Что такое абсолютный ассемблер

Что такое ассемблер и нужно ли его изучать

Этому языку уже за 70, но на пенсию он пока не собирается.

Полина Суворова для Skillbox Media

Есть традиция начинать изучение программирования с вывода на экран строки «Hello world!». На языке Python, например, это всего одна команда:

Всё просто, понятно и красиво! Но есть язык программирования, в котором, чтобы получить тот же результат, нужно написать солидный кусок кода:

Это ассемблер. Только не нужно думать, что он плох. Просто Python — это язык высокого уровня, а ассемблер — низкого. Одна команда Python при выполнении вызывает сразу несколько операций процессора, а каждая команда ассемблера — всего одну операцию.

Сложно? Давайте разбираться.

Программист, консультант, специалист по документированию. Легко и доступно рассказывает о сложных вещах в программировании и дизайне.

Немного о процессорах и машинном языке

Чтобы объяснить, что такое язык ассемблера, начнём с того, как вообще работает процессор и на каком языке с ним можно «разговаривать».

Процессор — это электронное устройство (сейчас крошечная микросхема, а раньше процессоры занимали целые залы), не понимающее слов и цифр. Он реагирует только на два уровня напряжения: высокий — единица, низкий — ноль. Поэтому каждая процессорная команда — это последовательность нулей и единиц: 1 — есть импульс, 0 — нет.

Для работы с процессором используется машинный язык. Он состоит из инструкций, записанных в двоичном коде. Каждая инструкция определяет одну простую машинную операцию: арифметическую над числами, логическую (поразрядную), ввода-вывода и так далее.

Например, для Intel 8088 инструкция 0000001111000011B — это операция сложения двух чисел, а 0010101111000011B — вычитания.

Программировать на машинном языке нелегко — приходится работать с огромными цепочками нулей и единиц. Трудно написать или проверить такую программу, а уж тем более разобраться в чужом коде.

Поэтому много лет назад был создан язык ассемблера, в котором коды операций обозначались буквами и сокращениями английских слов, отражающих суть команды. Например, команда mov ax, 6 означает: «переместить число 6 в ячейку памяти AX».

Когда и как был создан ассемблер?

Это произошло ещё в сороковых годах прошлого века. Ассемблер был создан для первых ЭВМ на электронных лампах, программы для которых писали на машинном языке. А так как памяти у компьютеров было мало, то команды вводили, переключая тумблеры и нажимая кнопки. Даже несложные вычисления занимали много времени.

Проблему решили, когда ЭВМ научились хранить программы в памяти. Уже в 1950 году была разработана первая программа-транслятор, которая переводила в машинный код программы, написанные на понятном человеку языке. Эту программу назвали программой-сборщиком, а язык — языком ассемблера (от англ. assembler — сборщик).

Появление ассемблера сильно облегчило жизнь программистов. Они смогли вместо двоичных кодов использовать команды, состоящие из близких к обычному языку условных обозначений. Кроме того, ассемблер позволил уменьшить размеры программ — для машин того времени это было важно.

Как устроен язык ассемблера?

Ассемблер можно считать языком второго поколения, если за первый принять машинный язык. Он работает непосредственно с процессором, и каждая его команда — это инструкция процессора, а не операционной или файловой системы. Перевод языка ассемблера в машинный код называется ассемблированием.

Коды операций в языке ассемблера мнемонические, то есть удобные для запоминания:

Регистрам и ячейкам памяти присваиваются символические имена, например:

EAX, EBX, AX, AH — имена для регистров;

meml — имя для ячейки памяти.

Например, так выглядит команда сложения чисел из регистров AX и BX:

А это команда вычитания чисел из регистров AX и BX:

Кроме инструкций, в языке ассемблера есть директивы — команды управления компилятором, то есть программой-ассемблером.

Вот некоторые из них:

Не думайте, что ассемблер — всего лишь набор инструкций процессора с удобной для программиста записью. Это полноценный язык программирования, на котором можно организовать циклы, условные переходы, процедуры и функции.

Вот, например, код, на ассемблере, выводящий на экран цифры от 1 до 10:

Здесь действие будет выполняться в цикле — как, например, в циклах for или do while в языках высокого уровня.

Единого стандарта для языков ассемблера нет. В работе с процессорами Intel разработчики придерживаются двух синтаксисов: Intel и AT&T. Ни у того ни у другого нет особых преимуществ: AT&T — стандартный синтаксис в Linux, а Intel используется в мире Microsoft.

Одна и та же команда в них выглядит по-разному.

Например, в синтаксисе Intel:

mov eax, ebx — команда перемещает данные из регистра eax в регистр ebx.

В синтаксисе AT&T эта команда выглядит так:

Почему для разных семейств процессоров нужен свой ассемблер?

Дело в том, что у каждого процессора есть набор характеристик — архитектура. Это его конструкция и принцип работы, а также регистры, адресация памяти и используемый набор команд. Если у процессоров одинаковая архитектура, то говорят, что они из одного семейства.

Так как наборы команд для разных архитектур процессоров отличаются друг от друга, то и программы на ассемблере, написанные для одних семейств, не будут работать на процессорах из других семейств. Поэтому ассемблер называют машинно-ориентированным языком.

Кому и зачем нужен язык ассемблера?

Даже из нашего примера «Hello, World!» видно, что ассемблер не так удобен в разработке, как языки высокого уровня. Больших программ на этом языке сейчас никто не пишет, но есть области, где он незаменим:

Если вы хотите разрабатывать новые микропроцессоры или стать реверс-инженером, то есть смысл серьёзно заняться изучением языка ассемблера.

Востребованы ли программисты на ассемблере сегодня?

Конечно. Хотя на сайтах по поиску работу вы вряд ли найдёте заявки от работодателей с заголовками: «Нужен программист на ассемблере», зато там много таких, где требуется знание ассемблера дополнительно к языкам высокого уровня: C, C++ или Python. Это вакансии реверс-инженеров, специалистов по компьютерной безопасности, разработчиков драйверов и программ для микроконтроллеров/микропроцессоров, системных программистов и другие.

Предлагаемая зарплата — обычная в сфере IT: 80–300 тысяч рублей в зависимости от квалификации и опыта. Вот, например, вакансия реверс-инженера на HeadHunter, где требуется знание ассемблера:

Стоит ли начинать изучение программирования с языка ассемблера?

Нет, так делать не нужно. Для этого есть несколько причин:

Поэтому, даже если вы решили заняться профессией, связанной с ассемблером, изучение программирования вам лучше начинать с языка высокого уровня. А уж ассемблер после него будет выучить несложно.

Микропроцессор, выпущенный компанией Intel в 1979 году. Использовался в оригинальных компьютерах IBM PC.

Данные, которые обрабатываются командой — грамматической конструкцией языка программирования, обозначающей аргумент операции.

Центральная часть операционной системы, координирующая доступ приложений к процессорному времени, памяти, внешним устройствам.

Программа, которая обеспечивает загрузку самой OC сразу после включения компьютера.

Источник

Язык ассемблера

Язык ассемблера — система обозначений, используемая для представления в удобочитаемой форме программ, записанных в машинном коде. Язык ассемблера позволяет программисту пользоваться алфавитными мнемоническими кодами операций, по своему усмотрению присваивать символические имена регистрам ЭВМ и памяти, а также задавать удобные для себя схемы адресации (например, индексную или косвенную). Кроме того, он позволяет использовать различные системы счисления (например, десятичную или шестнадцатеричную) для представления числовых констант и даёт возможность помечать строки программы метками с символическими именами с тем, чтобы к ним можно было обращаться (по именам, а не по адресам) из других частей программы (например, для передачи управления). [3]

Перевод программы на языке ассемблера в исполнимый машинный код (вычисление выражений, раскрытие макрокоманд, замена мнемоник собственно машинными кодами и символьных адресов на абсолютные или относительные адреса) производится ассемблером — программой-транслятором, которая и дала языку ассемблера его название.

Содержание

Содержание языка

Команды языка ассемблера один к одному соответствуют командам процессора. Фактически, они и представляют собой более удобную для человека символьную форму записи — мнемокоды — команд и их аргументов. При этом одной команде языка ассемблера может соответствовать несколько вариантов команд процессора. [4]

Кроме того, язык ассемблера позволяет использовать символические метки вместо адресов ячеек памяти, которые при ассемблировании заменяются на вычисляемые ассемблером или компоновщиком абсолютные или относительные адреса, а также так называемые директивы (команды ассемблера, не переводимые в машинные команды процессора, а выполняемые самим ассемблером).

Директивы ассемблера позволяют, в частности, включать блоки данных, задать ассемблирование фрагмента программы по условию, задать значения меток, использовать макрокоманды с параметрами.

Каждая модель (или семейство) процессоров имеет свой набор — систему — команд и соответствующий ему язык ассемблера. Наиболее популярные синтаксисы языков ассемблера — Intel-синтаксис и AT&T-синтаксис.

Существуют компьютеры, реализующие в качестве машинного язык программирования высокого уровня (Форт, Лисп, Эль-76). Фактически, в таких компьютерах они выполняют роль языков ассемблера.

