Разработка виртуальных лабораторных работ средствами эмулятора Emu8086

СПОСОБЫ АДРЕСАЦИИ НА ЯЗЫКЕ АССЕМБЛЕРА

Цель работы: Изучить основные способы адресации.

Способы адресации.

Способом, или режимом адресации называют процедуру нахождения операнда для выполняемой команды. Если команда использует два операнда, то для каждого из них должен быть задан способ адресации, причем режимы адресации первого и второго операнда могут, как совпадать, так и различаться. Операнды команды могут находиться в разных местах: непосредственно в составе кода команды, в каком-либо регистре, в ячейке памяти; в последнем случае существует несколько возможностей указания его адреса. Строго говоря, способы адресации являются элементом архитектуры процессора, отражая заложенные в нем возможности поиска операндов. С другой стороны, различные способы адресации определенным образом обозначаются в языке ассемблера и являются разделом языка.

В программах, написанных на языке ассемблера термин "операнд" применим к обозначению тех физических объектов, с которыми имеет дело процессор при выполнении машинной команды и, говоря об операндах команд языка, понимают в действительности операнды машинных команд. По отношению к командам ассемблера используется термин "параметры".

В архитектуре современных 32-разрядных процессоров Intel предусмотрены довольно изощренные способы адресации; в МП 86 способов адресации меньше. Мы в настоящей лабораторной работе ознакомимся с режимами адресации, используемые в МП 86.

Различают следующие режимы адресации:

регистровый;

непосредственный;

прямой;

регистровый косвенный (базовый или индексный);

регистровый косвенный со смещением (базовый или индексный);

базово-индексный;

базовый индексный со смещением.

1.1 Регистровый режим

Значение операнда-источника предварительно запоминается в одном из встроенных регистров микропроцессора.

Сам регистр становится эффективным адресом. Операнд (байт или слово) находится в регистре. Этот способ применим ко всем программно-адресуемым регистрам процессора:

1.2 Непосредственный режим

Непосредственная адресация. Операнд (байт или слово) указывается в команде и после трансляции поступает в код команды; он может иметь любой смысл (число, адрес, код ASCII), а также быть представлен в виде символического обозначения.

Команда mov, использованная в последнем предложении, имеет два операнда; первый операнд определяется с помощью регистровой адресации, второй - с помощью непосредственной.

Важным применением непосредственной адресации является пересылка относительных адресов (смещений), для этого используется описатель offset (смещение):

; Сегмент данных

string db “Privet"; Строка символов

; Сегмент команд

mov DX,offset string; Адрес строки засылается в DX

1.3 Прямой режим.

Адресуется память; адрес ячейки памяти (слова или байта) указывается в команде (обычно в символической форме) и поступает в код команды:

; Сегмент данных

meml dw 0; Слово памяти содержит 0

mem2 db 230; Байт памяти содержит 230

; Сегмент команд

inc meml; Содержимое слова meml увеличивается на 1

mov DX, meml; Содержимое слова с именем menu загружается в DX

mov AL,mem2; Содержимое байта с именем mem2 загружается в АL

Сравнивая этот пример с предыдущим, мы видим, что указание в команде имени ячейки памяти обозначает, что операндом является содержимое этой ячейки; указание имени ячейки с описателем offset - что операндом является адрес ячейки.

Прямая адресация памяти на первой взгляд, кажется, простой и наглядной. Если мы хотим обратиться, например, к ячейке meml, мы просто указываем ее имя в программе. В действительности, однако, дело обстоит сложнее. Адрес любой ячейки состоит из двух компонентов: сегментного адреса и смещения. Обозначения meml и mem2 в предыдущем примере, являются смещениями. Сегментные же адреса хранятся в сегментных регистрах. Однако сегментных регистров четыре: DS, ES, CS и SS. Каким образом процессор узнает, из какого регистра взять сегментный адрес, и как сообщить ему об этом в программе?

Процессор различает группу кодов, носящих название префиксов. Имеется несколько групп префиксов: повторения, размера адреса, размера операнда, замены сегмента. Здесь нас будут интересовать префиксы замены сегмента.

