Assembler. Для DOS, Windows и Unix

             Зубков С.В.



              Assembler


        для DOS, Windows и Unix

         Одиннадцатое издание

            Москва, 2017

                 Зубков С.В.
                 Assembler. Для DOS, Windows и Unix. - М.: ДМК Пресс, 2017. - 638 с., ил.




                ISBN 978-5-97060-535-6

                  В книге описываются все аспекты современного программирования на ассемблере для DOS, Windows и Unix (Solaris, Linux и FreeBSD), включая создание резидентных программ и драйверов, прямое программирование периферийных устройств, управление защищенным режимом и многое другое. Подробно рассмотрена архитектура процессоров Intel вплоть до Pentium II. Все главы иллюстрированы подробными примерами работоспособных программ.
                  Книга ориентирована как на профессионалов, так и на начинающих без опыта программирования.











                    Все права защищены. Любая часть этой книги не может быть воспроизведена в какой бы то ни было форме и какими бы то ни было средствами без письменного разрешения владельцев авторских прав.
                    Материал, изложенный в данной книге, многократно проверен. Но, поскольку вероятность наличия технических и просто человеческих ошибок все равно существу-ет, издательство не может гарантировать абсолютную точность и правильность при-водимых сведений. В связи с этим издательство не несет ответственности за возможные ошибки, связанные с использованием книги.



ISBN 978-5-97060-535-6

                                      © Зубков С. В.

    © Оформление, издание, ДМК Пресс, 2017

                               Содержание


  Введение............................................ 12

  1.  Предварительные сведения........................ 15
    1.1. Что потребуется для работы с ассемблером .... 15
    1.2. Представление данных в компьютерах........... 16
     1.2.1. Двоичная система счисления ............... 17
     1.2.2. Биты, байты и слова ...................... 17
     1.2.3. Шестнадцатеричная система счисления ...... 19
     1.2.4. Числа со знаком .......................... 19
     1.2.5. Логические операции ...................... 20
     1.2.6. Коды символов ............................ 21
     1.2.7. Организация памяти ....................... 21

  2.  Процессоры Intel в реальном режиме................ 23
    2.1. Регистры процессора ........................... 23
     2.1.1. Регистры общего назначения ............... 23
     2.1.2. Сегментные регистры ...................... 25
     2.1.3. Стек ..................................... 26
     2.1.4. Регистр флагов ........................... 27
    2.2. Способы адресации.............................. 28
     2.2.1. Регистровая адресация .................... 28
     2.2.2. Непосредственная адресация ............... 28
     2.2.3. Прямая адресация ......................... 29
     2.2.4. Косвенная адресация ...................... 29
     2.2.5. Адресация по базе со сдвигом.............. 30
     2.2.6. Косвенная адресация с масштабированием ... 30
     2.2.7. Адресация по базе c индексированием ...... 31
     2.2.8. Адресация по базе с индексированием и масштабированием .............................. 31
    2.3. Основные непривилегированные команды ........ 32
     2.3.1. Пересылка данных.......................... 32
     2.3.2. Двоичная арифметика ...................... 40

2.3.3. Десятичная арифметика ..................... 45
       2.3.4. Логические операции ....................... 48
       2.3.5. Сдвиговые операции ........................ 50
       2.3.6. Операции над битами и байтами ............. 53
       2.3.7. Команды передачи управления ............... 55
       2.3.8. Строковые операции ........................ 63
       2.3.9. Управление флагами ........................ 69
       2.3.10. Загрузка сегментных регистров ............ 72
       2.3.11. Другие команды ........................... 72
     2.4. Числа с плавающей запятой...................... 77
       2.4.1. Типы данных FPU ........................... 77
       2.4.2. Регистры FPU............................... 79
       2.4.3. Исключения FPU............................. 82
       2.4.4. Команды пересылки данных FPU .............. 83
       2.4.5. Базовая арифметика FPU .................... 85
       2.4.6. Команды сравнения FPU ..................... 90
       2.4.7. Трансцендентные операции FPU............... 92
       2.4.8. Константы FPU.............................. 95
       2.4.9. Команды управления FPU .................... 95
     2.5. Расширение IA MMX ............................. 100
       2.5.1. Регистры MMX ............................. 100
       2.5.2. Типы данных MMX........................... 101
       2.5.3. Команды пересылки данных MMX ............. 101
       2.5.4. Команды преобразования типов MMX ......... 102
       2.5.5. Арифметические операции MMX ............... 104
       2.5.6. Команды сравнения MMX...................... 106
       2.5.7. Логические операции MMX .................. 107
       2.5.8. Сдвиговые операции MMX..................... 108
       2.5.9. Команды управления состоянием MMX ........ 109
       2.5.10. Расширение AMD 3D ....................... 109