Достоинства и недостатки

Достоинства

Недостатки

Применение

Исторически, если первым поколением языков программирования считать машинные коды, то язык ассемблера можно рассматривать как второе поколение языков программирования. Недостатки языка ассемблера, сложность разработки на нём больших программных комплексов привели к появлению языков третьего поколения — языков программирования высокого уровня (таких как Фортран, Лисп, Кобол, Паскаль, Си и др.). Именно языки программирования высокого уровня и их наследники в основном используются в настоящее время в индустрии информационных технологий. Однако языки ассемблера сохраняют свою нишу, обусловленную их уникальными преимуществами в части эффективности и возможности полного использования специфических средств конкретной платформы.

На языке ассемблера пишут программы или их фрагменты в тех случаях, когда критически важны:

С использованием программирования на языке ассемблера производятся:

Связывание программ на разных языках

Поскольку уже давно на языке ассемблера часто кодируют только фрагменты программ, их необходимо связывать с остальными частями программной системы, написанными на других языках программирования. Это достигается двумя основными способами:

Синтаксис

Синтаксис языка ассемблера определяется системой команд конкретного процессора.

Набор команд

Типичными командами языка ассемблера являются (большинство примеров даны для Intel-синтаксиса архитектуры x86):

Инструкции

Типичный формат записи команд:

где мнемокод — непосредственно мнемоника инструкции процессору. К ней могут быть добавлены префиксы (повторения, изменения типа адресации и пр.).

В качестве операндов могут выступать константы, адреса регистров, адреса в оперативной памяти и пр. Различия между синтаксисом Intel и AT&T касаются в основном порядка перечисления операндов и указания различных методов адресации.

Используемые мнемоники обычно одинаковы для всех процессоров одной архитектуры или семейства архитектур (среди широко известных — мнемоники процессоров и контроллеров x86, ARM, SPARC, PowerPC, M68k). Они описываются в спецификации процессоров. Возможные исключения:

Например, процессор Zilog Z80 наследовал систему команд Intel 8080, расширил её и поменял мнемоники (и обозначения регистров) на свой лад. Процессоры Motorola Fireball наследовали систему команд Z80, несколько её урезав. Вместе с тем, Motorola официально вернулась к мнемоникам Intel и в данный момент половина ассемблеров для Fireball работает с мнемониками Intel, а половина — с мнемониками Zilog.

Директивы

Программа на языке ассемблера может содержать директивы: инструкции, не переводящиеся непосредственно в машинные команды, а управляющие работой компилятора. Набор и синтаксис их значительно разнятся и зависят не от аппаратной платформы, а от используемого транслятора (порождая диалекты языков в пределах одного семейства архитектур). В качестве «джентльменского набора» директив можно выделить следующие:

Пример программы

Примеры программы Hello, world! для разных платформ и разных диалектов:

Источник

Почему Ассемблер — это круто, но сложно

Потому что это круто. Но сложно.

Есть высокоуровневые языки — это те, где вы говорите if — else, print, echo, function и так далее. «Высокий уровень» означает, что вы говорите с компьютером более-менее человеческим языком. Другой человек может не понять, что именно у вас написано в коде, но он хотя бы сможет прочитать слова.

Но сам компьютер не понимает человеческий язык. Компьютер — это регистры памяти, простые логические операции, единицы и нули. Поэтому прежде чем ваша программа будет исполнена процессором, ей нужен переводчик — программа, которая превратит высокоуровневый язык программирования в низкоуровневый машинный код.

Ассемблер — это собирательное название языков низкого уровня: код всё ещё пишет человек, но он уже гораздо ближе к принципам работы компьютера, чем к принципам мышления человека.

Вариантов Ассемблера довольно много. Но так как все они работают по одинаковому принципу и используют (в основном) одинаковый синтаксис, мы будем все подобные языки называть общим словом «Ассемблер».

Как мыслит процессор

Чтобы понять, как работает Ассемблер и почему он работает именно так, нам нужно немного разобраться с внутренним устройством процессора.

Кроме того, что процессор умеет выполнять математические операции, ему нужно где-то хранить промежуточные данные и служебную информацию. Для этого в самом процессоре есть специальные ячейки памяти — их называют регистрами.

Регистры бывают разного вида и назначения: одни служат, чтобы хранить информацию; другие сообщают о состоянии процессора; третьи используются как навигаторы, чтобы процессор знал, куда идти дальше, и так далее. Подробнее — в расхлопе ↓

Общего назначения. Это 8 регистров, каждый из которых может хранить всего 4 байта информации. Такой регистр можно разделить на 2 или 4 части и работать с ними как с отдельными ячейками.

Указатель команд. В этом регистре хранится только адрес следующей команды, которую должен выполнить процессор. Вручную его изменить нельзя, но можно на него повлиять различными командами переходов и процедур.

Регистр флагов. Флаг — какое-то свойство процессора. Например, если установлен флаг переполнения, значит процессор получил в итоге такое число, которое не помещается в нужную ячейку памяти. Он туда кладёт то, что помещается, и ставит в этот флаг цифру 1. Она — сигнал программисту, что что-то пошло не так.

Флагов в процессоре много, какие-то можно менять вручную, и они будут влиять на вычисления, а какие-то можно просто смотреть и делать выводы. Флаги — как сигнальные лампы на панели приборов в самолёте. Они что-то означают, но только самолёт и пилот знают, что именно.

Сегментные регистры. Нужны были для того, чтобы работать с оперативной памятью и получать доступ к любой ячейке. Сейчас такие регистры имеют по 32 бита, и этого достаточно, чтобы получить 4 гигабайта оперативки. Для программы на Ассемблере этого обычно хватает.

Так вот: всё, с чем работает Ассемблер, — это команды процессора, переменные и регистры.

Здесь нет привычных типов данных — у нас есть только байты памяти, в которых можно хранить что угодно. Даже если вы поместите в ячейку какой-то символ, а потом захотите работать с ним как с числом — у вас получится. А вместо привычных циклов можно просто прыгнуть в нужное место кода.

Команды Ассемблера

Каждая команда Ассемблера — это команда для процессора. Не операционной системе, не файловой системе, а именно процессору — то есть в самый низкий уровень, до которого может дотянуться программист.

Любая команда на этом языке выглядит так:

Метка — это имя для фрагмента кода. Например, вы хотите отдельно пометить место, где начинается работа с жёстким диском, чтобы было легче читать код. Ещё метка нужна, чтобы в другом участке программы можно было написать её имя и сразу перепрыгнуть к нужному куску кода.

Команда — служебное слово для процессора, которое он должен выполнить. Специальные компиляторы переводят такие команды в машинный код. Это сделано для того, чтобы не запоминать сами машинные команды, а использовать вместо них какие-то буквенные обозначения, которые проще запомнить. В этом, собственно, и выражается человечность Ассемблера: команды в нём хотя бы отдалённо напоминают человеческие слова.

Операнды отвечают за то, что именно будут делать команды: какие ячейки брать для вычислений, куда помещать результат и что сделать с ним дополнительно. Операндом могут быть названия регистров, ячейки памяти или служебные части команд.

Комментарий — это просто пояснение к коду. Его можно писать на любом языке, и на выполнение программы он не влияет. Примеры команд:

mov eax, ebx ; Пересылаем значение регистра EBX в регистр EAX mov x, 0 ; Записываем в переменную x значение 0 add eax, х ; Складываем значение регистра ЕАХ и переменной х, результат отправится в регистр ЕАХ

Здесь нет меток, первыми идут команды (mov или add), а за ними — операнды и комментарии.

Пример: возвести число в куб

Если нам понадобится вычислить х³, где х занимает ровно один байт, то на Ассемблере это будет выглядеть так.

Первый вариант

mov al, x ; Пересылаем x в регистр AL imul al ; Умножаем регистр AL на себя, AX = x * x movsx bx, x ; Пересылаем x в регистр BX со знаковым расширением imul bx ; Умножаем AX на BX. Результат разместится в DX:AX

Второй вариант

mov al, x ; Пересылаем x в регистр AL imul al ; Умножаем регистр AL на себя, AX = x * x cwde ; Расширяем AX до EAX movsx ebx, x ; Пересылаем x в регистр EBX со знаковым расширением imul ebx ; Умножаем EAX на EBX. Поскольку x – 1-байтовая переменная, результат благополучно помещается в EAX

На любом высокоуровневом языке возвести число в куб можно одной строкой. Например:

на худой конец x = x*x*x.

Хитрость в том, что когда каждая из этих строк будет сведена к машинному коду, этого кода может быть и 5 команд, и 10, и 50, и даже 100. Чего стоит вызов объекта Math и его метода pow: только на эту служебную операцию (ещё до самого возведения в куб) может уйти несколько сотен и даже тысяч машинных команд.

А на Ассемблере это гарантированно пять команд. Ну, или как реализуете.

Почему это круто

Ассемблер позволяет работать с процессором и памятью напрямую — и делать это очень быстро. Дело в том, что в Ассемблере почти не тратится зря процессорное время. Если процессор работает на частоте 3 гигагерца — а это примерно 3 миллиарда процессорных команд в секунду, — то очень хороший код на Ассемблере будет выполнять примерно 2,5 миллиарда команд в секунду. Для сравнения, JavaScript или Python выполнят в тысячу раз меньше команд за то же время.

