Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия (СибАДИ)»

Л. Е. Олейник

ЯЗЫКИ

ПРОГРАММИРОВАНИЯ

Учебное пособие

Часть 3

СДВИГОВЫЕ ОПЕРАЦИИ. ДАННЫЕ СО ЗНАКОМ И БЕЗ ЗНАКА. ВВОД-ВЫВОД НА ДИСК

Омск

СибАДИ

2012

© ФГБОУ ВПО «СибАДИ», 2012

3

4

ВВЕДЕНИЕ

Учебное пособие включает описания лабораторных работ, выполняемых на языке низкого уровня (язык ассемблера для микропроцессоров 8086 и 80386) под управлением операционных систем MS-DOS, Windows 95 (или выше: Windows 98 или Windows 2000) и Linux.

Состоит из 15-ти частей, каждая из которых содержит:

-демонстрационные примеры, используемые преподавателем при проведении работы в компьютерном классе (могут также использоваться при самостоятельном изучении);

-сведения, необходимые для выполнения работы;

-задание на программирование (общая часть);

-формулы вычислений или тексты индивидуальных заданий;

-требования к программному средству, в т.ч. указания, для каких процессора и операционной системы (ОС) оно разрабатывается, какие директивы и команды применяются, для какого режима работы процессора (реального или защищенного), какого типа (EXEили COM-) они должны быть, сколько модулей и сегментов должны содержать и т.п.;

-описание наиболее часто встречающихся при выполнении работы ошибок программирования;

-детальные ссылки на литературу для более подробного изучения;

-примеры (тексты) программ, разработанные в соответствии с требованиями и содержащие поясняющие комментарии.

Программное обеспечение, используемое при выполнении работы в классе и индивидуального задания, приведено в прил.4

7

1.ЗАДАНИЕ НА ПРОГРАММИРОВАНИЕ (ОБЩАЯ ЧАСТЬ)

1.1.Составить СОМ-программу для МП Intel 8086 для вычисления по формулам, содержащим арифметические операции сложения, вычитания, умножения и деления и логические операции И, ИЛИ, ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, НЕ. Формулы вычислений – те, что реализовывались в работах № 1 и 2 (см. уч.пос., ч.1 и 2), и дополнительно – четыре типа операций сдвига.

1.2. Требования к программному средству, в т.ч. указания – для каких процессора и операционной системы оно разрабатывается, какие директивы и команды применяются и т.п., приведены в табл. 1.2.

Таблица 1.2

Полный текст задания

Ассемблер для микропроцессора Intel 8086

Операционная система MS-DOS [1, с.127 128]

Режим работы процессора реальный [1, с.20 60]

Тип программы COM [2, с.39 40; 3, с.123]

Назначение программы вычисление по формуле (арифметические и логические операции и операции сдвига); преобразование ЕХЕ-программы в COM-программу

Модель памяти сверхмалая [1, с.112; 4, с. 45 46], т.е. один сегмент кода,

что соответствует директиве определения модели памяти .tiny [1, с.112]

Модуль lab3_ol.asm (один сегмент кода, содержит и данные – вверху или внизу). Файл lab3_ol.asm получается из файлов lab2_1ol.asm (один сегмент стека, один сегмент данных и один сегмента кода) и lab2_1ol.asm (один сегмент кода) за счет слияния двух сегментов кода и одного сегмента данных в сегмент кода

8

Продолжение табл.1.2

Директивы:

определения сегментов стандартные (полные): segment, ends и assume [1, с.110 112, 4, с..43, 47 51];

-- позже: упрощенные директивы определения сегментов;

определения процедур: proc и endp [2, с.43; 1, с.115];

завершения программы end [1, с.115];

определение данных: байта (db), слова (dw), двойного слова (dd);

определение данных: байта (db), слова (dw), двойного слова (dd), четверного слова (dq) и десяти байтов (dt) [2, с.23 24];

префиксы переопределения типов byte ptr, word ptr, dword ptr [1, с.121]

+и, кроме того, следующие:

директива переопределения equ [1, с.116]

директива org [1, с.116]

директива include [1, с.125]

Команды непривилегированные:

(те же, что и во второй лабораторной работе)

передачи данных: mov, lea [2, с.15 17];

--позже: команды lahf, lds, les, sahf, xchg, xlat

арифметические (двоичная арифметика): add, adc, sub, sbb, inc, dec, mul, imul, div, idiv, cbw, cwd [1, с.225; 4, с.63 67];

сравнения cmp [1, с.37; 2, с.19];

безусловного (jmp) и условного (jz, jnz, js, jns) перехода [2, с.27 28];