3.  Директивы и операторы ассемблера................ 112
     3.1. Структура программы .......................... 112
     3.2. Директивы распределения памяти ............... 114
       3.2.1. Псевдокоманды определения переменных ..... 114
       3.2.2. Структуры................................. 115

3.3. Организация программы ......................... 116
     3.3.1. Сегменты ................................... 116
     3.3.2. Модели памяти и упрощенные директивы определения сегментов .............. 119
     3.3.3. Порядок загрузки сегментов ................. 121
     3.3.4. Процедуры .................................. 122
     3.3.5. Конец программы............................. 123
     3.3.6. Директивы задания набора допустимых команд . 123
     3.3.7. Директивы управления программным счетчиком . 124
     3.3.8. Глобальные объявления ...................... 125
     3.3.9. Условное ассемблирование ................... 126
    3.4. Выражения ..................................... 128
    3.5. Макроопределения .............................. 130
     3.5.1. Блоки повторений ........................... 131
     3.5.2. Макрооператоры ............................. 133
     3.5.3. Другие директивы, используемые в макроопределениях .......................... 134
    3.6. Другие директивы .............................. 134
     3.6.1. Управление файлами ......................... 134
     3.6.2. Управление листингом ....................... 134
     3.6.3. Комментарии ................................ 135
  4.  Основы программирования для MS-DOS............. 136
    4.1. Программа типа COM ............................ 137
    4.2. Программа типа EXE............................. 139
    4.3. Вывод на экран в текстовом режиме ............. 141
     4.3.1. Средства DOS................................ 141
     4.3.2. Средства BIOS............................... 144
     4.3.3. Прямая работа с видеопамятью ............... 149
    4.4. Ввод с клавиатуры ............................. 151
     4.4.1. Средства DOS ............................... 151
     4.4.2. Средства BIOS............................... 159
    4.5. Графические видеорежимы ....................... 162
     4.5.1. Работа с VGA-режимами........................162
     4.5.2. Работа с SVGA-режимами.......................167

4.6. Работа с мышью .................................. 179
     4.7. Другие устройства ............................... 185
      4.7.1. Системный таймер ............................. 185
      4.7.2. Последовательный порт......................... 192
      4.7.3. Параллельный порт............................. 196
     4.8. Работа с файлами ................................ 198
      4.8.1. Создание и открытие файлов ................... 198
      4.8.2. Чтение и запись в файл ....................... 201
      4.8.3. Закрытие и удаление файла .................... 203
      4.8.4. Поиск файлов ................................. 204
      4.8.5. Управление файловой системой ................. 208
     4.9. Управление памятью .............................. 211
      4.9.1. Обычная память ............................... 211
      4.9.2. Область памяти UMB ........................... 212
      4.9.3. Область памяти HMA ........................... 213
      4.9.4. Интерфейс EMS ................................ 214
      4.9.5. Интерфейс XMS ................................ 215
     4.10. Загрузка и выполнение программ ................. 220
     4.11. Командные параметры и переменные среды ......... 227

   5.  Более сложные приемы программирования .............. 232
     5.1. Управляющие структуры ........................... 232
      5.1.1. Структуры IF.. THEN... ELSE....................232
      5.1.2. Структуры CASE................................ 233
      5.1.3. Конечные автоматы ............................ 234
      5.1.4. Циклы ........................................ 235
     5.2. Процедуры и функции ............................. 236
      5.2.1. Передача параметров .......................... 236
      5.2.2. Локальные переменные ......................... 242
     5.3. Вложенные процедуры ............................. 243
      5.3.1. Вложенные процедуры со статическими ссылками . 243
      5.3.2. Вложенные процедуры с дисплеями .............. 245