Команды процессора, обращающиеся к памяти, могут в качестве первого байта своего кода содержать префикс замены сегмента, с помощью которого процессор определяет, из какого сегментного регистра взять сегментный адрес. Для сегментного регистра ES код префикса составляет 26h, для SS - 361i, для CS - 2Eh. Если префикс отсутствует, сегментный адрес берется из регистра DS (хотя для него тоже предусмотрен свой префикс).

В приведенном примере, по умолчанию, все данные адресуются через сегментный регистр DS, так что вместо inc meml можно было написать inc DS: mem. В случае замены сегментного регистра его обязательно нужно указывать явно:

inc ES: mem1

inc CS: mem2

Обращение к ячейке памяти по известному абсолютному адресу осуществляется следующим образом:

1.4 Регистровый косвенный (базовый и индексный).

Адресуется память (байт или слово). Относительный адрес ячейки памяти находится в регистре, обозначение которого заключается в прямые скобки. В МП 86 косвенная адресация допустима только через регистры ВХ, ВР, SI и DI. При использовании регистров ВХ или ВР адресацию называют базовой, при использовании регистров SI или DI - индексной.

Если косвенная адресация осуществляется через один из регистров ВХ, SI или DI, то подразумевается сегмент, адресуемый через DS, поэтому при адресации через этот регистр обозначение DS: можно опустить:

mov es: [bx],'1' ЇЇЇЇ> mov [bx],'1'

Кстати, этот фрагмент немного эффективнее предыдущего в смысле расходования памяти. Из-за отсутствия в коде последней команды префикса замены сегмента он занимает на 1 байт меньше места.

Регистры ВХ, SI и DI в данном применении совершенно равнозначны, и с одинаковым успехом можно воспользоваться любым из них:

Не так обстоит дело с регистром ВР. Этот регистр специально предназначен для работы со стеком, и при адресации через этот регистр в режимах косвенной адресации подразумевается сегмент стека; другими словами, в качестве сегментного регистра по умолчанию используется регистр SS.

Обычно косвенная адресация к стеку используется в тех случаях, когда необходимо обратиться к данным, содержащимся в стеке, без изъятия их оттуда (например, если к эти данные приходится считывать неоднократно).

Обозначение этого способа адресации:

Использование базовой адресации, на первый взгляд, снижает эффективность программы, так как требует дополнительной операции - загрузки в базовый регистр требуемого адреса. Однако команда с базовой адресацией занимает меньше места в памяти (так как в нее не входит адрес ячейки) и выполняется быстрее команды с прямой адресацией (из-за того, что команда короче, процессору требуется меньше времени на ее считывание из памяти). Поэтому базовая адресация эффективна в тех случаях, когда по заданному адресу приходится обращаться многократно, особенно, в цикле. Выигрыш оказывается тем больше, чем большее число, раз происходит обращение по указанному адресу. С другой стороны, возможности этого режима адресации невелики, и на практике чаще используют более сложные способы.

Примеры:

1.5 Регистровый косвенный режим со смещением (базовый и индексный).

Адресуется память (байт или слово). Относительный адрес операнда определяется, как сумма содержимого регистра BX, BP, SI или DI и указанной в команде константы, иногда называемой смещением. Смещение может быть числом или адресом. Так же, как и в случае базовой адресации, при использовании регистров BX, SI и DI подразумевается сегмент, адресуемый через DS, а при использовании ВР подразумевается сегмент стека и, соответственно, регистр SS.

смещение = {SP, BP, DI, SI, BX} + смещение из команды

Иногда можно встретиться с альтернативными обозначениями того же способа адресации, которые допускает ассемблер. Вместо, например, 4 [ВХ] можно с таким же успехом написать [ВХ+4], 4+ [ВХ] или [ВХ] +4. Такая неоднозначность языка ничего, кроме путаницы, не приносит, однако ее надо иметь в виду, так как с этими обозначениями можно столкнуться, например, рассматривая текст деассемблированной программы.

Рассмотрим теперь пример использования базовой адресации со смещением при обращении к стеку:

смещение = {SP, BP, DI, SI, BX} + смещение из команды

Здесь квадратные скобки [] - это тоже оператор. Он вычисляет адрес как сумму того, что находится внутри скобок с тем, что находится снаружи.

array db 0, 10, 20, 30, 40, 50, 60; Пусть в сегменте данных определен массив:

Последовательность команд:

mov BX,5

mov AL,array [5] ; загрузит в AL элемент массива с индексом 5, то есть 50.

