assembler_na_primeraxbazovyy_kurs_rudolf_marek

Глава 7. Полезные фрагменты кода

Правда, программа выведет немного не то, что мы ожидали: наше число равно 12345678, но на экране мы увидим 87654321, — это потому что при делении мы получаем сначала младшие цифры, а потом старшие. Как теперь перевернуть полученную последовательность символов? При программировании на языке ассемблера нам доступен стек, куда можно сохранять наши остатки, а затем, вытолкнув их из стека, получить правильную последовательность.

Мы оформим функцию преобразования числа в строку в виде подпрограммы, которую вы можете использовать в любой своей программе на языке ассем­ блера. Первая проблема, которую предстоит решить — передача параметров. Мы знаем, что в высокоуровневых языках программирования параметры передаются через стек. Однако мы будем использовать более быстрый способ передачи параметров — через регистры процессора.

В регистр ЕАХ мы занесем число, а после выполнения подпрограммы регистр EDI будет содержать адрес памяти (или указатель), по которому сохранен первый байт нашей строки. Сама строка будет заканчиваться нулевым байтом (как в С).

Наша подпрограмма convert состоит из двух циклов. Первый цикл соот­ ветствует циклу while из предыдущего листинга — внутри него мы будем помещать остатки в стек, попутно преобразуя их в символы цифр, пока частное не сравняется с нулем. Второй цикл извлекает цифры из стека и записывает в указанную строку.

Наша подпрограмма convert может выглядеть так, как показано в листинге 7.1.

Листинг 7.1. Программа преобразования числа в строку (предварительный вариант)

103

Ассемблер на примерах. Базовый курс

Эту программу я намеренно написал с недостатками. Попробуем ее оптими­ зировать, руководствуясь предыдущей главой.

Начнем с замены команды MOV ecx, 0 на более быструю — XOR ecx, ecx. Далее, вместо загрузки в ЕВХ 10 мы можем сбросить этот регистр (записать в него 0), а потом загрузить 10 в BL: так мы избавимся от использования «длинного» непосредственного операнда.

Проверка ЕАХ на 0 может быть заменена инструкцией OR eax,eax (или TEST eax,eax). А две команды записи байта в строку можно заменить одной: вместо

mov [edi],al add edi,1

напишем: stosb

Эта команда делает то же самое, но занимает всего один байт.

Последний цикл нашей функции можно переписать с использованием команды LOOP. В итоге функция будет выглядеть так, как показано в листинге 7.2.

Листинг 7,2. Программа преобразования числа в строку (промежуточный вариант)

104

Мы слегка улучшили программу, но она все еще работает неправильно. Не­ обходимый нулевой байт не записывается в конец строки, поэтому нужно добавить дополнительную инструкцию:

MOV byte [ e d i ] , 0

Ее нужно вставить между LOOP и RET.

Обратите внимание на слово byte — оно очень важно, поскольку сообщает компилятору о том, какого размера нуль нужно записать по адресу EDI. Са­ мостоятельно он определить этого не может. Строку завершает нулевой байт, поэтому нуль размером в байт мы и запишем.

Наша программа уничтожает исходное содержимое некоторых регистров (ЕАХ, ЕВХ, ЕСХ, EDX и EDI). Чтобы их сохранить, перед изменением этих регистров нужно поместить их значения в стек, а затем извлечь их оттуда в правильном порядке.

Вызывать нашу подпрограмму нужно так:

Число, которое мы хотим преобразовать, перед вызовом подпрограммы за­ гружаем в регистр ЕАХ. Второй параметр — это указатель на адрес в памяти, куда будет записана наша строка. Указатель должен быть загружен в EDI или DI (в зависимости от режима процессора). Команда CALL вызывает нашу подпрограмму. В результате ее выполнения созданная строка будет записана по указанному адресу.

Наша функция convert преобразует число только в десятичное представле­ ние. Сейчас мы изменим ее так, чтобы получать число в шестнадцатеричной записи.

Мы получаем десятичные цифры, прибавляя к остаткам ASCII-код цифры нуль. Это возможно, потому что символы цифр в ASCII-таблице расположены последовательно (рис. 1.2). Но если наши остатки получаются от деления на 16, то нам понадобятся цифры А — F, расположенные в ASCII-таблице тоже последовательно, но не вслед за цифрой 9. Решение простое: если остаток

105

Ассемблер на примерах. Базовый курс

больше 9, то мы будем прибавлять к нему другую константу. Вместо добав­ ления к остатку ASCII-кода нуля будем вызывать еще одну подпрограмму, HexDigit:

Модифицируя подпрограмму convert, не забудьте заменить делитель 10 на 0x10, то есть 16.