5.4. Целочисленная арифметика повышенной точности ............................. 246
     5.4.1. Сложение и вычитание ..................... 246
     5.4.2. Сравнение ................................ 247
     5.4.3. Умножение ................................ 248
     5.4.4. Деление .................................. 249
    5.5. Вычисления с фиксированной запятой........... 250
     5.5.1. Сложение и вычитание ..................... 250
     5.5.2. Умножение ................................ 251
     5.5.3. Деление .................................. 251
     5.5.4. Трансцендентные функции .................. 251
    5.6. Вычисления с плавающей запятой .............. 256
    5.7. Популярные алгоритмы ........................ 261
     5.7.1. Генераторы случайных чисел ............... 261
     5.7.2. Сортировки ............................... 265
    5.8. Перехват прерываний ......................... 269
     5.8.1. Обработчики прерываний.................... 270
     5.8.2. Прерывания от внешних устройств .......... 274
     5.8.3. Повторная входимость ..................... 278
    5.9. Резидентные программы ....................... 281
     5.9.1. Пассивная резидентная программа .......... 282
     5.9.2. Мультиплексорное прерывание............... 288
     5.9.3. Выгрузка резидентной программы из памяти . 304
     5.9.4. Полурезидентные программы ................ 321
     5.9.5. Взаимодействие между процессами .......... 326
5.10. Программирование на уровне портов ввода-вывода ............................... 335
     5.10.1. Клавиатура .............................. 335
     5.10.2. Последовательный порт ................... 339
     5.10.3. Параллельный порт ....................... 345
     5.10.4. Видеоадаптеры VGA ....................... 347
     5.10.5. Таймер .................................. 363
     5.10.6. Динамик.................................. 368
     5.10.7. Часы реального времени и CMOS-память......369

5.10.8. Звуковые платы .............................. 373
      5.10.9. Контроллер DMA .............................. 381
      5.10.10. Контроллер прерываний ...................... 389
      5.10.11. Джойстик ................................... 395
    5.11. Драйверы устройств в DOS ........................ 397
      5.11.1. Символьные устройства ....................... 400
      5.11.2. Блочные устройства .......................... 409

   6.  Программирование в защищенном режиме.................414
    6.1. Адресация в защищенном режиме..................... 414
    6.2. Интерфейс VCPI.................................... 418
    6.3. Интерфейс DPMI.................................... 420
      6.3.1. Переключение в защищенный режим .............. 421
      6.3.2. Функции DPMI управления дескрипторами ........ 422
      6.3.3. Передача управления между режимами в DPMI .... 424
      6.3.4. Обработчики прерываний ....................... 426
      6.3.5. Пример программы ............................. 428
    6.4. Расширители DOS .................................. 431
      6.4.1. Способы объединения программы с расширителем . 432
      6.4.2. Управление памятью в DPMI .................... 433
      6.4.3. Вывод на экран через линейный кадровый буфер . 435

7. Программирование для Windows 95 и Windows NT.................................... 442
    7.1. Первая программа ................................. 442
    7.2. Консольные приложения ............................ 446
    7.3. Графические приложения ........................... 451
      7.3.1. Окно типа MessageBox ......................... 451
      7.3.2. Окна ......................................... 452
      7.3.3. Меню.......................................... 457
      7.3.4. Диалоги....................................... 462
      7.3.5. Полноценное приложение........................ 467
    7.4. Динамические библиотеки .......................... 483
    7.5. Драйверы устройств ............................... 489

8.  Ассемблер и языки высокого уровня............ 492
    8.1. Передача параметров .......................... 492
     8.1.1. Конвенция Pascal........................... 492
     8.1.2. Конвенция C................................ 493
     8.1.3. Смешанные конвенции ....................... 495
    8.2. Искажение имен ............................... 495
    8.3. Встроенный ассемблер ......................... 496
     8.3.1. Встроенный ассемблер в Pascal.............. 496
     8.3.2. Встроенный ассемблер в C .................. 496

