Assembly. Iványi Péter

Assembly Iványi Péter

Miért? • Ma már ritkán készül program csak assembly-ben – Általában bizonyos kritikus rutinoknál használják – Miért nem használjuk? • Magas szintű nyelven könnyebb programozni • Nehéz más gépre átvinni a programot

– Miért tanítjuk? • Az assembly rutin kisebb és gyorsabb lehet • Közvetlen hardware elérés, amit magasabb szintű nyelvből esetleg lehetetlen • Mélyebb tudás a számítógépekről • Fordítók megértése, magasabb nyelvek megértése

Miért? • Sajnos kis és gyors rutinok írásához nagy gyakorlat, tapasztalat kell – A rendszer részletes ismerete

• Assembly esetén lemondunk szinte minden rendszer támogatásról és a saját kezünkbe vesszük a vezérlést – Gondosan válasszuk meg a programozási eszközt – Általában a középút az ideális • Program készítés • Karbantartás • Költség, munkaráfordítás, stb.

Miért? • Hatékony, gyors, kis program létrehozása idő és munkaigényes • Milyen célt szolgál a rutin? • Hányszor fut le? – Ha csak egyszer fut le, minek javítani? – Ha többször, pl. JIT compiler nem elég?

Mit? • • • •

IBM PC Intel processzorok Windows (Linux)

• Programozás alacsony szintű nyelven • Magas szintű nyelvek által generált kód

Ismétlés • Számítógép története – Ez most kihagyjuk!

• Számrendszerek közti konverzió – 2, 10, 16 alapú számrendszer

• Számítógép architektúrája – – – –

Végrehajtás Regiszterek Memória címzés Megszakítás

Tizes számrendszer • Számjegyek: 0-9

d n ×10 n + d n -1 ×10 n -1 + K + d 2 ×10 2 + d1 ×101 + d 0 ×100 • Példa:

3045 = 3 ×103 + 0 ×10 2 + 4 ×101 + 5 ×100 = 3000 + 0 + 40 + 5 = 3045

Kettes számrendszer • Számjegyek: 0-1

d n × 2 n + d n -1 × 2 n -1 + K + d 2 × 2 2 + d1 × 21 + d 0 × 20 • Példa:

101101 = 1 × 2 + 0 × 2 + 1 × 2 + 1 × 2 + 0 × 2 + 1 × 2 5

4

3

2

= 32 + 0 + 8 + 4 + 0 + 1 = 45

1

0

Tizenhatos számrendszer • Hexadecimális számok • Számjegyek: 0-9,A,B,C,D,E,F

d n ×16 n + d n -1 ×16 n -1 + K + d 2 ×16 2 + d1 ×161 + d 0 ×160 • Példa:

3AF = 3 ×16 2 + 10 ×161 + 15 ×160 = 3 × 256 + 10 ×16 + 15 = 943

Konverzió • Mennyi decimális 45 binárisan? – – – – – –

45 / 32 (25) = 1 13 / 24 = 0 13 / 23 = 1 5 / 22 = 1 1 / 21 = 0 1 / 20 = 1

4510 = 1011012

maradt 13 maradt 13 maradt 5 maradt 1 maradt 1 maradék nulla

Összeadás • Mindegyik számrendszerben működik

Előjeles számok • Hogyan reprezentáljuk a negatív számokat? • Egyszerű megoldás: – Használjunk egy bitet az előjel jelölésére • S=0 • S=1

pozitív (+) negatív (-)

– Probléma: • Két darab zérus értékünk van 1000 0000 0000 0000

Előjeles számok • Kettes komplemens

- d n × 2 + d n -1 × 2 n

n -1

+ K + d 2 × 2 + d1 × 2 + d 0 × 2 2

1

0

• Negatív szám (n) előállítása: – Invertáljuk a biteket és adjunk hozzá 1-et – Vegyük a legnagyobb számot (csupa 1), vonjunk ki net, majd adjunk hozzá 1-et – Jobbrol balra haladva másoljuk a zérusokat, az első 1est is másoljuk, a többit invertáljuk

Kettes komplemens 0100

0101 0110 6

0111

5

4

0011 0010

3 2 1

7 1000 1001

0001

-8

0

-7

-1 -6 -5

1010 1011

-4 1100

-3

-2

0000

1111 1110

1101

Kettes komplemens 1. • 8-bites számok, előjel nélkül: 0 - 255 • 4510 = 0010 11012 – Invertáljuk • 1101 00102