Ещё программы на Ассемблере занимают очень мало места в памяти. Именно поэтому на этом языке пишут драйверы, которые встраивают прямо в устройства, или управляющие программы, которые занимают несколько килобайт. Например, программа, которая находится в брелоке сигнализации и управляет безопасностью всей машины, занимает всего пару десятков килобайт. А всё потому, что она написана для конкретного процессора и использует его возможности на сто процентов.

Справедливости ради отметим, что современные компиляторы С++ дают машинный код, близкий по быстродействию к Ассемблеру, но всё равно немного уступают ему.

Почему это сложно

Для того, чтобы писать программы на Ассемблере, нужно очень любить кремний:

Теперь добавьте к этому отсутствие большинства привычных библиотек для работы с чем угодно, сложность чтения текста программы, медленную скорость разработки — и вы получите полное представление о программировании на Ассемблере.

Для чего всё это

Ассемблер незаменим в таких вещах:

На самом деле на Ассемблере можно даже запилить свой сайт с форумом, если у программиста хватает квалификации. Но чаще всего Ассемблер используют там, где даже скорости и возможностей C++ недостаточно.

Источник

HackWare.ru

Этичный хакинг и тестирование на проникновение, информационная безопасность

Введение в Ассемблер

Оглавление

Данный материал — это азы языка программирования Ассемблер для абсолютных новичков. Здесь говорится о том, как написать программу на Ассемблере, приводятся основные команды Ассемблера, имеются примеры программа на Ассемблер и подробно описано как скомпилировать первую программу.

Если у вас есть опыт изучения или даже программирования на других языках, всё равно Ассемблер потребует понимания новых концепций.

Руководство по программированию на Ассемблер

Язык Ассемблер — это низкоуровневый язык программирования для компьютеров или других программируемых устройств, он специфичен для конкретной компьютерной архитектуры центрального процессора, что отличает его от большинства высокоуровневых языков программирования, которые обычно портативны среди разных систем. Язык Ассемблер преобразуется в исполняемый машинный код с помощью служебной программы, называемой ассемблером, такой как NASM, MASM и т. д.

Для кого эти уроки по ассемблеру

Этот учебник был разработан для тех, кто хочет изучить основы программирования на Ассемблере с нуля. Из этих уроков вы получите достаточное представление о программировании на Ассемблере, благодаря которому вы сможете продолжить обучения в данной области и подняться на высокий уровень знаний.

Что нужно для изучения Ассемблера

Прежде чем приступить к этому учебному пособию, вы должны иметь базовые знания по терминологии компьютерного программирования. Базовое понимание любого из языков программирования поможет вам понять концепции программирования на Ассемблере и быстро продвигаться в процессе обучения.

Что такое язык Ассемблер?

Каждый персональный компьютер имеет микропроцессор, который управляет арифметической, логической и контрольной активностью.

Каждая семья процессоров имеет свой собственный набор инструкций для обработки различных операций, таких как получения ввода с клавиатуры, отображение информации на экране и выполнения различных других работ. Этот набор инструкций называется «инструкции машинного языка» (‘machine language instructions’).

Процессор понимает только инструкции машинного языка, которые являются строками из единиц и нулей. При этом машинный язык слишком непонятный и сложный для использования его в разработки программного обеспечения. И низкоуровневый язык Ассемблер предназначен для определённый групп процессоров, он представляет различные инструкции в символическом коде и более понятной форме.

Преимущества языка Ассемблер

Знание языка ассемблера позволяет понять:

Другие преимущества использования ассемблера:

Системы счисления

Основные характеристики аппаратной составляющей ПК

Каждый компьютер содержит процессор и оперативную память. Процессор содержит регистры — компоненты, которые содержат данные и адреса. Для выполнения программы, система копирует её с устройства постоянного хранения во внутреннюю память. Процессор выполняет инструкции программы.

Фундаментальной единицей компьютерного хранилища является бит. Он может быть в состоянии Включён (1) или Выключен (0). Группа из восьми связанных битов составляет байт, из которых семь бит используются для данных, а ещё один используется для контроля чётности. Согласно правилу чётности, количество битов, которые Включены (1) в каждом байте, всегда должно быть чётным. То есть бит чётности имеет значение 1, если у соответствующего байта количество 1-х битов нечётно. 0 — если иначе (чётно).

Таким образом, бит чётности используется для того, чтобы сделать количество битов в байте чётным. Если соотношение является нечётным, система предполагает, что произошла ошибка соотношения (хотя и редко), которая могла быть вызвана неисправностью оборудования или электрическими помехами.

Выше бит чётности рассмотрен на примере «even parity», то есть «чётная чётность». Также существует «odd parity», то есть «нечётная чётность». В первом случае подгоняется под чётное количество единиц как было показано выше. А во втором случае подгоняется под нечётное количество единиц.

Двоичная система счисления

В каждой системе счисления используются позиционные обозначения, то есть каждая позиция, в которой записана цифра, имеет различное позиционное значение. Каждая позиция — это степень базы, которая равна 2 для двоичной системы счисления, и эти степени начинаются с 0 и увеличиваются на 1.

В следующей таблице приведены позиционные значения для 8-битного двоичного числа, где все биты установлены в положение ON (Включено).

Значение двоичного числа, как и в десятичном, зависит от составляющих его цифр и расположения этих цифр. Но в двоичном числе используются только цифры 1 и 0, и расположение цифр имеет другое значение степени. Первая цифра, как и в десятичном числе, может означать 0 или 1. Вторая цифра (смотрим число справа на лево) может означать 2 (если этот бит установлен на 1) или 0 (если бит установлен на 0). Третья цифра (смотрим число справа на лево) может означать 4 (если этот бит установлен на 1) или 0 (если бит установлен на 0). И так далее. В десятичном числе значение каждого символа нужно умножить на 10 в степени порядкового номера этой цифры за минусом единицы.

То есть число 1337 это 1 * 10 3 + 3 * 10 2 + 3 * 10 1 + 7 * 10 0 = 1337

В двоичной системе всё точно также, только вместо десятки в степени порядкового номера за минусом единицы, нужно использовать двойку — вот и всё!

Допустим число 110101 и мы хотим узнать, сколько это будет в десятичной системе счисления, для этого достаточно выполнить следующее преобразование:

1 * 2 5 * + 1 * 2 4 + 0 * 2 3 + 1 * 2 2 + 0 * 2 1 + 1 * 2 0 = 1 * 32 + 1 * 16 + 0 * 8 + 1 * 4 + 0 * 2 + 1 * 1 = 53

Итак, значение бинарного числа основывается на наличии битов 1 и их позиционном значении. Поэтому значение числа 11111111 в двоичной системе является:

1 + 2 + 4 + 8 +16 + 32 + 64 + 128 = 255

Шестнадцатеричная система счисления

Шестнадцатеричная система счисления использует основание 16. Цифры в этой системе варьируются от 0 до 15. По соглашению, буквы от A до F используются для представления шестнадцатеричных цифр, соответствующих десятичным значениям с 10 по 15.

Чтобы преобразовать двоичное число в его шестнадцатеричный эквивалент, разбейте его на группы по 4 последовательные группы в каждой, начиная справа, и запишите эти группы в соответствующие цифры шестнадцатеричного числа.

Чтобы преобразовать шестнадцатеричное число в двоичное, просто запишите каждую шестнадцатеричную цифру в её 4-значный двоичный эквивалент.

Отрицательные двоичные числа

Компьютерные процессы действуют по своей логике и своим алгоритмам. И привычные нам операции вычитания, деления, умножения выполняются необычным для нас, но удобным для микропроцессора способом.

Удобством для арифметических действий в процессоре обусловлено то, как записываются отрицательные двоичные числа. Вы должны помнить из курса информатики, что в одном байте содержится 8 бит. Но старший бит используется для установки знака. Чтобы правильно прочесть число, а также правильно поменять его знак, нужно выполнять следующие правила:

Во-первых, нужно помнить, что если старшие биты (крайние слева), равны нулю, то их иногда не записывают. Например, восьмибитное число 10 (в десятичной системе счисления оно равно 2), также можно записать как 0000 0010. Обе эти записи означают число 2.

Если старший бит равен нулю, то это положительное число. Например, возьмём число 110. В десятичной системе счисления это 6. Данное число является положительным или отрицательным? На самом деле, однозначно на этот вопрос можно ответить только зная разрядность числа. Если это восьмиразрядное число, то его полная запись будет такой: 0000 0110. Как можно увидеть, старший бит равен нулю, следовательно, это положительное число.

Для трёхбитовых чисел было бы справедливо следующее:

Двоичное значение трёхбитового числа со знаком
(в представлении Дополнительный код)

Как вы должны были понять после анализа предыдущей таблицы, для смены знака недостаточно просто поменять единицу на ноль — для преобразования числа в отрицательное, а также для чтения отрицательного числа существуют особые правила.

