текстовой информации используется
Клавиатура
Сканер используется для…
Для ввода в компьютер изображений и текстовых документов
Для рисования на ней специальной ручкой
Перемещения курсора на экране монитора
Получения голографических изображений
10. Какой тип принтера целесообразно использовать для печати финансовых документов?
Матричный принтер
Струйный принтер
Лазерный принтер
Какой тип принтера целесообразно использовать для печати рефератов?
Матричный принтер
Струйный принтер
Лазерный принтер
Какой тип принтера целесообразно использовать для печати фотографий?
Матричный принтер
Струйный принтер
Лазерный принтер
При несоблюдении санитарно – гигиенических требований компьютера вредное влияние на здоровье человека может оказать…
Монитор на электронно – лучевой трубке
Монитор на жидких кристаллах
Плазменные панели
При выключении компьютера вся информация стирается из…
Оперативной памяти
Жесткого диска
Лазерного диска
В каком устройстве компьютера осуществляется хранение информации?
Внешняя память;
процессор;
Оптические дорожки имеют меньшую толщину и размещены более плотно на …
Цифровом видеодиске (DVD – диске)
Компакт диске (CD – диске)
В устройства ввода входят…
В устройства вывода входят…
Клавиатура, мышь, джойстик, световое перо, сканер, цифровая камера, микрофон
Звуковые колонки, монитор, принтер, наушник
Жесткий диск, процессор, модули памяти, материнская плата, дискета
Программой называется…
Компьютерная программа может управлять работой компьютера, если она находится…
В оперативной памяти
На гибком диске
На жестком диске
На CD – диске
Данные – это…
Последовательность команд, которую выполняет компьютер в процессе обработки данных
Информация, представленная в цифровой форме и обрабатываемая на компьютере
Данные, имеющие имя и хранящиеся в долговременной памяти
Файл – это…
Текст распечатанный на компьютере
Информация, представленная в цифровой форме и обрабатываемая на компьютере
Программа или данные, имеющие имя и хранящиеся в долговременной памяти
При быстром форматировании гибкого диска …
Производится очистка каталога диска
Стираются все данные
Производится дефрагментация диска
Производится проверка поверхности диска
При полном форматировании гибкого диска…
стираются все данные
производится полная проверка диска
производится очистка каталога диска
диск становится системным
В многоуровневой иерархической файловой системе...
Файлы хранятся в системе, представляющей собой систему вложенных папок
Файлы хранятся в системе, которая представляет собой линейную последовательность
История развития вычислительной техники:1. Назовите первое вычислительное устройство.
1) Абак
2) Калькулятор
3) Арифмометр
4) русские счеты
2. Какую идею выдвинул в середине 19 века английский математик Чарльз Бэббидж?
1) Идею создания программно управляемой счетной машины, имеющей арифметическое устройство, устройство управления, а также устройство ввода и печати
2) Идею создания сотового телефона
3) Идею создания роботов, управляемых компьютером
3. Назовите первого программиста вычислительных машин.
1) Ада Лавлейс
2) Сергей Лебедев
3) Билл Гейтс
4) Софья Ковалевская
4. В каком году и где была создана первая ЭВМ на основе электронных ламп?
1) 1945 год, США
2) 1950, СССР
3) 1944 г, Англия
4) 1946 г, Франция
5. На какой базе были созданы ЭВМ третьего поколения?
1) Интегральные схемы
2) полупроводники
3) электронные лампы
4) сверхбольшие интегральные схемы
6. Как назывался первый персональный компьютер?
1) Apple II
2) IBM PC
3) Dell
4) Корвет
Устройство компьютера.........................15
1. Назовите центральное устройство компьютера.
1) Процессор
2) Системный блок
3) Блок питания
4) Материнская плата
2. Как записывается и передается физическая информации в ЭВМ?
1) цифрами;
2) с помощью программ;
3) представляется в форме электрических сигналов.
3. Процессор обрабатывает информацию представленную:
1) В десятичной системе счисления
2) На английском языке
3) На русском языке
4) На машинном языке (в двоичном коде)
4. Для ввода числовой и текстовой информации используется
1) Клавиатура
2) Мышь
3) Трекбол
4) Ручка
5. Важнейшей характеристикой координатных устройств ввода является разрешающая способность, которая обычно составляет 500 dpi (dot per inch – точек на дюйм (1 дюйм = 2,54 см)), что означает…
1) При перемещении мыши на один дюйм указатель мыши перемещается на 500 точек
2) При перемещении мыши на 500 точек указатель мыши перемещается на один дюйм
6. Сканер используется для…
1) Для ввода в компьютер изображений и текстовых документов
2) Для рисования на ней специальной ручкой
3) Перемещения курсора на экране монитора
4) Получения голографических изображений
Устройства вывода информации.................21
1. Какой тип принтера целесообразно использовать для печати финансовых документов?
1) Матричный принтер
2) Струйный принтер
3) Лазерный принтер
2. Какой тип принтера целесообразно использовать для печати рефератов?
1) Матричный принтер
2) Струйный принтер
3) Лазерный принтер
1. Какой тип принтера целесообразно использовать для печати фотографий?
1) Матричный принтер
2) Струйный принтер
3) Лазерный принтер
2. При несоблюдении санитарно – гигиенических требований компьютера вредное влияние на здоровье человека может оказать…
1) Монитор на электронно – лучевой трубке
2) Монитор на жидких кристаллах
4) Плазменные панели
3. Устройство, которое обеспечивает запись и считывание информации называется…
1) Дисководом или накопителем
4. При выключении компьютера вся информация стирается из…
4) Оперативной памяти
5) Жесткого диска
6) Лазерного диска
7) Дискеты
13. В каком устройстве компьютера осуществляется хранение информации?
1) Внешняя память;
2) монитор;
3) процессор;
2. Оптические дорожки имеют меньшую толщину и размещены более плотно на …
1) Цифровом видеодиске (DVD – диске)
2) Компакт диске (CD – диске)
3) Дискете
3. На каком диске информация хранится на концентрических дорожках, на которых чередуются намагниченные и ненамагниченные участки
1) На дискете
2) На компакт диске
3) На DVD – диске
4. В устройства ввода входят…
1) Жесткий диск, процессор, модули памяти, материнская плата, дискета
5. В устройства вывода входят…
1) Клавиатура, мышь, джойстик, световое перо, сканер, цифровая камера, микрофон
2) Звуковые колонки, монитор, принтер, наушник
3) Жесткий диск, процессор, модули памяти, материнская плата, дискета
6. Программой называется…
7. Компьютерная программа может управлять работой компьютера, если она находится…
1) В оперативной памяти
2) На гибком диске
3) На жестком диске
4) На CD – диске
8. Данные – это…
1) Последовательность команд, которую выполняет компьютер в процессе обработки данных
2) Информация, представленная в цифровой форме и обрабатываемая на компьютере
3) Данные, имеющие имя и хранящиеся в долговременной памяти
9. Файл – это…
1) Текст распечатанный на компьютере
2) Информация, представленная в цифровой форме и обрабатываемая на компьютере
3) Программа или данные, имеющие имя и хранящиеся в долговременной памяти
10. При быстром форматировании гибкого диска …
1) Производится очистка каталога диска
2) Стираются все данные
3) Производится дефрагментация диска
4) Производится проверка по