– Adjunk hozzá 1-et • 1101 00112

– Eredmény: • 1101 00112 = 21110 = -4510

Ellenőrzés 0010 1101 + 1101 0011 1 0000 0000

Kettes komplemens 2. • 4510 = 0010 11012 – A legnagyobb szám • 1111 11112 =25510

– Vonjunk ki 45-öt • 255 - 45 = 21010 = 1101 00102

– Adjunk hozzá 1-et • 1101 00112

– Eredmény: • 1101 00112 = 21110 = -4510

Kettes komplemens 3. • 2810 = 0001 11002 – Másoljuk a zérusokat jobbról balra • 002

– Másoljuk le az első 1-est • 1002

– Invertáljuk a többi bitet • 1110 01002 = 22810

Ellenőrzés 0001 1100 + 1110 0100 1 0000 0000

Kettes komplemens • 8 bit esetén -1 = 1111 1111 -2 = 1111 1110 -128 = 1000 0000 +1 = 0000 0001 +127 = 0111 1111 +128 = érvénytelen !!!

Kettes komplemens • 16 bit esetén -1 = 1111 1111 1111 1111 -2 = 1111 1111 1111 1110 -32768 = 1000 0000 0000 0000

8-ból 16 bites számok • 6410 – 8 bites reprezentálás: – 16 bites reprezentálás:

40h 0040h

• -6410 – 8 bites reprezentálás: C0h = 1100 0000 – 16 bites reprezentálás: FFC0h = 1111 1111 1100 0000

• Szabály: – Az előjel bitet minden további bit helyébe bemásoljuk

16-ból 8 bites számok • -448 – 16 bites reprezentálás: FE40h – 8 bites reprezentálás: nem lehet !!!

• „Sign contraction” csak akkor lehetséges ha az összes felső bit mind zérus vagy 1-es – Példa: FF80h -ból 80h lesz

Architektúra • 8086-os processzor • Regiszterek • Memória

8086 • 16 bites processzor • Busz – Címbusz • A processzor a memóriával közli a kívánt címet

– Adatbusz • A processzor és egyéb egységek közötti adatfrogalomra

– Vezérlőbusz • A vezérlőjeleket továbbítjuk

Az adatbusz „vonalainak” száma adja meg hány bites a processzor

8086 címbusz

8086 rendszer

adatbusz 16 bit vezérlőbusz

Memória és egyéb egységek

Intel processzorok Processzor Adatbusz 8088 8 8086 16 80286 16 80386dx 32 80486 32 80586/Pentium 64

Címbusz 20 20 24 32 32 32

Memória 1MB 1MB 16MB 4GB 4GB 4GB

Egyszerű mikroprocesszor

Kezdés

Következő utasítás betöltése

Utasítás dekódolása

Utasítás végrehajtása

Vége

Egyszerű mikroprocesszor, 8086

Fetch Dekód Futtat Fetch Dekód Futtat 1 1 1 2 2 2 Tölt

Vár

Vár

Tölt

Vár

Vár

idő

Processzor Busz

80486 mikroprocesszor Fetch 1

Fetch 2

Fetch 3

Fetch 4

Tárol 1

Dekód Dekód Dekód Dekód 1 2 3 4 Futtat 1

Futtat 2 Címzés 1

Futtat 3 Vár

„pipelining”

Fetch 5 Vár Futtat 4 Vár

Fetch Busz 6 Dekód Dekódoló egység 5 Vár

Végrahajtó egység

Címzés Címző egység 2

Vezérlő regiszterek • IP (Instruction pointer) – Utasításmutató, az éppen végrehajtandó utasítás címe

• SP (Stack pointer) – Veremmutató, utoljára beírt elem címe

• BP (Base pointer) – Bázismutató, a verem címzéséhez

• SI (Source index) – Kiindulási terület indexe

• DI (Destination index) – Célterület indexe

Általános regiszterek • AX (Accumulator register) – Általános célú, majdnem mindenre használható – matematikai műveleteknél gyakran használjuk – AL (Low) és AH (High) részre osztható AH

AL

8 bit

8 bit 16 bit

Általános regiszterek • BX (Base register) – Általános célú – Főleg címzésnél használjuk

BH

BL

8 bit

8 bit 16 bit

Általános regiszterek • CX (Counter register) – Számláló regiszter, ciklusszervezésnél használjuk