Отрицательные двоичные числа записываются без знака минус и для получения этого же числа со знаком минус (то есть для получения числа в Дополненном коде) нужно выполнить два действия:

На русском языке такая форма записи называется Дополнительный код, в англоязычной литературе это называется Two’s complement.

Примеры восьмибитного двоичного числа в Дополнительном коде (старший бит указывает на знак):

Двоичное представление (8 бит)

(в виде Дополнительного кода)

Числа в дополненном коде удобно применять для вычитания — это будет показано далее.

Для преобразования отрицательного числа, записанного в дополнительном коде, в положительное число, записанное в прямом коде, используется похожий алгоритм.

Добавив к результату 1 получим положительное число 5 в прямом коде:

И проверим, сложив с дополнительным кодом

0000 0101 + 1111 1011 = 1 0000 0000, десятый разряд выбрасывается, то есть получается 0000 0000, то есть 0. Следовательно, преобразование выполнено правильно, так как 5 + (-5) = 0.

Двоичная арифметика

Следующая таблица иллюстрирует четыре простых правила для двоичного сложения:

Эту таблицу нужно читать по столбцам сверху вниз. В первом столбце складываются 0 и 0 — в результате получается 0. Во втором примере складываются 1 и 0 (или 0 и 1 — без разницы), в результате получается 1. В третьем столбце складываются две единицы — в результате в текущей позиции получается 0, но на одну позицию влево добавляется единица. Если в этой позиции уже есть единица — то применяется это же правило, то есть в позиции пишется 0, и 1 передаётся влево. В четвёртом примере складываются три единицы — в результате, в текущей позиции записывается 1, и ещё одна 1 передаётся влево.

Рассмотрим, как делается вычитание.

Для вычитания число, которое вычитается, записывается в форме Дополнительного кода, а затем эти два числа складываются.

Пример: Вычесть 42 из 53

Бит который вызывает переполнение — крайней левый, девятый по счёту, просто отбрасывается.

Адресация данных в памяти

Процессор может одновременно обращаться к одному или нескольким байтам памяти. Давайте рассмотрим шестнадцатеричное число 0725H (буква H означает, что перед нами шестнадцатеричное число). Для этого числа потребуется два байта памяти. Байт старшего разряда или старший значащий байт — 07, а младший байт — 25.

Процессор хранит данные в последовательности обратного байта, то есть байт младшего разряда хранится в низком адресе памяти и байт старшего разряда в старшем адресе памяти. Таким образом, если процессор переносит значение 0725H из регистра в память, он сначала перенесёт 25 на нижний адрес памяти и 07 на следующий адрес памяти.

Когда процессор получает числовые данные из памяти для регистрации, он снова переворачивает байты. Есть два вида адресов памяти:

Настройка рабочего окружения для Ассемблер

Настройка локального рабочего окружения

Язык ассемблера зависит от набора команд и архитектуры процессора. В этом руководстве мы сосредоточимся на процессорах Intel-32, таких как Pentium. Чтобы следовать этому уроку, вам понадобится:

Есть много хороших ассемблерных программ, таких как:

Мы будем использовать ассемблер NASM, так как он:

Установка NASM

Если вы выбираете «Инструменты разработки» при установке Linux, вы можете установить NASM вместе с операционной системой Linux, и вам не нужно загружать и устанавливать его отдельно. Чтобы проверить, установлен ли у вас NASM, сделайте следующее:

Откройте терминал Linux.

и нажмите клавишу ВВОД.

Если он уже установлен, появляется строка типа

В противном случае вы увидите просто

значит вам нужно установить NASM.

NASM должен присутствовать в стандартных репозиториях, поэтому попробуйте поискать там этот пакет и установить его.

Например, для установки в Debian, Ubuntu, Linux Mint, Kali Linux и их производные выполните:

Для установки в Arch Linux, BlackArch и их производные выполните:

Чтобы установить NASM из исходного кода, сделайте следующее:

Проверьте веб-сайт ассемблера (NASM) на последнюю версию.

Распакуйте архив в каталог, который создаст подкаталог nasm-X.XX.

Перейдите к nasm-X.XX

Этот скрипт оболочки найдёт лучший компилятор C для использования и сделает настройки в соответствии с Makefiles.

чтобы создать двоичные файлы nasm и ndisasm.

чтобы установить nasm и ndisasm в /usr/local/bin и установить справочные страницы (man).

Это должно установить NASM в вашей системе. Кроме того, вы можете использовать RPM-дистрибутив для Fedora Linux. Эта версия проще в установке, просто дважды щёлкните файл RPM.

Основы синтаксиса Ассемблера

Программу на языке Ассемблер можно разделить на три раздела:

Раздел data

Раздел data используется для объявления инициализированных данных или констант. Эти данные не изменяются во время выполнения. В этом разделе вы можете объявить различные постоянные значения, имена файлов или размер буфера и т. д.

Синтаксис объявления раздела data:

Раздел BSS

Секция bss используется для объявления переменных. Синтаксис объявления раздела bss:

Раздел text

Раздел text используется для хранения самого кода. Этот раздел должен начинаться с объявления global _start, которое сообщает ядру, где начинается выполнение программы.

Синтаксис объявления раздела text:

Комментарии

Комментарий на ассемблере начинается с точки с запятой (;). Он может содержать любой печатный символ, включая пробел. Он может появиться в строке сам по себе, например:

или в той же строке вместе с инструкцией, например:

Операторы Ассемблера

Программы на ассемблере состоят из трёх типов операторов:

Исполняемые инструкции или просто инструкции говорят процессору, что делать. Каждая инструкция состоит из кода операции (opcode). Каждая исполняемая инструкция генерирует одну инструкцию на машинном языке.

Директивы ассемблера или псевдооперации говорят ассемблеру о различных аспектах процесса сборки. Они не являются исполняемыми и не генерируют инструкции машинного языка.

Макросы — это в основном механизм подстановки текста.

Синтаксис операторов ассемблера

Операторы языка ассемблера вводятся по одной инструкции в каждой строке. Каждое утверждение имеет следующий формат:

Поля в квадратных скобках являются необязательными. Основная инструкция состоит из двух частей: первая — это имя инструкции (или мнемоника), которая должна быть выполнена, а вторая — операнды или параметры команды.

Ниже приведены некоторые примеры типичных операторов языка ассемблера.

Программа Hello World на Ассамблере

Следующий код на ассемблере выводит на экран строку «Hello World»:

Когда приведённый выше код скомпилирован и выполнен, он даст следующий результат:

Компиляция и связывание (Linking) программы на Ассемблере в NASM

Убедитесь, что вы установили путь до исполнимых файлов nasm и ld в вашей переменной окружения PATH (в Linux это уже сделано). Теперь пройдите следующие шаги для компиляции и связывания приведённой выше программы:

Выполните программу набрав:

Если вы всё сделали правильно, то она отобразит на экране ‘Hello, world!’.

Возможно, вас интересует, что такое связывание (Linking) и зачем оно требуется после сборки программы. Если коротко, то на этом этапе объектные файлы (если их несколько) собираются в один исполнимый файл, также благодаря этому процессу исполнимый файл теперь может использовать библиотеки. Линкеру указывается (обычно) целевой исполнимый формат. Если совсем коротко — это просто нужно. Я не буду в этом базовом курсе по ассемблеру останавливаться на этом более подробно — если вас интересует эта тема, то вы всегда сможете найти по ней дополнительную информацию в Интернете.

Ассемблер: сегменты памяти

Мы уже рассмотрели три раздела программы на ассемблере. Эти разделы также представляют различные сегменты памяти.

Обратите внимание, что если вы замените ключевое слово section на слово segment, вы получите тот же самый результат. Попробуйте этот код:

После компиляции и выполнения вышеприведённого кода он даст следующий результат:

Сегменты памяти

Модель сегментированной памяти делит системную память на группы независимых сегментов, на которые ссылаются указатели, расположенные в регистрах сегментов. Каждый сегмент используется для хранения данных определённого типа. Один сегмент используется для хранения кодов команд, другой — для хранения элементов данных, а третий — для программного стека.

В свете вышеизложенного мы можем выделить различные сегменты памяти, такие как:

Ассемблер: регистры (Registers)

Операции процессора в основном связаны с обработкой данных. Эти данные могут быть сохранены в памяти и доступны оттуда. Однако чтение данных из памяти и её сохранение в памяти замедляет процессор, поскольку включает сложные процессы отправки запроса данных через шину управления и в блок хранения памяти и получения данных по одному и тому же каналу.

Для ускорения работы процессора процессор включает в себя несколько мест хранения внутренней памяти, называемых регистрами (registers).

Регистры хранят элементы данных для обработки без необходимости доступа к памяти. Ограниченное количество регистров встроено в чип процессора.

Регистры процессора

В архитектуре IA-32 имеется десять 32-разрядных и шесть 16-разрядных процессорных регистров. Регистры сгруппированы в три категории:

Общие регистры далее делятся на следующие группы:

Регистры данных

Четыре 32-битных регистра данных используются для арифметических, логических и других операций. Эти 32-битные регистры можно использовать тремя способами:

Некоторые из этих регистров данных имеют конкретное применение в арифметических операциях.

