Искусство схемотехники. Том 2 (Изд.4-е)

Программирование непосредственно в машинных кодах является исключительно тоскливым занятием, так как приходится иметь дело с колонками двоичных чисел, каждый бит которых существенен. Поэтому вы неизбежно должны использовать программу, называемую ассемблером; она позволяет писать программы, используя легко запоминаемые мнемонические обозначения команд и символьные имена, которые вы можете придумывать сами для ячеек ОЗУ и переменных. Программа на языке ассемблера на самом деле не более, чем набор похожих на шифр строк, содержащих буквы и числа; ее следует передать «в руки» программы, называемой ассемблер, для того чтобы получить в результате законченную программу в машинном объектном коде, которую компьютер может выполнить^[3]. Каждая строка ассемблерного кода превращается в несколько байт машинного кода (1–6 байт для МП Intel 8086). Непосредственно выполнять команды на языке ассемблера компьютер не в состоянии.

Для того чтобы конкретизировать высказанные соображения, рассмотрим наше подмножество команд языка ассемблера МП Intel 8086/8 и выполним несколько примеров.

10.03. Упрощенный набор команд процессора Intel 8086/8

Intel 8086 — это 16-разрядный процессор с богатым и несколько своеобразным набором команд, сложность которого отчасти обусловлена стремлением разработчиков сохранить совместимость с 8-разрядным МП Intel 8080 ранней модели. Более поздние разработки, такие как МП Intel 80286 и 80386, все еще поддерживают полный набор команд МП Intel 8086. Вооружившись подходящим мачете, выберемся из джунглей полного набора команд, сохранив лишь нужные нам сейчас 10 арифметических команд и 11 прочих. Вот они:

Краткий обзор. Некоторые пояснения: первые шесть арифметических команд работают с парами чисел (2-х операндные команды), которые мы обозначим как Ь, а и которые могут представлять собой любую из пяти пар, указанных в примечании; при этом m означает содержимое ячейки памяти, r означает содержимое регистра ЦП (их 8), a imm — непосредственный аргумент, который представляет собой число, располагаемое в следующих за командой от 1 до 4 байт памяти. Таким образом, например, команды:

MOV count,CX

ADD small,02H

AND AX,007FH

имеют аргументы типов m, r, m, imm, r, imm соответственно. Первая копирует содержимое регистра СХ в ячейку памяти, именуемую count; вторая прибавляет 2 к содержимому другой ячейки памяти, именуемой small; третья обнуляет 9 старших разрядов 16-разрядного регистра АХ, сохраняя при этом 7 младших разрядов неизменными (так называемая операция маскирования). Отметим принятое фирмой Intel соглашение о порядке аргументов: первый аргумент замещается вторым или модифицируется на основе значения второго аргумента. (В следующей главе мы увидим, что Motorola предписывает другой порядок действий).

Последние четыре арифметические операции имеют только один операнд, который может быть содержимым либо регистра, либо ячейки памяти. Вот два примера:

INC count

NEG AL

Первая команда прибавляет 1 к ячейке памяти, именуемой count, а вторая изменяет знак содержимого регистра AL.

Лирическое отступление: адресация. Прежде, чем продолжить, несколько слов по поводу адресации регистров и памяти. Процессор Intel 8086 предлагает использовать 8 его регистров общего назначения, однако после изучения рис. 10.2 вы придете к заключению о том, что большинство этих регистров используются специфически.

Рис. 10.2. Регистры общего назначения МП 8086.

Четыре из них (A-D) могут быть использованы как в виде единых 16-разрядных регистров (АХ, где X означает extended — расширенный), так и в виде пар байтовых регистров [АН, AL, соответственно означает старший (high) байт регистра АХ, a AL- младший (low) байт]. Регистры ВХ и ВР, так же как и SI, DI, могут содержать адреса и предназначены для использования при адресации (см. ниже). Специальные циклические команды (которые мы исключили из нашего краткого перечня) используют регистр С, а команды умножения/деления и ввода-вывода используют регистры А и D.

Данные, используемые в командах, могут представлять собой константу, величину, содержащуюся в регистре или величину, содержащуюся в памяти. Константы вы указываете, просто записывая их, а регистры - по именам, так, как было показано выше. Для адресации памяти МП Intel 8086 обеспечивает 6 режимов адресации, три из которых пояснены схемами на рис. 10.3.

Рис. 10.3. Некоторые способы адресации.

Вы можете прямо указать имя переменной, в этом случае ее адрес при ассемблировании будет определяться парой байтов, следующих сразу же за командой; вы можете занести адрес переменной в один из регистров, используемых для адресации (ВХ, ВР, SI или DI), а затем выполнить команду, в которой предусмотрена косвенная адресация через соответствующий регистр; можно модифицировать последний режим адресации и получать адрес переменной, прибавляя константу смещения к содержимому регистра, используемого для адресации. Косвенный режим быстрее (в предположении, что адрес уже загружен в соответствующий регистр) и является гораздо более приемлемым, если вы хотите выполнять некоторые операции над множеством чисел (строкой или массивом).

Вот несколько примеров адресации:

MOV count,100Н (прямая, непосредственная)

MOV [ВХ],100Н (косвенная, непосредственная)

MOV [ВХ + 1000Н], (адресация по базе, регистр)

АХ

В двух последних командах предполагается, что мы уже загрузили адрес в ВХ. Последняя команда копирует содержимое АХ в ячейку памяти, смещенную на 4 К (1000-ричное) выше от ячейки, на которую указывает ВХ; ниже мы вкратце рассмотрим пример, иллюстрирующий, как можно использовать эту команду для копирования массива.

При адресации памяти для МП 8086 существует сложность другого рода, которую мы было «замели под ковер»: адрес, формируемый в любом из вышеуказанных режимов адресации, не является окончательным, действительным адресом, поскольку получаемый таким образом адрес имеет только 16 разрядов (и может адресовать только 64 Кбайт памяти). На самом деле то, что вычисляется по указанным выше правилам, называется смещением. Для того чтобы получить действительный, физический адрес, вы должны прибавить к смещению 20-разрядную базовую величину, получаемую сдвигом на 4 разряда влево содержимого 16-разрядного сегментного регистра (таких регистров имеется 4). Другими словами, МП 8086 позволяет вам обращаться к областям памяти по 64 Кбайт; положение этих «сегментов» внутри полного адресного пространства 1 Мбайт, что в свою очередь определяется содержимым сегментных регистров. Использование 16-разрядной адресации в МП 8086 по большому счету было большой ошибкой, унаследованной от ранних поколений.

Более современные МП (начиная с 80386, а также серии 68000) сделаны как надо во всех отношениях, с 32-разрядной адресацией. Для того чтобы не усложнять наши примеры, мы просто игнорируем сегменты вообще; на практике вы, конечно, должны будете о них побеспокоиться.

Обзор набора команд (продолжение). Рассмотрим теперь команды управления стеком PUSH и POP. Стек — это часть памяти, организованная специальным образом: когда вы заносите некоторое значение в стек (выполняя операцию push), это значение заносится в очередную доступную ячейку (вершину стека); а когда вы извлекаете значение из стека (выполняя операцию POP), оно выбирается из вершины стека, т. е. выбирается то, что было занесено в стек последним. Таким образом, стек — это последовательный набор данных, организованный по принципу: последним пришел-первым вышел. Вам, может быть, будет легче освоить это понятие, если вы представите себе монетную кассу водителя автобуса или стопку подносов в столовой.