  9.  Оптимизация...................................... 498
    9.1. Высокоуровневая оптимизация .................. 498
    9.2. Оптимизация на среднем уровне ................ 498
     9.2.1. Оптимизация циклов ........................ 499
    9.3. Низкоуровневая оптимизация ................... 501
     9.3.1. Общие принципы низкоуровневой оптимизации . 501
     9.3.2. Особенности архитектуры процессоров Pentium и Pentium MMX ............................ 505
     9.3.3. Особенности архитектуры процессоров Pentium Pro и Pentium II.......................... 507

  10.  Процессоры Intel в защищенном режиме........ 511
    10.1. Регистры .................................... 511
     10.1.1. Системные флаги .......................... 511
     10.1.2. Регистры управления памятью .............. 513
     10.1.3. Регистры управления процессором .......... 513
     10.1.4. Отладочные регистры ...................... 515
     10.1.5. Машинно-специфичные регистры.............. 517
    10.2. Системные и привилегированные команды ....... 517
    10.3. Вход и выход из защищенного режима .......... 525
    10.4. Сегментная адресация......................... 527
     10.4.1. Модель памяти в защищенном режиме ........ 527
     10.4.2. Селектор ................................. 528

10.4.3. Дескрипторы ................................. 528
      10.4.4. Пример программы ............................ 530
      10.4.5. Нереальный режим ............................ 535
     10.5. Обработка прерываний и исключений .............. 537
     10.6. Страничная адресация ........................... 548
     10.7. Механизм защиты................................. 555
      10.7.1. Проверка лимитов ............................ 556
      10.7.2. Проверка типа сегмента ...................... 557
      10.7.3. Проверка привилегий ......................... 557
      10.7.4. Выполнение привилегированных команд ......... 558
      10.7.5. Защита на уровне страниц .................... 559
     10.8. Управление задачами ............................ 559
      10.8.1. Сегмент состояния задачи .................... 560
      10.8.2. Переключение задач........................... 561
     10.9. Режим виртуального 8086 ........................ 568
      10.9.1. Прерывания в V86 ............................ 568
      10.9.2. Ввод-вывод в V86 ............................ 569

11.  Программирование на ассемблере в среде UNIX...................................... 570
     11.1. Синтаксис AT&T...................................571
      11.1.1. Основные правила ............................ 571
      11.1.2. Запись команд ............................... 572
      11.1.3. Адресация ................................... 574
     11.2. Операторы ассемблера............................ 574
      11.2.1. Префиксные, или унарные операторы ........... 575
      11.2.2. Инфиксные, или бинарные операторы ........... 575
     11.3. Директивы ассемблера ........................... 575
      11.3.1. Директивы определения данных ................ 575
      11.3.2. Директивы управления символами .............. 576
      11.3.3. Директивы определения секций ................ 577
      11.3.4. Директивы управления разрядностью ........... 578
      11.3.5. Директивы управления программным указателем . 578
      11.3.6. Директивы управления листингом .............. 579

11.3.7. Директивы управления ассемблированием . 579
     11.3.8. Блоки повторения ...................... 579
     11.3.9. Макроопределения ...................... 580
   11.4. Программирование с использованием libc .... 581
   11.5. Программирование без использования libc ... 583

  12.Заключение..................................... 587

  Приложение 1. Таблицы символов.................... 588
   1. Символы ASCII..................................588
   2. Управляющие символы ASCII..................... 589
   3. Кодировки второй половины ASCII .............. 590
   4. Коды символов расширенного ASCII.............. 593

  Приложение 2. Команды Intel 80x86.............. 596
   1. Общая информация о кодах команд .............. 596
     1.1. Общий формат команды процессора Intel .... 596
     1.2. Значения полей кода команды .............. 596
     1.3. Значения поля ModRM ...................... 598
     1.4. Значения поля SIB ........................ 599
   2. Общая информация о скоростях выполнения ... 599
   3. Префиксы ..................................... 601
   4. Команды процессоров Intel 8088 - Pentium II....602