AX — основной аккумулятор; он используется во вводе/выводе и большинстве арифметических инструкций. Например, в операции умножения один операнд сохраняется в регистре EAX или AX или AL в соответствии с размером операнда.

BX известен как базовый регистр, поскольку его можно использовать при индексированной адресации.

CX известен как регистр подсчёта, так как регистры ECX, CX хранят счётчик циклов в итерационных операциях.

DX известен как регистр данных. Он также используется в операциях ввода/вывода. Он также используется с регистром AX вместе с DX для операций умножения и деления с большими значениями.

Регистры указателя

Регистры указателя являются 32-разрядными регистрами EIP, ESP и EBP и соответствующими 16-разрядными правыми частями IP, SP и BP. Есть три категории регистров указателей:

Индексные регистры

32-разрядные индексные регистры ESI и EDI и их 16-разрядные крайние правые части. SI и DI, используются для индексированной адресации и иногда используются для сложения и вычитания. Есть два набора указателей индекса:

Регистры управления

Регистр указателя 32-битной инструкции и регистр 32-битных флагов рассматриваются как регистры управления.

Многие инструкции включают сравнения и математические вычисления и изменяют состояние флагов, а некоторые другие условные инструкции проверяют значение этих флагов состояния, чтобы перенести поток управления в другое место.

Популярные биты флага:

В следующей таблице указано положение битов флага в 16-битном регистре флагов:

Сегментные регистры

Сегменты — это специальные области, определённые в программе для хранения данных, кода и стека. Есть три основных сегмента:

Помимо регистров DS, CS и SS существуют и другие регистры дополнительных сегментов — ES (дополнительный сегмент), FS и GS, которые предоставляют дополнительные сегменты для хранения данных.

При программировании на ассемблере программе необходим доступ к ячейкам памяти. Все области памяти в сегменте относятся к начальному адресу сегмента. Сегмент начинается с адреса, равномерно делимого на 16 или в шестнадцатеричном виде числа 10. Таким образом, крайняя правая шестнадцатеричная цифра во всех таких адресах памяти равна 0, что обычно не сохраняется в регистрах сегментов.

Сегментные регистры хранят начальные адреса сегмента. Чтобы получить точное местоположение данных или инструкции в сегменте, требуется значение смещения (или смещение). Чтобы сослаться на любую ячейку памяти в сегменте, процессор объединяет адрес сегмента в регистре сегмента со значением смещения местоположения.

Пример

Посмотрите на следующую простую программу, чтобы понять использование регистров в программировании на Ассемблере. Эта программа отображает 9 звёзд на экране вместе с простым сообщением.

После компиляции и выполнения эта программа выведет:

Ассемблер: Системные вызовы

Системные вызовы — это API для интерфейса между пространством пользователя и пространством ядра. Мы уже использовали системные вызовы sys_write и sys_exit для записи на экран и выхода из программы соответственно.

Системные вызовы Linux

Вы можете использовать системные вызовы Linux в ваших ассемблерных программах. Для использования системных вызовов Linux в вашей программе необходимо выполнить следующие шаги:

Существует шесть регистров, в которых хранятся аргументы используемого системного вызова. Это EBX, ECX, EDX, ESI, EDI и EBP. Эти регистры принимают последовательные аргументы, начиная с регистра EBX. Если существует более шести аргументов, ячейка памяти первого аргумента сохраняется в регистре EBX.

В следующем фрагменте кода показано использование системного вызова sys_exit:

В следующем фрагменте кода показано использование системного вызова sys_write:

Все системные вызовы перечислены в /usr/include/asm/unistd.h вместе с их номерами (значение, которое нужно указать в EAX перед вызовом int 80h). Точнее говоря, сейчас это файлы /usr/include/asm/unistd_32.h и /usr/include/asm/unistd_64.h.

Чтобы посмотреть содержимое файла /usr/include/asm/unistd_32.h:

Начало этого файла:

Чтобы получить справку по системным вызовам:

Чтобы получить справку по конкретному вызову, укажите вначале man 2, а затем название вызова. Например, чтобы узнать о вызове read:

Чтобы узнать о вызове mkdir:

В следующей таблице приведены некоторые системные вызовы, используемые в этом руководстве:

Пример

Следующий пример читает число с клавиатуры и отображает его на экране:

Скомпилированный и запущенный вышеприведённый код даёт следующий результат:

Ассемблер: Режимы адресации

Большинство инструкций на ассемблере требуют обработки операндов. Адрес операнда предоставляет место, где хранятся данные, подлежащие обработке. Некоторые инструкции не требуют операнда, в то время как некоторые другие инструкции могут требовать один, два или три операнда.

Когда инструкции требуется два операнда, первый операнд обычно является пунктом назначения, который содержит данные в регистре или ячейке памяти, а второй операнд является источником. Источник содержит либо данные для доставки (немедленная адресация), либо адрес (в регистре или памяти) данных. Как правило, исходные данные остаются неизменными после операции.

Три основных режима адресации:

Адресации на регистр

В этом режиме адресации регистр содержит операнд. В зависимости от инструкции регистр может быть первым операндом, вторым операндом или обоими.

Поскольку обработка данных между регистрами не требует памяти, она обеспечивает самую быструю обработку данных.

Немедленная адресация

Непосредственный операнд имеет постоянное значение или выражение. Когда инструкция с двумя операндами использует немедленную адресацию, первый операнд может быть регистром или ячейкой памяти, а второй операнд является непосредственной константой. Первый операнд определяет длину данных.

Адресация на память

Когда операнды указываются в режиме адресации на память, требуется прямой доступ к основной памяти, обычно к сегменту данных. Этот способ адресации приводит к более медленной обработке данных. Чтобы найти точное местоположение данных в памяти, нам нужен начальный адрес сегмента, который обычно находится в регистре DS, и значение смещения. Это значение смещения также называется действующим адресом (effective address).

В режиме прямой адресации значение смещения указывается непосредственно как часть инструкции, обычно указывается именем переменной. Ассемблер вычисляет значение смещения и поддерживает таблицу символов, в которой хранятся значения смещения всех переменных, используемых в программе.

При прямой адресации в памяти один из операндов ссылается на ячейку памяти, а другой операнд ссылается на регистр.

Прямая адресация со смещением

Этот режим адресации использует арифметические операторы для изменения адреса. Например, посмотрите на следующие определения, которые определяют таблицы данных:

Следующие операции обращаются к данным из таблиц в памяти в регистрах:

Косвенная адресация на память

В этом режиме адресации используется способность компьютера Segment:Offset (Сегмент:Смещение). Обычно для этой цели используются базовые регистры EBX, EBP (или BX, BP) и регистры индекса (DI, SI), закодированные в квадратных скобках для ссылок на память.

Косвенная адресация обычно используется для переменных, содержащих несколько элементов, таких как массивы. Начальный адрес массива хранится, скажем, в регистре EBX.

В следующем фрагменте кода показано, как получить доступ к различным элементам переменной.

Инструкция MOV

Мы уже задействовали инструкцию MOV, которая используется для перемещения данных из одного пространства хранения в другое. Инструкция MOV принимает два операнда.

Синтаксис

Синтаксис инструкции MOV:

Инструкция MOV может иметь одну из следующих пяти форм:

Пожалуйста, обратите внимание, что:

Инструкция MOV порой вызывает двусмысленность. Например, посмотрите на утверждения:

Не ясно, хотите ли вы переместить байтовый эквивалент или словесный эквивалент числа 110. В таких случаях целесообразно использовать спецификатор типа (type specifier).

В следующей таблице приведены некоторые общие спецификаторы типов:

Пример

Следующая программа иллюстрирует некоторые из концепций, обсуждённых выше. Он сохраняет имя «Zara Ali» в разделе данных памяти, затем программно меняет его значение на другое имя «Nuha Ali» и отображает оба имени.

Когда приведённый выше код скомпилирован и выполнен, он даёт следующий результат:

Ассемблер: Переменные

NASM предоставляет различные директивы определения (define directives) для резервирования места для хранения переменных. Директива определения ассемблера используется для выделения пространства хранения. Его можно использовать для резервирования, а также для инициализации одного или нескольких байтов.

Выделение пространства хранения для инициализированных данных

Синтаксис для оператора распределения памяти для инициализированных данных:

Где имя-переменной — это идентификатор для каждого пространства хранения. Ассемблер связывает значение смещения для каждого имени переменной, определённого в сегменте данных.

Существует пять основных форм директивы определения:

Ниже приведены некоторые примеры использования директив определения.

Пожалуйста, обратите внимание, что:

Следующая программа показывает использование директивы определения:

Когда приведённый выше код компилируется и выполняется, он даёт следующий результат:

Выделение дискового пространства для неинициализированных данных

Директивы резервирования используются для запаса места для неинициализированных данных. Директивы резервирования принимают один операнд, который определяет количество единиц пространства, которое будет зарезервировано. Каждая директива определения имеет связанную директиву резервирования.

Существует пять основных форм директив резервирования:

Множественность определений

Вы можете иметь несколько операторов определения данных в программе. Например:

Ассемблер выделяет непрерывную память для нескольких определений переменных.