CH

CL

8 bit

8 bit 16 bit

Általános regiszterek • DX (Data register) – Adat regiszter – Szorzás és osztás esetén speciális szerepe van

DH

DL

8 bit

8 bit 16 bit

Szegmens regiszterek • CS (Code segment) – Az aktuális program báziscíme – Minden utasításelérésnél használja a CPU – Módosítása csak vezérlésátadással

• SS (Stack segment) – A veremként használt terület szegmensének címe – Csak ha nagyon szükséges, akkor módosítsuk

Szegmens regiszterek • DS (Data segment) – Adatszegmens regiszter – A címzett területről lehet adatot elérni – Írható/olvasható

• ES (Extra segment) – Extra szegmens regiszter – Másodlagos memória terület elérésére szolgál

Státusz regiszter 0. Bit (Carry): „átviteli” bit, egy 8 bites művelet 9. bitje 1. Bit (Parity): értéke egy, ha az eredmény byte-ban az egyes bitek száma páros, különben zérus 4. Bit (Auxiliarry carry): BCD számok kezelése esetén használt 6. Bit (Zero): ha az utolsó művelet eredménye zérus, akkor az értéke 1, egyébként zérus

Státusz regiszter 7. Bit (Sign): értéke zérus ha az eredmény pozitív, egyébként 1 8. Bit (Trap): debug-golásnál használt 9. Bit (Interrupt): megszakítás tíltás vagy engedélyezés, ha 1 minden megszakítást fogad 10. Bit (Direction): string kezelő műveletek használják, ha értéke zérus, akkor az SI és DI regisztereket automatikusan növeli, ha egy akkor csökkenti

Státusz regiszter 11. Bit (Overflow): túlcsordulás jelzése

32 bites regiszterek

Veremkezelés • Alapvető fontosságú !!! • Függvények közötti kapcsolat – Visszatérési cím – Paraméterátadás – Visszatérési érték

Függvényhívás void f3(int a3) { printf(”%d”,a3); } void f2(int a2) { f3(a2); a2 = (a2+1); f3(a2); } void f1() { int a1 = 1; int b1; f2(a1); }

SP

Függvényhívás a1 b1

void f3(int a3) { printf(”%d”,a3); } void f2(int a2) { f3(a2); a2 = (a2+1); f3(a2); } void f1() { int a1 = 1; int b1; f2(a1); }

SP

1 akármi



SP

1 akármi visszatérési cím 1 (argumentum)



a2 SP

1 akármi visszatérési cím 1



a2 SP

1 akármi visszatérési cím 1 visszatérési cím 1 (argumentum)



a2 a3 SP

1 akármi visszatérési cím 1 visszatérési cím 1


void f3(int a3) { printf(”%d”,a3); } void f2(int a2) { f3(a2); a2 = (a2+1); f3(a2); } void f1() { int a1 = 1; int b1; f2(a1); } Ekkor

a2 a3


SP

is függvényhívás történik, de most ignoráljuk.



a2 a3 SP




a2

SP

1 akármi visszatérési cím 1 visszatérési cím



a2

SP




a2

SP

1 akármi visszatérési cím 2 visszatérési cím 2 (argumentum)



a2 a3 SP



void f3(int a3) { printf(”%d”,a3); } void f2(int a2) { f3(a2); a2 = (a2+1); f3(a2); } void f1() { int a1 = 1; int b1; f2(a1); } Ekkor

a2 a3


SP

is függvényhívás történik, de most ignoráljuk.



a2 a3 SP




a2 a3 SP




a2

SP




a2

SP




SP

1 akármi visszatérési cím



SP

1 akármi

Függvényhívás • A függvényhívás során a verem adja a függvény „környezetét, állapotát” – Argumentumait – Hova kell a függvény után visszatérni

Adattípusok • Számok: – – – – –

bit: 0 vagy 1 nibble: 4 bit DB: byte = octet = 8 bit DW: word (szó) = 2 byte = 16 bit DD: double word = 4 byte = 32 bit

• Szöveg: – Karakterek, ASCII kód, 8 bit

Memória címzés • 8086-os címzés – Real mode – 20 bites lineáris memória címet kell generálni 16 bites címekből • Szegmens címet 4 bittel balra toljuk, majd egy offset címmel összeadjuk