Тот же результат будет получен и в таких последовательностях команд:

mov BX,offset array

mov AL,5 [BX]

или

mov AL, [BX] +5

mov AL, [BX+5]

1.6 Базово-индексный режим

Адресуется память (байт или слово). Относительный адрес операнда определяется, как сумма содержимого следующих пар регистров:

Во всех этих случаях можно также писать:

Это чрезвычайно распространенный способ адресации, особенно, при работе с массивами. В нем используются два регистра, при этом одним из них должен быть базовый (ВХ или ВР), а другим - индексный (SI или DI). Как правило, в одном из регистров находится адрес массива, а в другом - индекс в нем, при этом совершенно безразлично, в каком что.

1.7 Базово-индексная адресация со смещением.

Адресуется память (байт или слово). Относительный адрес операнда определяется как сумма содержимого двух регистров и смещения.

Это способ адресации является развитием предыдущего. В нем используются те же пары регистров, но полученный с их помощью результирующий адрес можно еще сместить на значение указанной в команде константы. Как и в случае базово-индексной адресации, константа может представлять собой индекс (и тогда в одном из регистров должен содержаться базовый адрес памяти), но может быть и базовым адресом. В последнем случае регистры могут использоваться для хранения составляющих индекса.

Приведем формальный пример рассматриваемого режима адресации.

Пусть в сегменте данных определен массив из 24 байт

syms db 'ЙЦУКЕНГШЩЗХЪ'

db 'йцукенгшщзхъ'

Последовательность команд

mov BX,12mov SI,6

mov DL,syms [BX] [SI] ; загрузит в регистр DL элемент с индексом 6 из второго ряда, то есть код ASCII буквы г

Тот же результат будет получен и в таком варианте:

mov BX,offset syms

mov SI,6

mov DL,12 [BX] [SI]

2. Порядок выполнения работы:

1. С помощью редактора эмулятора EMU 8086 напишите программу, исходный текст которой приводится в листинге №1:

2. Создайте исполняемый файл типа MZ.

3. Изучите структуру программы, также изучите структуру сегмента данных программы: найдите в нем все переменные, определенные в тексте программы.

4. Переделайте программу с использованием упрощенных директив сегментации так, чтобы получить исполняемый файл типа.com и сравните размеры программ.

5. Выполните первые 5 шагов программы, анализируя и записывая состояние регистров на каждом шаге.

6. Занесите в СХ 00FFh. Определите по способу адресации ячейку памяти в сегменте, где произойдут изменения, записать ее адрес.

7. Выполните дальнейшие шаги программы, анализируя возможные способы адресации.

8. Подготовьте отчет, который должен содержать тексты программ, адреса сегментных регистров и записи адресов ячеек памяти против соответствующих команд, а также запись содержимого этих ячеек.

9. В отчете должны содержаться ответы на следующие вопросы.

3. Контрольные вопросы

Как переслать содержимое X в Y?

Чем отличаются команды

MOV [si], cx

и

MOV si, cx?

К какому способу адресации относится команда MOV dx, offset message?

Какие сегменты используются при следующих вариантах адресации: [BX] [SI], [BX] [DI], [BP] [SI], [BP] [DI] ?

5. Что произойдет при выполнении инструкции

MOV AL, DS: 17h?

Чем эта команда отличается от следующей:

MOV AL, DS: [17h] ?

6. Пусть в сегменте данных определен массив

Array db 0,15,22,31,44,45,62,67,76,99

Что окажется в регистре AL после выполнения команд:

MOV BX, 5

MOV AL, array [BX] ?

7. Какой это способ адресации (пример вопроса 6)?

8. Укажите, какие инструкции в программе (листинг №1), созданной в данной лабораторной работе, относятся к инструкциям:

с непосредственным;

косвенным режимом адресации?

9. Укажите способ записи обращения напрямую к ячейке памяти по известному абсолютному адресу?

10. Префиксы, Виды префиксов. Префиксы замены сегмента?

11. Перечислите регистры косвенной и базовой адресации. Опишите отличия?