  Список используемых сокращений.................... 624

  Глоссарий......................................... 627

  Алфавитный указатель ............................. 630

Введение


    Первый вопрос, который задает себе человек, впервые услышавший об этом языке программирования,- а зачем он, собственно, нужен? Особенно теперь, когда все пишут на C/C++, Delphi или других языках высокого уровня? Ведь очень многое можно создать на C, но ни один язык, даже такой популярный, не может претендовать на то, чтобы на нем можно было написать действительно «все».
    Итак, на ассемблере пишут:
     • все, что требует максимальной скорости выполнения: основные компоненты компьютерных игр, ядра операционных систем реального времени и просто критические участки программ;
     • все, что взаимодействует с внешними устройствами: драйверы, программы, работающие напрямую с портами, звуковыми и видеоплатами;
     • все, что использует полностью возможности процессора: ядра многозадачных операционных систем, DPMI-серверы и вообще любые программы, переводящие процессор в защищенный режим;
     • все, что полностью использует возможности операционной системы: вирусы и антивирусы, защиты от несанкционированного доступа, программы, обходящие эти защиты, и программы, защищающиеся от этих программ;
     • и многое другое. Стоит познакомиться с ассемблером поближе, как оказывается, что многое из того, что обычно пишут на языках высокого уровня, лучше, проще и быстрее написать на ассемблере.
      Как же так? - спросите вы, прочитав последний пункт. - Ведь всем известно, что ассемблер - неудобный язык, и писать на нем долго и сложно! Давайте перечислим мотивы, которые обычно выдвигаются в доказательство того, что ассемблер не нужен.
      Говорят, что ассемблер трудно выучить. Любой язык программирования трудно выучить. Легко выучить C или Delphi после Паскаля, потому что они похожи. А попробуйте освоить Lisp, Forth или Prolog, и окажется, что ассемблер в действительности даже проще, чем любой совершенно незнакомый язык программирования.
      Говорят, что программы на ассемблере трудно понять. Разумеется, на ассемблере легко написать неудобочитаемую программу... точно так же, как и на любом другом языке! Если вы знаете язык и если автор программы не старался ее запутать, то понять программу будет не сложнее, чем если бы она была написана на Бейсике.

Введение

13

     Говорят, что программы на ассемблере трудно отлаживать. Программы на ассемблере легко отлаживать - опять же при условии, что вы знаете язык. Более того, знание ассемблера часто помогает отлаживать программы на других языках, потому что оно дает представление о том, как на самом деле функционирует компьютер и что происходит при выполнении команд языка высокого уровня.
     Говорят, что современные компьютеры такие быстрые, что ассемблер больше не нужен. Каким бы быстрым ни был компьютер, пользователю всегда хочется большей скорости, иначе не наблюдалось бы постоянного спроса на еще более быстрые компьютеры. И самой быстрой программой на данном оборудовании всегда будет программа, написанная на ассемблере.
     Говорят, что писать на ассемблере сложно. В этом есть доля правды. Очень часто авторы программ на ассемблере «изобретают велосипеды», программируя заново элементарные процедуры типа форматированного вывода на экран или генератора случайных чисел, в то время как программисты на C просто вызывают стандартные функции. Библиотеки таких функций существуют и для ассемблера, но они не стандартизованы и не распространяются вместе с компиляторами.
     Говорят, что программы на ассемблере не переносятся. Действительно, в этом заключается самая сильная и самая слабая сторона ассемблера. С одной стороны, благодаря этой особенности программы на ассемблере используют возможности компьютера с наибольшей полнотой; с другой стороны, эти же программы не будут работать на другом компьютере. Стоит заметить, что и другие языки часто не гарантируют переносимости - та же программа на C, написанная, например, под Windows 95, не скомпилируется ни на Macintosh, ни на SGI.
     Далеко не все, что говорят об ассемблере, является правдой, и далеко не все, кто говорят об ассемблере, на самом деле знают его. Но даже ярые противники согласятся с тем, что программы на ассемблере - самые быстрые, самые маленькие и могут то, что не под силу программам, созданным на любом другом языке программирования.
     Эта книга рассчитана на читателей с разным уровнем подготовки - от начинающих, которые хотят познакомиться с ассемблером серьезно или желают лишь написать пару программ, выполняющих необычные трюки с компьютером, до профессиональных программистов, которые тоже могут найти здесь интересные разделы. Почти все, что надо знать об ассемблере, где-нибудь да объяснено, а также объяснено многое из того, что не заботит большинство программистов. С одной стороны, чтобы написать