--позже и самостоятельно: jp, jnp, ja, jna, jg, jge, jl, jle, jcxz, [2, с.27 28]; организации цикла loop [1, с.47 51, 2, с.28; 4, с.74];

--позже и самостоятельно: loopz, loopnz, loope, loopne [2, с.28];

передачи управления (вызова процедур и возврата из процедур) call, ret, int [2, с.27-31];

--позже : iret выход из обработчика прерываний [2, с.29, 1, с.120 121];

--позже: операторы short (8), small (16), large (32) - в лаб. №7 [1, с.120 121];

работы со стеком: push, pop [2, с.27 31]

-- позже и самостоятельно: pushf, popf [2, с.26];

логические: and, or, xor, not, test [2, с.23 24].

+и, кроме того, следующие:

cдвига: логический влево (shl), вправо (shr); арифметический влево (sal), вправо (sar); циклический влево (rol), вправо (ror); циклический через флаг переноса (rcl), вправо (rcr) [2, с.24 - 25];

команды манипуляции флагами (установка и сброс флага): stc, clc

команды условного перехода jc и jnc

команда изменения знака (neg), [2, с.20]

9

Продолжение табл.1.2

Адресация

регистр регистр:

mov ax,bx ; занести (скопировать) в ax содержимое bx [4, с.34]

--позже: mov ax,[bx] ; занести в регистр ax содержимое памяти по адресу из регистра bx [4, с.34-40] – в уч. пос., ч.6

mov ax,[25] ; занести (скопировать) в регистр ax содержимое ячейки по смещению 25

mov al,bl ; занести (скопировать) в регистр al содержимое bl mov bx,cx ; занести (скопировать) в регистр bx содержимое cx

регистр память:

mov ax,worda ; занести в регистр ax значение переменной (слова) worda

mov al,bytea; занести в регистр al значение переменной (байта) bytea

mov dx,worda ; занести в регистр dx значение переменной (слова)

worda

память регистр:

mov worda,ax ; занести в ячейку worda содержимое регистра ax (слово)

mov bytea,al ; занести в ячейку bytea содержимое регистра al (байт)

mov worda,cx ; занести в ячейку worda содержимое регистра cx (слово)

регистр непосредственный операнд:

mov ax,25 ; занести в регистр ax значение 25

mov bx,2 ; занести в регистр bx значение 2

mov al,25 ; занести в регистр al значение 25

память непосредственный операнд:

Использование процедур операционной системы:

(те же, что и во второй лабораторной работе)

ввод с клавиатуры [2, с.57 62]

вывод на экран [2, с.63 67]

ввод-вывод на диск (FCB, последовательная запись и чтение; длина записи = 128 байтов при открытии и создании файла;

-- позже: ввод/вывод на диск через дескрипторы [2, с. 48-52];

Дополнительная информация (рассматривается на практических занятиях):

(те же, что и во второй лабораторной работе)

-процессоры Intel в реальном режиме [1, с.20 60];

-последовательность выполнения команд [2, с.12 13];

-структура процессора 8086 [2, с.9, рис. 1.1.2];

-сегментная адресация [2, с.9, рис.1.1.3];

-представление данных в компьютерах [1, с.14 19];

-логика и организация программ:

10

Продолжение табл.1.2

а) условные и безусловные переходы [3];

б) вызов процедур [3]

в) циклы [1, с.215];

-использование стека;

-дисковая память:

а) организация [3, с.45 51];

б) функции базовой версии DOS [3];

-переопределение данных: префикс ptr [1];

+и, кроме того:

-преобразование ЕХЕ - программы в COM - программу [3]

-операции сдвига [2]

-циклы и переходы [1, с. 47-51]

-операции сравнения и тестирования

-данные со знаком и без знака [1]

-включаемые файлы – директива include

-компоновка com-программы (tlink /tdc lab3_fio.obj)

Примеры программ: l_3bnn.asm (СОМ-программа, но уже с макросами, которых в 3-й лабораторной не должно быть) в папке l#03

Используемое ПО: tasm.exe, tlink.exe, td.exe

Формируемые файлы: lab3_fio.obj, lab3_fio.lst,lab3_fio.com

Литература: 1. Зубков С.В. Assembler для DOS, Windows и UNIX. – 3-е изд.,

стереотип. – М.: ДМК Пресс; СПб.: Питер, 2005. – 608 с.

2.Бурдаев О.В., Иванов М.А., Тетерин И.И. Ассемблер в задачах защиты информации / под ред. И.Ю.Жукова. – М.: КУДИЦ-ОБРАЗ, 2002. – 320с.