12. Сущность эффективности базовой адресации в сравнении с прямой?

Листинг №1.

TITLE MOVE2 MOVE2 SEGMENT 'CODE' ASSUME CS: MOVE2, DS: DATA MYPROC PROC OUTPROC:

MOV AX,DATA MOV DS,AX MOV AH,BH MOV AH,X MOV CH,3 MOV AX,3 MOV AX,Y MOV [SI],CX MOV [BP],CX MOV [SI],258 MOV [BP+516],1027 MOV BYTE PTR X,255 MOV BYTE PTR [DI+515],4 MOV WORD PTR [DI+515],4 MOV [DI+BP+515],258 MOV AX, [SI+BX+258] MOV AH,4CH INT 21H MYPROC ENDP MOVE2 ENDS DATA SEGMENT X DB 1 Y DW 2 DATA ENDS END MYPROC

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 5,6

ВЫВОД НА ЭКРАН В ТЕКСТОВОМ РЕЖИМЕ

Цель работы: Ознакомится с основными средствами вывода текстовых данных на экран посредством средств операционной системы DOS, средствами BIOS и средствами непосредственного (прямого) отображением в видеобуфер.

Средства DOS.

1.1 Функция DOS 02h.

Функция DOS 02h - Записать символ в STDOUT с проверкой на Ctrl-Break

Эта функция при выводе на экран обрабатывает некоторые управляющие символы - вывод символа BEL (07h) приводит к звуковому сигналу, символ BS (08h) приводит к движению курсора влево на одну позицию, символ НТ (09h) заменяется на несколько пробелов, символ LF (0Ah) опускает курсор на одну позицию вниз, и CR (0Dh) приводит к переходу на начало текущей строки.

Если в ходе работы этой функции была нажата комбинация клавиш Ctrl-Break, вызывается прерывание 23h, которое по умолчанию осуществляет выход из программы.

Простой пример работы функции DOS 02h.

Пример № 1.1

Эта программа, выводит на экран любой ASCII-символ, в установленную позицию курсора.

Все функции DOS вывода на экран используют устройство STDOUT, стандартный вывод. Это позволяет перенаправлять вывод программы в файл или на стандартный ввод другой программы. Например, если откомпилировать приведен пример (создать файл cod.com) и написать в командной строке

cod.com > cod. out

то на экран ничего выдано не будет, а в текущем каталоге появится файл cod. out, содержащий ASCII-код символа.

Функция DOS 06h.

Функция DOS 06h - Записать символ в STDOUT без проверки на Ctrl-Break

Эта функция не обрабатывает управляющие символы (CR, LF, HT и BS выполняют свои функции при выводе на экран, но сохраняются при перенаправлении вывода в файл) и не проверяет нажатие Ctrl-Break.

Заменим в примере № 1.1 MOV АН,2 на MOV АН,6 и перекомпилируем этот пример. Работу откомпилированного примера смотрим в операционной системе MS-DOS.

Функция DOS 09h

Функция DOS 09h - Записать строку в STDOUT с проверкой на Ctrl-Break

Действие этой функции полностью аналогично действию функции 02h, но выводится не один символ, а целая строка (смотри лабораторную работу №2).

1.4 Функция DOS 40h

Функция DOS 40h - Записать в файл или устройство

Эта функция предназначена для записи в файл, но, если в регистр ВХ поместить число 1, функция 40h будет выводить данные на STDOUT, а если ВХ = 2 - на устройство STDERR. STDERR всегда выводит данные на экран и не перенаправляется в файлы. На этой функции основаны используемые в С функции стандартного вывода - фактически функция С fputs () просто вызывает это прерывание, помещая свой первый аргумент в ВХ, адрес строки (второй аргумент) - в DS: DX и длину - в СХ.

Простой пример работы функции DOS 40h.

Пример № 1.2

Если скомпилировать этот пример и запустить ее командой

dosout.com > dosout. out

то сообщение появится на экране, а файл dosout2. out окажется пустым.

Прерывание INT 29H

INT 29h: Быстрый вывод символа на экран

Простой пример работы прерывания INT 29h.