Множественность инициализаций

Директива TIMES позволяет выполнить несколько инициализаций к одному и тому же значению. Например, массив с именем marks размера 9 может быть определён и инициализирован на начальное значение ноль с помощью следующего оператора:

Директива TIMES полезна при определении массивов и таблиц. Следующая программа отображает 9 звёздочек на экране:

Результат выполнения скомпилированной программы:

Ассемблер: Константы

NASM предоставляет несколько директив, определяющих константы. Мы уже использовали директиву EQU в предыдущих разделах. Особое внимание мы уделим трём директивам:

Директива EQU

Директива EQU используется для определения констант. Синтаксис директивы EQU следующий:

Затем вы можете использовать это постоянное значение в вашем коде, например:

Операндом оператора EQU может быть выражение:

Приведённый фрагмент кода определит AREA как 200.

Пример

Следующий пример иллюстрирует использование директивы EQU:

Скомпилированный и выполненный код даст следующие результаты:

Кстати, в коде программы мы использовали 0xA,0xD в качестве части строк. Точнее говоря, в качестве окончания строк. Как можно догадаться, это шестнадцатеричные цифры. При выводе на экран эти шестнадцатеричные цифры трактуются как коды символов ASCII. То есть, чтобы понять их значение, нужно заглянуть в таблицу ASCII символов, например в статье «ASCII и шестнадцатеричное представление строк. Побитовые операции со строками».

Там мы можем найти, что 0xA (в той таблице он обозначен как 0A) и означает он перевод строки. Во многих языках программирования символ обозначается как «\n». Нажатие на клавишу ↵ Enter при выводе текста переводит строку.

Что касается 0xD (там в таблице он обозначен как 0D) и означает enter / carriage return — возврат каретки. Во многих языках программирования — символ «CR» обозначается как «\r».

Итак, если вы программируете на каком либо языке, то последовательность из двух шестнадцатеричных чисел 0xA,0xD, соответствует последовательности «\n\r», то есть, упрощённо говоря, это универсальный способ (чтобы срабатывал и в Linux, и в Windows) перейти на новую строку.

Директива %assign

По аналогии с директивой EQU, директива %assign может использоваться для определения числовых констант. Эта директива допускает переопределение. Например, вы можете определить постоянную TOTAL следующим образом:

Позже в коде вы можете переопределить её так:

Эта директива чувствительна к регистру.

Директива %define

Директива %define позволяет определять как числовые, так и строковые константы. Эта директива похожа на #define в C. Например, вы можете определить постоянную PTR так:

Приведённый выше код заменяет PTR на [EBP+4].

Эта директива также допускает переопределение и учитывает регистр.

Ассемблер: Арифметические инструкции

Инструкция INC

Инструкция INC используется для увеличения операнда на единицу. Она работает с одним операндом, который может находиться либо в регистре, либо в памяти.

Инструкция INC имеет следующий синтаксис:

Операндом может быть 8-битный, 16-битный или 32-битный операнд.

Инструкция DEC

Инструкция DEC используется для уменьшения операнда на единицу. Она работает с одним операндом, который может находиться либо в регистре, либо в памяти.

Инструкция DEC имеет следующий синтаксис:

Операндом может быть 8-битный, 16-битный или 32-битный операнд.

Инструкции ADD и SUB

Команды ADD и SUB используются для выполнения простого сложения/вычитания двоичных данных размером в byte, word и doubleword, т.е. для сложения или вычитания 8-битных, 16-битных или 32-битных операндов соответственно.

Инструкции ADD и SUB имеют следующий синтаксис:

Инструкция ADD/SUB может выполняться между:

Однако, как и другие инструкции, операции с память-в-память невозможны с использованием инструкций ADD/SUB. Операция ADD или SUB устанавливает или очищает флаги переполнения (overflow) и переноса (carry).

Пример

В следующем примере программа спросит у пользователя две цифры; сохранит их в регистрах EAX и EBX, соответственно; сложит эти значения; сохранит результат в ячейке памяти «res» и, наконец, отобразит результат.

Скомпилированный и выполненный код даст следующие результаты:

Код программы сильно упрощается, если прописать значения переменных для арифметических действий прямо в самом коде:

Результат выполнения этого кода:

Инструкции MUL/IMUL

Есть две инструкции для умножения двоичных данных. Инструкция MUL (Multiply) обрабатывает беззнаковые данные, а IMUL (Integer Multiply) обрабатывает данные со знаком. Обе инструкции влияют на флаг переноса и переполнения.

Синтаксис для инструкций MUL/IMUL следующий:

Множимое в обоих случаях будет в аккумуляторе, в зависимости от размера множимоего и умножителя, и результат умножения также сохраняется в двух регистрах в зависимости от размера операндов. Следующий раздел объясняет инструкции MUL в трёх разных случаях:

Когда перемножаются два байта

Множимое находится в регистре AL, а множитель — это байт в памяти или в другом регистре. Результат произведения находится в AX. Старшие 8 битов произведения хранятся в AH, а младшие 8 битов хранятся в AL.

Когда умножаются два значения word

Множимое должно быть в регистре AX, а множитель — это word в памяти или в другом регистре. Например, для такой инструкции, как MUL DX, вы должны сохранить множитель в DX и множимое в AX.

В результате получается двойное word, для которого понадобятся два регистра. Часть высшего порядка (крайняя слева) сохраняется в DX, а часть нижнего порядка (крайняя справа) сохраняется в AX.

Когда умножаются два значения doubleword

Когда умножаются два значения doubleword, множимое должно быть в EAX, а множитель — это значение doubleword, хранящееся в памяти или в другом регистре. Результат умножения сохраняется в регистрах EDX:EAX, то есть 32-разрядные старшие разряды сохраняются в регистре EDX, а 32-разрядные младшие разряды сохраняются в регистре EAX.

В следующем примере 3 умножается на 2 и отображается результат:

Результат выполнения программы:

Инструкции DIV/IDIV

Операция деления генерирует два элемента — частное и остаток. В случае умножения переполнение не происходит, потому что регистры двойной длины используются для хранения результата. Однако в случае деления может произойти переполнение. Процессор генерирует прерывание, если происходит переполнение.

Инструкция DIV (Divide) используется для данных без знака, а IDIV (Integer Divide) используется для данных со знаком.

Формат для инструкции DIV/IDIV:

Делимое находится в аккумуляторе. Обе инструкции могут работать с 8-битными, 16-битными или 32-битными операндами. Операция влияет на все шесть флагов состояния. Следующий раздел объясняет три случая деления с различным размером операнда:

Когда делитель равен 1 байту

Предполагается, что делимое находится в регистре AX (16 бит). После деления частное переходит в регистр AL, а остаток — в регистр AH.

Когда делителем является 1 word

Предполагается, что делимое имеют длину 32 бита и оно размещено в регистрах DX:AX. Старшие 16 битов находятся в DX, а младшие 16 битов — в AX. После деления 16-битное частное попадает в регистр AX, а 16-битное значение попадает в регистр DX.

Когда делитель doubleword

Предполагается, что размер делимого составляет 64 бита и оно размещено в регистрах EDX:EAX. Старшие 32 бита находятся в EDX, а младшие 32 бита находятся в EAX. После деления 32-битное частное попадает в регистр EAX, а 32-битный остаток попадает в регистр EDX.

В следующем примере 8 делится на 2. Делимое 8 сохраняется в 16-битном регистре AX, а делитель 2 сохраняется в 8-битном регистре BL.

Результат выполнения приведённого выше кода:

Ассемблер: Логические инструкции

Набор команд процессора содержит инструкции логики AND, OR, XOR, TEST и NOT, которые проверяют, устанавливают и очищают биты в соответствии с потребностями программы.

Формат для этих инструкций:

Первый операнд во всех случаях может быть либо в регистре, либо в памяти. Второй операнд может быть либо в регистре/памяти, либо в непосредственном (постоянном) значении. Однако операции память-и-память невозможны. Эти инструкции сравнивают или сопоставляют биты операндов и устанавливают флаги CF, OF, PF, SF и ZF.

Инструкция AND (И)

Инструкция AND используется для поддержки логических выражений путём выполнения побитовой операции AND. Побитовая операция AND возвращает 1, если совпадающие биты обоих операндов равны 1, в противном случае она возвращает 0. Например:

Операция AND может использоваться для очистки одного или нескольких битов. Например, допустим, регистр BL содержит 0011 1010. Если вам нужно очистить старшие биты до нуля, то вы выполняете операцию AND этого регистра с 0FH.

Давайте рассмотрим другой пример. Если вы хотите проверить, является ли данное число нечётным или чётным, простой тест будет проверять младший значащий бит числа. Если это 1, число нечётное, иначе число чётное.

Предполагая, что номер находится в регистре AL, мы можем написать:

Следующая программа иллюстрирует это.

Результат выполнения кода:

Измените значение в регистре ax на нечётную цифру, к примеру:

Программа будет отображать:

Точно так же очистить весь регистр вы можете сделав AND с 00H.

Инструкция OR

Инструкция OR (ИЛИ) используется для выполнения логической побитовой операции OR. Побитовый оператор OR возвращает 1, если совпадающие биты одного или обоих операндов равны единице. Возвращает 0, если оба бита равны нулю.