3.Абель Питер. Язык ассемблера для IBM PC и программирования / пер. с англ. – М.: Высшая школа. – 1992. – 447 с.

4.Олейник Л.Е. Язык ассемблера для микропроцессора 8086: курс лекций. – Омск: Сибирская региональная школа бизнеса, 2000

5.Дао Л. Программирование микропроцессора 8088. – М.: Мир, 1988. – 356 с.

6.Абель Питер. Ассемблер. Язык и программирование для IBM PC: пер. с англ., - изд. 5-е, стереот. – Киев: Век; М.: Энтроп; Киев: НТИ, 2003. – 736 с.

Задание (З_ЛР_3): Составить СОМ-программу для МП Intel 8086 для вычисления по трем формулам:

1)содержащей арифметические операции сложения, вычитания, умножения и деления (формулу взять у преподавателя, а при самостоятельном изучении в

уч.пос., ч.1), если X1=1;

2)содержащей логические операции (формулу 2 взять у преподавателя, а при

самостоятельном изучении из уч.пос., ч.2), если X1=2 или 2,3,4 и т.д.;

3) содержащей сдвиг логический, арифметический, циклический и циклический с переносом (формулу взять у преподавателя, а при самостоятельном изучении в прил.3), если X1= N

Использовать в качестве аргументов b1, b2,...,w1, w2,...,d1, d2,... байты, слова и двойные слова.

11

Продолжение табл.1.2

Все данные (b1, b2, b3,...,w1, w2, w3,...d1, d2, d3,....) вводятся c клавиатуры. Результат выводится на экран (после очистки в свободную строку)

Данные для соответствующей формулы вводятся после запроса (в диалоге должна быть прокрутка снизу вверх). Применяется перевод из ASCIIформата в двоичный код (для данных, введенных с клавиатуры) и перевод из двоичного кода в ASCII-формат (для данных, выдаваемых на экран, на НМД и на принтер)

В данной программе могут быть использованы в качестве процедур программы, реализующие задания для лабораторных работ № 1 и 2 (lab1 и lab2)

Х1 вводится с клавиатуры по запросу

Результат вывести на экран по формату:

"Вычисление по формуле (приводится соответствующая cтрока формулы) Y=

Кроме того, полученный pезультат заносится в файл на диске (после оставшейся в нем инфоpмациии о предыдущих вычислениях по формулам лабораторных работ № 1, или № 2, или № 3 по фоpмату:

"Вычисление по формуле (приводится соответствующая cтрока формулы) или «сдвиг <название, направление и на какое количество битов>», Y=____ для b1=__;b2=__;b3=__; b4=__;w1=___и т.д."

Лабораторная считается сданной, если:

-в комментариях к вычислениям указана максимальная длина промежуточных результатов;

-при ассемблировании и компоновке не обнаружено ошибок;

-результат совпадает с результатом ручного просчета (получены правильные результаты при произвольно заданных исходных данных);

-текст программы прокомментирован (комментарии поясняют последовательность вычисления по формуле; назначение используемых процедур; способ передачи параметров и получение результатов)

Типичные ошибки:

(те же, что и во второй лабораторной работе)

-программист забывает о возврате в DOS [4, с. 99];

-программист забывает о стеке [4, с.103];

-вызывает процедуру, которая портит содержимое нужных регистров [4, с.104];

-неправильный порядок операндов [4, с.103];

-потеря содержимого регистра при умножении [4, с.115];

-изменение отдельными инструкциями флага переноса [4, с.116];

-программист долго не использует состояние флагов [4, с.116];

-открытая процедура или открытый сегмент [5, с.120 121];

-неопределенные символические имена [5, с.121 122];

-повторное определение символического имени [5, с.122 123];

12

Окончание табл.1.2

-ошибки выполнения программы как результат ошибок программирования [5,

с.123 124];

-ошибки при использовании регистров [5, с.124 125]:

а) 8- и 16-разрядный регистры для записи двух операндов одной команды;

б) 8-разрядный регистр указывается для работы со стеком;

в) сегментные регистры прямо используются в арифметических вычислениях, логическихоперациях или для непосредственной передачи данных;

г) сегментные регистры могут использоваться либо как источники операндов, либо как приемники операндов, но никак не одновременно

-выход из диапазона адресов, т.е. относительный адрес символического имени, используемого в качестве операнда адреса перехода, выходит за диапазон +127 байтов –128 байтов от конца команды условного перехода [5,

с.125];

-использование непосредственных данных в качестве операнда-приемника [5,

с.125 126];

-программист забывает об инструкции ret [4, с.100];

-генерация неверного типа возврата [4, с.101];