Введение

   простую программу, не нужно знать язык и устройство процессора в совершенстве, но, с другой стороны, по-настоящему серьезная работа потребует и серьезной подготовки. Уровень сложности в этой книге возрастает от начала к концу, но в первой ее половине отдельные абзацы будут помечены специальным знаком ($^), который означает, что данный абзац лучше пропустить при чтении, если вы знакомитесь с ассемблером впервые. Впрочем, если у вас есть время и желание выучить ассемблер с нуля,- читайте все по порядку. Если же вам хочется немедленно приступить к написанию программ, начните сразу с главы 4.1, но будьте готовы к тому, что иногда придется возвращаться к предыдущим главам за более подробным описанием тех или иных команд. И наконец, если вам уже доводилось программировать на ассемблере,-выбирайте то, что интересно.

1.         Предварительные сведения



    1.1. Что потребуется для работы с ассемблером

   Прежде всего вам потребуется ассемблер. Здесь самое время сказать, что на самом деле язык программирования, которым мы собираемся заниматься, называется «язык ассемблера» (assembly language). Ассемблер -это программа, которая переводит текст с языка, понятного человеку, в язык, понятный процессору, то есть говорят, что она переводит язык ассемблера в машинный код. Однако сначала в повседневной речи, а затем и в литературе слово «ассемблер» стало также и названием самого языка программирования. Понятно, что, когда говорят «программа на ассемблере», имеют в виду язык, а когда говорят «макроассемблер версии 6.13», имеют в виду программу. Вместе с ассемблером обязательно должна быть еще одна программа - компоновщик (linker), которая и создает исполнимые файлы из одного или нескольких объектных модулей, полученных после запуска ассемблера. Помимо этого для разных целей могут потребоваться дополнительные вспомогательные программы -компиляторы ресурсов, расширители DOS и тому подобное (см. табл. 1).
     Трудно говорить о том, продукция какой из этих трех компаний однозначно лучше. С точки зрения удобства компиляции TASM лучше подходит для создания 16-битных программ для DOS, WASM - для 32битных программ для DOS, MASM - для Windows. С точки зрения удобства программирования развитость языковых средств растет в ряду WASM - MASM - TASM. Все примеры программ в этой книге построены так, что можно использовать любой из этих компиляторов.
     Разумеется, существуют и другие компиляторы, например бесплатно распространяемый в сети Internet NASM или условно бесплатный A86, но пользоваться ими проще, если вы уже знаете турбо- или макроассемблер. Бесплатно распространяемый GNU ассемблер, gas, вообще использует совершенно непохожий синтаксис, который будет рассмотрен в главе 11, рассказывающей о программировании для UNIX.
     Во всех программах встречаются ошибки. Если вы собираетесь не только попробовать примеры из книги, но и написать что-то свое, то вам рано или поздно обязательно потребуется отладчик. Кроме поиска ошибок отладчики иногда применяют и для того, чтобы исследовать работу существующих программ. Безусловно, самый мощный отладчик на сегодняшний день - SoftICE от NuMega Software. Это фактически единственный

Предварительные сведения

Таблица 1. Ассемблеры и сопутствующие программы

             M icrosof t      BT rland       Watcom     
DOS,    masm 1Л1 ml,          tasm      wasm            
16 +lr  link (16 +lr)         tlink     wlink           
        masm 1Л1 ml,          tasm      wasm            
DOS,    link (32 +lr=) l dosx tlink     wlink           
32 +lr= link (16 +lr) l dos32 wdosx     dos4gw , pmodew,
                              1Л1 dos32 zrdx 1Л1 wdosx  
Windows masm386 1Л1 ml        tasm      wasm            
EXE     link (32 +lr=)        tlink32   wlink           
        rc                    brcc32    wrc             
Windows masm386 1Л1 ml        tasm      wasm            
DLL     link (32 +lr=)        tlink32   wlink           
                              implib    wlib            