Пример № 1.3

В большинстве случаев INT 29h просто немедленно вызывает функцию BIOS "вывод символа на экран в режиме телетайпа", так что никаких преимуществ, кроме экономии байт при написании как можно более коротких программ, она не имеет.

2. Средства BIOS

Функции DOS вывода на экран позволяют перенаправить вывод в файл, но не позволяют вывести текст в любую позицию экрана и не позволяют изменить цвет текста. DOS предполагает, что для более тонкой работы с экраном программы должны использоваться видеофункции BIOS. BIOS - обеспечивает доступ к некоторым устройствам, в частности к видеоадаптеру. Все функции видеосервиса BIOS вызываются через прерывание 10h.

2.1 Выбор видеорежима

BIOS предоставляет возможность переключения экрана в различные текстовые и графические режимы. Режимы отличаются друг от друга разрешением (для графических) и количеством строк и столбцов (для текстовых), а также количеством возможных цветов.

2.1.1 Стандартные видеорежимы

INT 10h, АН = 00 - Установить видеорежим

Пример работы.

Пример № 2.1

Вызов этой функции приводит к тому, что экран переводится в выбранный режим. Если старший бит AL не установлен в 1, экран очищается. Номера текстовых режимов - 0, 1, 2, 3 и 7.0 и 1 - 16-цветные режимы 40x25 (с 25 строками по 40 символов в строке), 2 и 3 - 16-цветные режимы 80x25, 7 - монохромный режим 80x25. Существует еще много текстовых режимов с более высоким разрешением (80x43, 80x60, 132x50 и т.д.), но их номера для вызова через эту функцию различны для разных видеоадаптеров (например, режим 61h - 132x50 для Cirrus 5320 и 132x29 для Genoa 6400). Однако, если видеоадаптер поддерживает стандарт VESA BIOS Extention, в режимы с высоким разрешением можно переключаться, используя функцию 4Fh.

2.1.2 SuperVGA-видеорежим

INT 10h, АН = 4Fh, AL = 02 - Установить SuperVGA-видеорежим

Если бит 15 регистра ВХ установлен в 1, видеопамять не очищается. Текстовые режимы, которые можно вызвать с использованием этой функции: 80x60 (режим 108h), 132x25 (109h), 132x43 (10Ah), 132x50 (10Bh), 132x60 (10Ch).

Видеорежим, используемый в DOS по умолчанию, - текстовый режим 3.

2.2 Управление положением курсора

2.2.1 Устанавливаем положение курсора

INT 10h, АН = 02 - Установить положение курсора

Пример работы.

Пример № 2.2.1

С помощью этой функции можно установить курсор в любую позицию экрана, и дальнейший вывод текста будет происходить из этой позиции. Отсчет номера строки и столбца ведется от верхнего левого угла экрана (символ в левой верхней позиции имеет координаты 0,0). Номера страниц 0 - 3 (для режимов 2 и 3) и 0 - 7 (для режимов 1 и 2) соответствуют области памяти, содержимое которой в данный момент отображается на экране. Можно вывести текст в неактивную в настоящий момент страницу, а затем переключиться на нее, чтобы изображение изменилось мгновенно.

2.2.2 Считываем положение и размер курсора

INТ 10h, АН = 03 - Считать положение и размер курсора

Возвращает текущее состояние курсора на выбранной странице (каждая страница использует собственный независимый курсор).

2.3 Вывод символов на экран

Каждый символ на экране описывается двумя байтами - ASCII-кодом символа и байтом атрибута, указывающим цвет символа и фона, а также является ли символ мигающим.

Атрибут символа:

Бит 7: символ мигает (по умолчанию) или фон яркого цвета (если его действие было переопределено видеофункцией 10h).

Биты 6 - 4: цвет фона. Бит 3: символ яркого цвета (по умолчанию) или фон мигает (если его действие было переопределено видеофункцией 11h).

Биты 2 - 0: цвет символа.

Цвета кодируются в битах, как показано в таблице №2.3 .

Таблица №2.3 Атрибуты символов

2.3.1 Считываем символ и атрибут символа в текущей позиции курсора.