Операция OR может использоваться для установки одного или нескольких битов. Например, предположим, что регистр AL содержит 0011 1010, вам нужно установить на единицы четыре младших бита, тогда вы можете сделать OR со значением 0000 1111, т.е.

В следующем примере демонстрируется инструкция OR. Давайте сохраним значения 5 и 3 в регистрах AL и BL, соответственно, затем

затем в регистре AL в результате выполнения операции OR получится 7

Результат работы программы:

Инструкция XOR

Инструкция XOR реализует побитовую операцию XOR. Операция XOR устанавливает результирующий бит в 1, если и только если биты из операндов отличаются. Если биты из операндов одинаковы (оба 0 или оба 1), результирующий бит сбрасывается в 0.

XOR операнд числа с самим собой меняет операнд на 0. Это используется для очистки регистра.

Инструкция TEST

Инструкция TEST работает так же, как и операция AND, но в отличие от инструкции AND она не меняет первый операнд. Таким образом, если нам нужно проверить, является ли число в регистре чётным или нечётным, мы также можем сделать это, используя инструкцию TEST, не меняя исходного числа.

Инструкция NOT

Инструкция NOT реализует побитовую операцию NOT. Операция NOT меняет биты в операнде на противоположные. Операнд может быть либо в регистре, либо в памяти.

Ассемблер: Условия

Выполнение в зависимости от выполнения условия на ассемблере реализовано несколькими инструкциями зацикливания и ветвления. Эти инструкции могут изменить поток управления в программе. Условное исполнение рассматривается в двух сценариях:

Безусловный прыжок

Он выполняется инструкцией JMP. Условное выполнение часто включает передачу управления на адрес инструкции, которая не следует за выполняемой в настоящее время инструкцией. Передача управления может быть прямой, чтобы выполнить новый набор инструкций, или обратной, чтобы повторно выполнить те же самые шаги.

Условный переход

Он выполняется с помощью набора инструкций перехода j и зависит от выполнения условия. Условные инструкции передают управление, прерывая последовательный поток, и делают это, изменяя значение смещения в IP.

Давайте обсудим инструкцию CMP, прежде чем обсуждать условные инструкции.

Инструкция CMP

Инструкция CMP сравнивает два операнда. Обычно используется в условном исполнении. Эта инструкция в основном вычитает один операнд из другого для сравнения, равны ли операнды или нет. Она не мешает операндам назначения или источника. Она используется вместе с инструкцией условного перехода для принятия решения.

CMP сравнивает два числовых поля данных. Операнд-адресат может быть либо в регистре, либо в памяти. Исходным операндом могут быть постоянные (непосредственные) данные, регистр или память.

CMP часто используется для сравнения того, достигло ли значение счётчика количества раз, которое цикл должен быть выполнен. Рассмотрим следующее типичное условие:

Безусловный переход

Как упоминалось ранее, это выполняется инструкцией JMP. Условное выполнение часто включает передачу управления на адрес инструкции, которая не следует за выполняемой в настоящее время инструкцией. Передача управления может быть прямой, чтобы выполнить новый набор инструкций, или обратной, чтобы повторно выполнить те же самые шаги.

Инструкция JMP предоставляет имя метки, куда поток управления передаётся немедленно. Синтаксис инструкции JMP:

Следующий фрагмент кода иллюстрирует инструкцию JMP:

Условный переход

В условном переходе поток управления переносится в целевую инструкцию только если выполняется какое-либо указанное условие. Существует множество инструкций условного перехода в зависимости от состояния и данных.

Ниже приведены инструкции условного перехода, используемые для данных со знаком, используемых для арифметических операций.

Ниже приведены инструкции условного перехода, используемые для данных без знака, используемых для логических операций.

Следующие инструкции условного перехода имеют специальное использование и проверяют значение флагов:

Синтаксис для набора инструкций J :

Пример

Следующая программа отображает наибольшую из трёх переменных. Переменные являются двузначными переменными. Три переменные num1, num2 и num3 имеют значения 47, 22 и 31 соответственно:

Результат работы программы:

Ассемблер: Петли

Инструкция JMP может использоваться для реализации циклов. Например, следующий фрагмент кода может использоваться для выполнения тела цикла 10 раз.

Набор инструкций процессора, однако, включает в себя группу команд цикла для реализации итерации. Основная инструкция LOOP имеет следующий синтаксис:

Где label — метка цели, которая идентифицирует целевую инструкцию, как в инструкциях перехода. Инструкция LOOP предполагает, что регистр ECX содержит количество циклов. Когда инструкция цикла выполняется, регистр ECX уменьшается, и управление переходит к метке назначения, пока значение регистра ECX, то есть счётчик не достигнет нуля.

Приведённый выше фрагмент кода может быть записан как:

Пример

Следующая программа печатает цифры от 1 до 9 на экране:

Когда приведённый выше код скомпилирован и выполнен, он даёт следующий результат:

Ассемблер: Числа

Числовые данные обычно представлены в двоичной системе. Арифметические инструкции работают с двоичными данными. Когда числа отображаются на экране или вводятся с клавиатуры, они имеют форму ASCII (смотрите также ASCII и шестнадцатеричное представление строк. Побитовые операции со строками).

До сих пор мы преобразовывали эти входные данные в форме ASCII в двоичные для арифметических вычислений и преобразовывали результат обратно в ASCII. Следующий код показывает это:

После компиляции и выполнения приведённый выше код даёт следующий результат:

Однако такие преобразования имеют накладные расходы, и программирование на ассемблере позволяет более эффективно обрабатывать числа в двоичной форме. Десятичные числа могут быть представлены в двух формах:

ASCII представление

В представлении ASCII десятичные числа хранятся в виде строки символов ASCII. Например, десятичное значение 1234 сохраняется как:

Где 31H — это значение ASCII для 1, 32H — это значение ASCII для 2 и т. д. Есть четыре инструкции для обработки чисел в представлении ASCII:

Эти инструкции не принимают никаких операндов и предполагают, что требуемый операнд находится в регистре AL.

В следующем примере инструкция AAS используется для демонстрации концепции:

После компиляции и выполнения приведённый выше код даёт следующий результат:

BCD представление

Существует два типа представления BCD:

В неупакованном представлении BCD каждый байт хранит двоичный эквивалент десятичной цифры. Например, число 1234 хранится как:

Есть две инструкции для обработки этих чисел:

Четыре инструкции настройки ASCII, AAA, AAS, AAM и AAD, также могут использоваться с неупакованным представлением BCD. В упакованном представлении BCD каждая цифра сохраняется с использованием четырёх битов. Две десятичные цифры упакованы в байт. Например, число 1234 хранится как:

Есть две инструкции для обработки этих чисел:

В упакованном представлении BCD отсутствует поддержка умножения и деления.

Пример

Следующая программа складывает два пятизначных десятичных числа и отображает сумму. Он использует вышеуказанные концепции:

Результат после компиляции и выполнения:

Ассемблер: Строки

Мы уже использовали строки переменной длины в наших предыдущих примерах. Строки переменной длины могут содержать столько символов, сколько необходимо. Как правило, мы указываем длину строки одним из двух способов:

Мы можем хранить длину строки явно, используя символ счётчика местоположения $, который представляет текущее значение счётчика расположения. В следующем примере:

В качестве альтернативы, вы можете хранить строки с последующим символом стража, чтобы разделить строку, вместо того, чтобы явно хранить длину строки. Страдный символ должен быть специальным символом, который не появляется в строке.

Строковые инструкции

Каждая строковая инструкция может требовать исходного операнда, целевого операнда или обоих. Для 32-битных сегментов строковые инструкции используют регистры ESI и EDI для указания на операнды источника и назначения соответственно.

Однако для 16-битных сегментов регистры SI и DI используются для указания на источник и пункт назначения соответственно.

Существует пять основных инструкций для обработки строк, а именно:

Каждая из вышеприведённых инструкций имеет версию байта, слова и двойного слова, а строковые инструкции могут повторяться с использованием префикса повторения.

В этих инструкциях используются пары регистров ES:DI и DS:SI, где регистры DI и SI содержат действительные адреса смещения, которые относятся к байтам, хранящимся в памяти. SI обычно ассоциируется с DS (сегмент данных), а DI всегда ассоциируется с ES (дополнительный сегмент).

Регистры DS:SI (или ESI) и ES:DI (или EDI) указывают на операнды источника и назначения соответственно. Предполагается, что в памяти операндом-источником является DS:SI (или ESI), а операндом-адресатом — ES:DI (или EDI).

Для 16-битных адресов используются регистры SI и DI, а для 32-битных адресов используются регистры ESI и EDI.

В следующей таблице представлены различные версии строковых инструкций и предполагаемое пространство операндов.

Префиксы повторения

Префикс REP, если он установлен перед строковой инструкцией, например — REP MOVSB, вызывает повторение инструкции на основе счётчика, размещённого в регистре CX. REP выполняет инструкцию, уменьшает CX на 1 и проверяет, равен ли CX нулю. Он повторяет обработку инструкций, пока CX не станет равным нулю.