-ошибки при использовании условных переходов [4, с.106];

-не путайте операнды в памяти и непосредственные операнды [4, с..117];

-границы сегментов [4, с.118]

+и, кроме того:

-программист забывает о стеке (на стек остается слишком мало места в кодовом сегменте СОМ-программы);

Задание повышенной сложности (ЗПС_ЛР_3): Составить СОМ-программу для МП Intel 8086 для вычисления по трем формулам:

1)содержащей арифметические операции сложения, вычитания, умножения и деления (формулу взять у преподавателя, а при самостоятельном изучении в

уч.пос., ч.1), если X1=1;

2)содержащей логические операции (формулу 2 взять у преподавателя, а при самостоятельном изучении - из уч.пос., ч.2), если X1=2 или 2,3,4 и т.д.;

3)содержащей сдвиг логический, арифметический, циклический и циклический с переносом (формулу взять у преподавателя, а при

самостоятельном изучении в прил.3), если X1= N;

Результат выводится на экран (после очистки строк) со знаком.

13

2.РАЗЛИЧИЯ МЕЖДУ ПРОГРАММАМИ

ВEXE- И COM-ФАЙЛАХ

2.1.Сравнение EXE-программ и COMпрограмм

Cуществуют определенные различия между программой, выполняемой как EXE-файл, и программой, выполняемой как COMфайл.

Когда программа создается для выполнения как COM-файл, то компоновщиком будет выдано сообщение:

Warning: No STACK Segment

(Предупреждение: Сегмент стека не определен)

Это сообщение можно игнорировать, так как определение стека в программе не предполагалось.

Пример COM-программы приведен ниже [6, с. 124]. codesg segment para 'Code'

Эта COM-программа выполнит те же действия, что и приведенная ниже EXE-программа (измененные и удаленные из этой программы строки выделены прописными буквами и заливкой)

STACKSG SEGMENT PARA SТACK 'Stack'

DB 32 DUP(?)

STACKSG ENDS ;-------------------------------------------------

DATASG SEGMENT PARA 'Data'

15

Обратите внимание на следующие изменения в COM-программе (по сравнению с EXE-программой):

-сегмент стека и сегмент данных отсутствуют;

-директива assume указывает ассемблеру установить относительные адреса с начала сегмента кодов. Регистр cs также содержит этот адрес, являющийся к тому же адресом префикса программного сегмента (PSP). Директива org служит для резервирования 100h байтов от начального адреса под PSP;

-директива org 100h устанавливает относительный адрес для начала выполнения программы. Программный загрузчик использует этот адрес для командного указателя;

-команда jmp используется для обхода данных, определенных в программе.

Если элементы данных определяют после команд, то первая команда jmp не требуется. Кодирование элементов данных перед командами позволяет ускорить процесс ассемблирования и является методикой, рекомендуемой в руководстве по ассемблеру.

16

2.2. Стек для COM-программы

Для COM-файла DOS автоматически определяет стек и устанавливает oдинаковый общий сегментный адрес во всех четырех сегментных pегистрах. Если для программы размер сегмента в 64К является достаточным, то DOS устанавливает в регистре SP адрес конца cегмента – шестнадцатеричное fffe (FFFEh). Это будет верх стека. В обоих случаях DOS записывает затем в стек нулевое слово.

Возможность использования стека зависит от размера программы и ограниченности памяти. С помощью команды dir можно определить pазмер файла и вычислить необходимое пространство для стека.

2.3. Программы в виде COMфайлов

Пример 1

;Умножение двойных слов

;Умножение двойного слова на слово:

; -----------------------------------------------

e10xmul endp

;Умножение двух двойных слов:

;--------------------------------------------

;Очистка области результата:

;----------------------------------------

z10zero proc

mov product,0000 mov product+2,0000 mov product+4,0000 mov product+6,0000 ret

z10zero endp codesg ends

18

end begin

-----------------------------------------------------------

После ассемблирования получится программа:

;Организация цикла с помощью jmp

-----------------------------------------------------------

Пример 3

; Организация цикла командой loop codesg segment para 'Code'

assume cs:codesg,ds:codesg,ss:codesg,es:codesg org 100h

19

Контрольные вопросы

1.Каков максимальный размер СОМ-программы?

2.Какие сегменты можно определить в программе, которая будет преобразована в COM-файл?

3.Как преобразовать исходный текст EXE-программы в СОМпрограмму?

4.Два варианта размещения данных в СОМ-программе.

5.Отличие директивы assume СОМ-программы от директивы assume EXE-программы.

6.Как формируется стек для СОМ-программ?

20