INT 10h, АН = 08 - Считать символ и атрибут символа в текущей позиции курсора

2.3.1 Выводим символ с заданным атрибутом на экран

INT 10h, АН = 09 - Вывести символ с заданным атрибутом на экран

С помощью этой функции можно вывести на экран любой символ, включая даже символы CR и LF, которые обычно интерпретируются как конец строки. В графических режимах СХ не должен превышать число позиций, оставшееся до правого края экрана.

Пример работы.

Пример № 2.2.1

2.3.2 Выводим символ с текущим атрибутом на экран

INT 10h, АН = 0Ah - Вывести

Эта функция также выводит любой символ на экран, но в качестве атрибута символа используется атрибут, который имел символ, находившийся ранее в этой позиции.

2.3.3 Выводим символ в режиме телетайпа

INT 10h, АН = 0Eh - Вывести символ в режиме телетайпа

Символы CR (0Dh), LF (0Ah), BEL (7) интерпретируются как управляющие символы. Если текст при записи выходит за пределы нижней строки, экран прокручивается вверх. В качестве атрибута используется атрибут символа, находившегося в этой позиции.

2.3.4 Выводим строку символов с заданными атрибутами

INT 10h, AH = 13h - Вывести строку символов с заданными атрибутами

Функция 13h выводит на экран строку символов, интерпретируя управляющие символы CR (0Dh), LF (0Ah), BS (08) и BEL (07). Если строка подготовлена в формате символ, атрибут - гораздо быстрее просто скопировать ее в видеопамять.

Функции BIOS удобны для переключения и настройки видеорежимов, но часто оказывается, что вывод текста на экран гораздо быстрее и проще выполнять просто копированием изображения в видеопамять.

3. Прямая работа с видеопамятью

Все, что изображено на мониторе - и графика, и текст, одновременно присутствует в памяти, встроенной в видеоадаптер. Для того чтобы изображение появилось на мониторе, оно должно быть записано в память видеоадаптера. Для этого отводится специальная область памяти, начинающаяся с абсолютного адреса 0B800h: 0000h (для текстовых режимов) и заканчивающаяся на 0B800h: FFFFh. Все, что программы пишут в эту область памяти, немедленно пересылается в память видеоадаптера. В текстовых режимах для хранения каждого изображенного символа используются два байта: байт с ASCII-кодом символа и байт с его атрибутом, так что по адресу 0B800h: 0000h лежит байт с кодом символа, находящимся в верхнем левом углу экрана; по адресу 0B800h: 0001h лежит атрибут этого символа; по адресу 0B800h: 0002h лежит код второго символа в верхней строке экрана и т.д.

Таким образом, любая программа может вывести текст на экран, простой командой пересылки данных, не прибегая ни к каким специальным функциям DOS или BIOS.

Пример работ с видеопамятью.

Пример № 3.1

При подготовке данных для копирования в видеопамять в этой программе в строках (7) и (8) загружаем в сегментный регистр ES число 0B800h, которое соответствует сегменту дисплея в текстовом режиме. В строке (9) загружаем в регистр DI нуль. Это будет смещение относительно сегмента 0B800h. В строках (10) и (11) в регистр AH заносится атрибут символа (31 - ярко-белый символ на синем фоне) и в AL - ASCII-код символа (01 - рожица) соответственно.

В строке (12) заносим по адресу 0B800: 0000h (т.е. первый символ в первой строке дисплея - верхний левый угол) атрибут и ASCII-код символа (31 и 01 соответственно).

4. Задание для выполнения.

4.1 С помощью редактора эмулятора EMU 8086 напишите программы примеры, которых приведены в данной лабораторной работе.

4.2 Создайте файлы типа MZ и *.com.

4.3 Изучите структуру откомпилированных программ.

4.4 Получите задание у преподавателя (один из пяти вариантов табл. №1) напишите программу вывода на экран строки `Hello'.

4.5 Напишите программу работы переключения SuperVGA-видеорежимов (согласно вариантов табл. №2)

4.6 Подготовьте отчет, который должен содержать тексты программ, а также укажите описание работы команд программ.

4.7 В отчете должны содержаться ответы на следующие вопросы.

5. Контрольные вопросы

5.1 Перечислите функции вывода на экран средствами операционной системы DOS?

5.2 Принцип работы функции DOS 02h?

5.3 Укажите основные управляющие символы вывода на экран?