Флаг направления (DF) определяет направление операции.

Префикс REP также имеет следующие варианты:

Ассемблер: Массивы

Мы уже обсуждали, что директивы определения данных к ассемблеру используются для выделения памяти переменным. Переменная также может быть инициализирована с определенным значением. Инициализированное значение может быть указано в шестнадцатеричной, десятичной или двоичной форме.

Например, мы можем определить переменную word ‘months’ любым из следующих способов:

Директивы определения данных также могут использоваться для определения одномерного массива. Определим одномерный массив чисел.

Вышеприведённое определение объявляет массив из шести слов (word), каждое из которых инициализируется числами 34, 45, 56, 67, 75, 89. Это выделяет 2×6 = 12 байтов последовательного пространства памяти. Символический адрес первого числа будет NUMBERS, а второго номера — NUMBERS + 2 и т. д.

Давайте рассмотрим другой пример. Вы можете определить массив с именем inventory размером 8 и инициализировать все значения с нуля следующим образом:

Который может быть сокращён до:

Директива TIMES также может использоваться для нескольких инициализаций одного и того же значения. Используя TIMES, массив INVENTORY можно определить как:

Пример

В следующем примере демонстрируются вышеуказанные концепции, определяя массив из трёх элементов x, в котором хранятся три значения: 2, 3 и 4. Программа добавляет значения в массив и отображает сумму 9:

Результат после компиляции и выполнения приведённого выше кода:

Ассемблер: Процедуры

Процедуры или подпрограммы очень важны для ассемблера, так как программы на ассемблере, как правило, имеют большой размер. Процедуры идентифицируются по имени. После её названия описывается тело процедуры, которая выполняет чётко определённую работу. Конец процедуры указывается оператором ret (return, возврат).

Ниже приведён синтаксис для определения процедуры:

Процедура вызывается из другой функции с помощью инструкции CALL. Инструкция CALL должна иметь имя вызываемой процедуры в качестве аргумента, как показано ниже:

Вызываемая процедура возвращает управление вызывающей процедуре с помощью инструкции RET.

Пример

Давайте напишем очень простую процедуру с именем sum, которая складывает переменные, хранящиеся в регистре ECX и EDX, и возвращает сумму в регистр EAX:

Скомпилированный и выполненный код даст следующий результат:

Структура данных стеков

Стек представляет собой массив данных в виде массива в памяти, в котором данные могут храниться и удаляться из места, называемого «вершиной» стека. Данные, которые необходимо сохранить, «помещаются» в стек, а извлекаемые данные «выталкиваются» из стека. Стек — это структура данных LIFO, то есть данные, сохранённые первыми, извлекаются последними.

Язык ассемблера предоставляет две инструкции для операций со стеком: PUSH и POP. Эти инструкции имеют следующий синтаксис:

Пространство памяти, зарезервированное в сегменте стека, используется для реализации стека. Регистры SS и ESP (или SP) используются для реализации стека. На вершину стека, которая указывает на последний элемент данных, вставленный в стек, указывает регистр SS:ESP, где регистр SS указывает на начало сегмента стека, а SP (или ESP) даёт смещение в сегмент стека.

Реализация стека имеет следующие характеристики:

Для хранения данных регистров в стеке, он может использоваться следующим образом:

Пример

Следующая программа отображает весь набор символов ASCII. Основная программа вызывает процедуру с именем display, которая отображает набор символов ASCII.

Приведённый выше код после компиляции и выполнения даст следующий результат:

Ассемблер: Рекурсия

Рекурсивная процедура — это та, которая вызывает сама себя. Существует два вида рекурсии: прямая и косвенная. При прямой рекурсии процедура вызывает себя, а при косвенной рекурсии первая процедура вызывает вторую процедуру, которая, в свою очередь, вызывает первую процедуру.

Рекурсию можно наблюдать в многочисленных математических алгоритмах. Например, рассмотрим случай вычисления факториала числа. Факториал числа задаётся уравнением:

Например: факториал 5 равен 1 x 2 x 3 x 4 x 5 = 5 x факториал 4, и это может быть хорошим примером демонстрации рекурсивной процедуры. Каждый рекурсивный алгоритм должен иметь конечное условие, то есть рекурсивный вызов программы должен быть остановлен при выполнении условия. В случае алгоритма факториала конечное условие достигается, когда n равно 0.

Следующая программа показывает, как факториал числа n реализован на ассемблере. Для простоты программы мы вычислим факториал 3.

Скомпилированный и выполненный вышеприведённый код даст следующий результат:

Ассемблер: Макросы

Написание макроса — это ещё один способ обеспечения модульного программирования на ассемблере.

Макрос — это последовательность инструкций, которой присвоено имя, и которая может использоваться в любом месте программы.

В NASM макросы определяются с помощью директив %macro и %endmacro.

Макрос начинается с директивы %macro и заканчивается директивой %endmacro.

Синтаксис для определения макроса:

Макрос вызывается с использованием имени макроса вместе с необходимыми параметрами. Когда вам нужно многократно использовать некоторую последовательность инструкций в программе, вы можете поместить эти инструкции в макрос и использовать их вместо того, чтобы писать инструкции постоянно.

Например, очень распространённая потребность в программах заключается в написании строки символов на экране. Для отображения строки символов вам понадобится следующая последовательность инструкций:

В приведённом выше примере отображения строки символов регистры EAX, EBX, ECX и EDX были использованы вызовом функции INT 80H. Таким образом, каждый раз, когда вам нужно отобразить что-то на экране, вам нужно сохранить эти регистры в стеке, вызвать INT 80H, а затем восстановить исходное значение регистров из стека. Таким образом, было бы полезно написать два макроса для сохранения и восстановления данных.

Мы заметили, что некоторые инструкции, такие как IMUL, IDIV, INT и т. д нуждаются в том, чтобы некоторая информация была сохранена в некоторых конкретных регистрах и даже возвращала значения в некоторых конкретных регистрах. Если программа уже использовала эти регистры для хранения важных данных, то существующие данные из этих регистров должны быть сохранены в стеке и восстановлены после выполнения инструкции.

Пример

Следующий пример показывает создание и использование макросов:

Выполнение этой программы даст следующий результат:

Ассемблер: Управление файлами

Система рассматривает любые входные или выходные данные как поток байтов. Есть три стандартных файловых потока:

Файловый дескриптор

Файловый дескриптор — это 16-разрядное целое число, назначаемое файлу в качестве идентификатора файла. Когда создаётся новый файл или открывается существующий файл, дескриптор файла используется для доступа к файлу.

Файловый дескриптор стандартных файловых потоков — stdin, stdout и stderr — равны 0, 1 и 2 соответственно.

Файловый указатель

Файловый указатель определяет местоположение для последующей операции чтения/записи в файле в виде байтов. Каждый файл рассматривается как последовательность байтов. Каждый открытый файл связан с указателем файла, который задаёт смещение в байтах относительно начала файла. Когда файл открыт, указатель файла устанавливается в ноль.

Системные вызовы обработки файлов

В следующей таблице кратко описаны системные вызовы, связанные с обработкой файлов.

Шаги, необходимые для использования системных вызовов, такие же как мы обсуждали ранее:

Создание и открытие файла

Для создания и открытия файла выполните следующие задачи:

Системный вызов возвращает дескриптор файла созданного файла в регистр EAX, в случае ошибки код ошибки находится в регистре EAX.

Открытие существующего файла

Чтобы открыть существующий файл, выполните следующие задачи:

Системный вызов возвращает дескриптор файла созданного файла в регистре EAX, в случае ошибки код ошибки находится в регистре EAX.

Среди режимов доступа к файлам чаще всего используются: только чтение (0), только запись (1) и чтение-запись (2).

Чтение из файла

Для чтения из файла выполните следующие задачи:

Системный вызов возвращает количество байтов, считанных в регистре EAX, в случае ошибки код ошибки находится в регистре EAX.

Запись в файл

Для записи в файл выполните следующие задачи:

Системный вызов возвращает фактическое количество байтов, записанных в регистр EAX, в случае ошибки код ошибки находится в регистре EAX.

Закрытие файла

Для закрытия файла выполните следующие задачи:

Системный вызов возвращает, в случае ошибки, код ошибки в регистре EAX.

Обновление файла

Для обновления файла выполните следующие задачи:

Исходная позиция может быть:

Системный вызов возвращает, в случае ошибки, код ошибки в регистре EAX.

Пример

Следующая программа создаёт и открывает файл с именем myfile.txt и записывает текст «Привет от HackWare!» в этом файле. Далее программа читает файл и сохраняет данные в буфере с именем info. Наконец, онf отображает текст как сохранённый в info.

Результат выполнения программы:

Ассемблер: Управление памятью

Системный вызов sys_brk() предоставляется ядром для выделения памяти без необходимости её перемещения позже. Этот вызов выделяет память прямо за изображением приложения в памяти. Эта системная функция позволяет вам установить максимальный доступный адрес в разделе данных.

Этот системный вызов принимает один параметр, который является наибольшим адресом памяти, который необходимо установить. Это значение сохраняется в регистре EBX.

Пример

Источник