+ =

0000 szegmens offszet lineáris cím

16 bit 16 bit 20 bit

Példa • Lineáris cím: 25553 – Szegmens:offszet = 2222:3333 – Szegmens:offszet = 2000:5553

Szegmentálás, Intel • 8086 (régi szegmentálás) – – – –

Max 1 MB memória 64 KB szegmensek 16 x 64 KB = 1MB Bármely cím elérhető, csak be kell tölteni a szegmens regiszterbe • CS : kód szegmens szelektor • DS : adat szegmens szelektor

Szegmentálás , Intel • 80386, védett módú címzés – 4 GB memória – A memória nem elérhető szabadon – A szegmens bármekkora lehet • 1 byte • 64 KB • 4 GB

Szegmenstáblák • GDT (Globális leíró tábla) – Csak egy van – Általános célú – Minden program használhatja

• IDT (Megszakítás leíró tábla) – Megszakítás kezelő rutinok címe

• LDT (Lokális leíró tábla) – Minden processzusnak lehet – Opcionális

Szegmenstáblák • Miután a memóriába helyeztük a leíró táblákat, a processzornak is meg kell mondani – 3 speciális regiszter: • GDTR, IDTR, LDTR • 32 bites regiszterek

• Szegmens regiszter (DS, CS) 16 bitesek

Szegmens címzés • Hogyan lehet egy 16 bites regiszterben 32 bites címet tárolni? – Sehogy – Vesszük a 16 bites címet – Eltoljuk jobbra 3 bittel (13 bites cím) • Ez 8192 különböző értéket jelent, ami pont megfelel a szegmenstáblák méretének

– A szegmens regiszter a szegmenstáblán belüli indexet adja meg

Szegmens címzés • Mire kell az alsó 3 bit? – 2 bit: a védelmi szint: 0-3 – 1 bit: GDT vagy LDT táblát használjuk-e?

Szegmens címzés DS:ESI

FFFF FFFF

… szegmens

DS:0 32

0

…

ESI

DS

…

15 0 0 0000 0000 0011 0 XX 48

GDT 0

GDTR

… 0000 0000

Szegmens címzés, LDT-vel DS:ESI

… szegmens

DS:0 32

…

0

ESI

DS

…

LDT

15 0 0 0000 0000 0001 1 XX

…

LDTR 48 GDTR

FFFF FFFF

GDT

0

… 0000 0000

Program és adatterület szervezése Eredeti SP SS:BP

Felhasznált verem

SS:SP Szabad verem SS

CS:IP

Program CS

DS:DI DS:SI

Adat DS

Megszakítás • Interrupt • A normál végrehajtási folyamat megszakítása • Egy folyamat felfüggesztése, a folyamathoz képesti külső esemény hatására, olyan módon hogy a folyamathoz vissza lehet térni • Hardware események váltják ki

Megszakítás kezelő Felhasználói mód

alkalmazás

megszakítás kezelő Kernel mód

Megszakítás • A 8086-os processzor egy 256 elemű megszakítás rendszerrel rendelkezik • A memória elején, a 0. címen található a táblázat • Minden interrupthoz egy 4 byte hosszú blokk tartozik • 1. szó: IP • 2. szó: CS

Megszakítás lépései • A külső egység a processzor egyik lábán jelzi, hogy megszakítást kér • A proc befejezi az utasítás végrehajtását • A kérő egység elküldi 8 biten a megszakítás számát – Valójában egy interrupt kezelő van a proc és az egységek között, – Ez sorolja be a megszakításokat, ha több is jön egyszerre

Megszakítás lépései • A megszakítás számának beolvasása után – Elmenti a státusz regisztert – Elmenti IP és CS regisztereket a veremre

• A sorszámnak megfelelő CS és IP értéket kiolvassa a táblázatból és betölti • Letiltja a megszakításokat – Az Interrupt bitet törli

• Végrehajtja a megszakítás rutinját

Megszakítás lépései • A megszakítás rutin egy IRET paranccsal tér vissza – Visszatölti a státusz, CS és IP regisztereket

Szoftver megszakítás • Programból is kiváltható a megszakítás az INT utasítással !!! • Software interrupt • A szubrutin hívás egy speciális formája – A memória bármely részére átadhatjuk a vezérlést – Nem címet adunk meg, hanem egy megszakítás számot

• Programok közötti kommunikációra is alkalmas – 60h - 7Fh : user interruptok

Assembly. Iványi Péter

Recommend Documents