    отладчик для Windows 95/NT, позволяющий исследовать все - от ядра Windows до программ на C ++, поддерживающий одновременно 16-и 32-битный код и многое другое. Другие популярные отладчики, распространяемые вместе с соответствующими ассемблерами,- Codeview (MS), Turbo Debugger (Borland) и Watcom Debugger (Watcom).
      Еще одна особенность ассемблера, отличающая его от всех остальных языков программирования,- возможность дизассемблирования. То есть, имея исполнимый файл, с помощью специальной программы (дизассемблера) почти всегда можно получить исходный текст на ассемблере. Например, можно дизассемблировать BIOS вашего компьютера и узнать, как выполняется переключение видеорежимов, или драйвер для DOS, чтобы написать такой же для Windows. Дизассемблер не необходим, но иногда оказывается удобно иметь его под рукой. Лучшие дизассемблеры на сегодняшний день - Sourcer от V Communications и IDA.
      И наконец, последняя необязательная, но крайне полезная утилита -шестнадцатеричный редактор. Многие такие редакторы (hiew, proview, lview, hexit) тоже имеют встроенный дизассемблер, так что можно, например, открыв в таком редакторе свою программу, посмотреть, как скомпилировался тот или иной участок программы, поправить какую-нибудь команду ассемблера или изменить значения констант и тут же, без перекомпиляции, запустить программу, чтобы посмотреть на результат изменений.

    1.2. Представление данных в компьютерах

    Для того чтобы освоить программирование на ассемблере, неизбежно приходится знакомиться с двоичными и шестнадцатеричными числами.

Представление данных в компьютерах

17

Таблица 2. Перевод числа из десятичной системы в двоичную

 Остаток:     Раз!Яд: 
150/2 = 75 0     1    
75/2 = 37  1     0    
37/2 = 18  1     0    
18/2 = 9   0     1    
9/2 = 4    1     0    
4/2 = 2    0     1    
 2/2 = 1   0     1    
1/2 = 0    1     0    
Pезsльт=г:   10010110b

   В некоторых случаях в тексте программы можно обойтись и обычными десятичными числами, но без понимания того, как на самом деле хранятся данные в памяти компьютера, очень трудно использовать логические и битовые операции, упакованные форматы данных и многое другое.

   1.2.1. Двоичная система счисления
   Практически все существующие сейчас компьютерные системы, включая Intel, используют для всех вычислений двоичную систему счисления. В их электрических цепях напряжение может принимать два значения, и эти значения назвали нулем и единицей. Двоичная система счисления как раз и использует только эти две цифры, а вместо степеней десяти, как в обычной десятичной системе, здесь используют степени двойки. Чтобы перевести двоичное число в десятичное, надо сложить двойки в степенях, соответствующих позициям, где в двоичном стоят единицы. Например:

          10010110b=1*2⁷+0*2⁶+0*2⁵+1*2⁴+0*2³+1*2²+1*2¹+0*2⁰=128+16+4+2=150
      Чтобы перевести десятичное число в двоичное, можно, например, просто делить его на 2, записывая 0 каждый раз, когда число делится на два, и 1, когда не делится (табл. 2).
      Чтобы отличать двоичные числа от десятичных, в ассемблерных программах в конце каждого двоичного числа ставят букву «b».

   1.2.2. Биты, байты и слова
   Минимальная единица информации называется битом. Бит может принимать только два значения - обычно 0 и 1. На самом деле эти значения совершенно необязательны - один бит может принимать значения «да» и «нет», показывать присутствие и отсутствие жесткого диска, является

Предварительные сведения

7 6 5 4 3 2 1 0

Рис. 1. Байт


    ли персонаж игры магом или воином - важно лишь то, что бит имеет только два значения. Но далеко не все величины принимают только два значения, а значит, для их описания нельзя обойтись одним битом.
      Единица информации размером восемь бит называется байтом. Байт - это минимальный объем данных, который реально может использовать компьютерная программа. Даже чтобы изменить значение одного бита в памяти, надо сначала считать байт, содержащий его. Биты в байте нумеруют справа налево, от нуля до семи, нулевой бит часто называют младшим битом, а седьмой - старшим.
      Так как всего в байте восемь бит, байт может принимать до 2⁸ = 256 разных значений. Байт используют для представления целых чисел от 0 до 255 (тип unsigned char в C), целых чисел со знаком от -128 до +127 (тип signed char в C), набора символов ASCII (тип char в C) или переменных, принимающих менее 256 значений, например для представления десятичных чисел от 0 до 99. Следующий по размеру базовый тип данных - слово. Размер одного слова в процессорах Intel - два байта.
      Биты с 0 по 7 составляют младший байт слова, а биты с 8 по 15 -старший. В слове содержится 16 бит, а значит, оно может принимать до 2¹⁶ = 65 536 разных значений. Слова используют для представления целых чисел без знака со значениями 0 - 65 535 (тип unsigned short в C), целых чисел со знаком со значениями от -32 768 до +32 767 (тип short int в C), адресов сегментов и смещений при 16-битной адресации. Два слова подряд образуют двойное слово, состоящее из 32 бит, а два двойных слова составляют одно учетверенное слово (64 бита). Байты, слова и двойные слова - основные типы данных, с которыми мы будем работать.


     ЕЩеОд Еще одно важное замечание: в компьютерах, использующих процессоры Intel, всед все данные хранятся так, что младший байт находится по младшему адресу, так что слова записываются задом наперед, то есть сначала (по младшему адресу) записывают последний (младший) байт, а потом (по старшему адресу) записывают первый (старший) байт. Если из программы всегда обращаться к слову как к слову, а к двойному слову как к двойному слову, это не оказывает никакого влияния. Но если вы хотите прочитать первый (старший) байт из слова в памяти, придется увеличить адрес на 1. Двойные и учетверенные слова записываются так же - от младшего байта к старшему.

Представление данных в компьютерах

19

Рис. 2. Слово

   1.2.3. Шестнадцатеричная система счисления
   Главное неудобство двоичной системы счисления - это размеры чисел, с которыми приходится обращаться. На практике с двоичными числами работают, только если необходимо следить за значениями отдельных бит, а когда размеры переменных превышают хотя бы четыре бита, используется шестнадцатеричная система. Эта система хороша тем, что она гораздо более компактна, компактнее десятичной, и тем, что перевод в двоичную систему и обратно происходит очень легко. В шестнадцатеричной системе используется 16 «цифр»: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, A, B, C, D, E, F, и номер позиции цифры в числе соответствует степени, в которую надо возвести число 16, так что:

         96h = 9 * 16 + 6 = 150
     Перевод в двоичную систему и обратно осуществляется крайне просто - вместо каждой шестнадцатеричной цифры подставляют соответствующее четырехзначное двоичное число:

         9h = 1001b, 6h = 0110b, 96h = 10010110b
     В ассемблерных программах при записи чисел, начинающихся с A, B, C, D, E, F, в начале приписывается цифра 0, чтобы нельзя было спутать такое число с названием переменной или другим идентификатором. После шестнадцатеричных чисел ставится буква «h» (см. табл. 3).

   1.2.4. Числа со знаком
   Легко использовать байты, слова или двойные слова для представления целых положительных чисел - от 0 до 255, 65 535 или 4 294 967 295 соответственно. Чтобы использовать те же самые байты или слова для представления отрицательных чисел, существует специальная операция, известная как дополнение до двух. Для изменения знака числа выполняют инверсию, то есть заменяют в двоичном представлении числа все единицы нулями и нули единицами, а затем прибавляют 1.
     Например, пусть используются переменные типа слова:

         150 = 0096h = 0000 0000 1001 0110b инверсия дает: 1111 1111 0110 1001b +1 = 1111 1111 0110 1010b = 0FF6Ah