А теперь обобщим нашу подпрограмму так, чтобы она преобразовывала число

встроку в любой системе счисления. После того, как мы написали универ­ сальную подпрограмму превращения остатка в N-ичную цифру, достаточно будет просто передавать основание системы счисления как еще один параметр. Все, что нужно сделать, — это удалить строки кода, загружающие делитель

врегистр ЕВХ. Кроме того, для сохранения значений регистров общего на­ значения мы добавим команды PUSHAD и POPAD.

Окончательную версию подпрограммы, приведенную в листинге 7.3, мы будем использовать в других примерах:

Листинг 7.3. Программа преобразования числа в строку (окончательный вариант)

NumToASCII

еах = 32-битное число

ebx = основание системы счисления edi = указатель на строку-результат Возвращает:

заполненный буфер

106

7.3. Преобразование строки в число

Часто бывает нужно прочитать число, то есть извлечь его из строки. Высо­ коуровневые языки программирования предоставляют ряд библиотечных функций для преобразования строки в число (readln, scanf), а мы напишем простенькую функцию такого назначения самостоятельно.

Для преобразования одного символа в число мы напишем подпрограмму convert_char, которая преобразует цифры '0'-'9' в числа 0-9, а символы 'A'-'F' и 'а'-Т в числа 10—15 (ОхА-OxF). Единственным входным, он же выход­ ной, параметром будет регистр AL, в который перед вызовом подпрограммы нужно будет загрузить один ASCII-символ. В результате работы подпрограммы в этом же регистре окажется числовое значение.

Давайте рассмотрим эту подпрограмму.

107

Наша программа пока не предусматривает никакой проверки корректности входных данных: мы просто предполагаем, что байт на входе представляет десятичную цифру либо латинскую букву в верхнем или нижнем регистре. Понятно, что против некорректного вызова она беззащитна.

Сначала мы вычитаем из исходного символа ASCII-код цифры нуль. Если результат попадает в диапазон 0-9, то нужное число уже получено: пере­ ходим к метке done; если нет, то считаем символ буквой. Благодаря хорошо продуманной таблице ASCII (рис. 1.2) код строчной буквы отличается от кода соответствующей ей заглавной только единицей в пятом бите (считая с нулево­ го), поэтому для перевода буквы в верхний регистр достаточно сбросить этот бит (маска 0x5F). Следующий шаг — вычитанием сдвинуть значение в другой диапазон, получив из 'А' — ОхА, из 'В' — ОхВ и т.д. И, наконец, последняя операция AND ограничивает диапазон возвращаемых значений младшими четырьмя битами — числами от 0x00 до OxOF.

Теперь подумаем, как реализовать функцию для преобразования чисел со знаком. Довольно непростая задача, но мы ее упростим. Договоримся, что запись отрицательных чисел, и только их, будет начинаться с минуса, и только одного. То есть если в начале строки стоит символ «минус», то, значит, перед нами отрицательное число.

Преобразование отрицательного числа выполняется точно так же, как и по­ ложительного, только в самом конце подпрограммы мы выполним операцию NEG (отрицание).

Займемся разработкой самого алгоритма преобразования. В первой главе мы обсуждали представление любого числа в виде:

а = an*zn + an-1*zn-1 + ... + a1*z1 + a0*z° (n — это количество цифр) Например, десятичное число 1234 может быть записано так:

1234 = 1*103 + 2*102 + 3*10' + 4*10°

Аналогично, шестнадцатеричное значение 0x524D может быть записано как:

(524D)16 = 5*163 + 2*162 + 4*16' + 13*16° = 21 069

На первый взгляд кажется, что сама формула подсказывает алгоритм: пре­ образуем каждую цифру в число по программе convert_char, умножаем на соответствующую степень основания, складываем и получаем в итоге нужное число. Но со второго взгляда становится видно, что степени основания мы не

108

Глава 7. Полезные фрагменты кода

узнаем, пока не прочтем все цифры и по их количеству не определим порядок числа. Неуклюжим решением было бы сначала подсчитать цифры, а потом перейти к «очевидному» алгоритму, но мы поступим изящнее.

Это же число 1234 может быть записано так:

1234 = ((((1)*10 + 2)*10 + 3)*10) + 4

Это означает, что мы можем умножить первую слева цифру на основание, прибавить вторую цифру, снова умножить на основание и т.д. Благодаря этому постепенному умножению нам не нужно заранее знать порядок пре­ образуемого числа.

Рис. 7.3. Блок-схема алгоритма преобразования строки в число

Окончательная версия подпрограммы преобразования строки в число при­ ведена в листинге 7.4.

109

Ассемблер на примерах. Базовый курс

Листинг 7.4. Программа преобразований строки в число

ASCIIToNum

;esi = указатель на строку, заканчивающуюся символом с

;кодом 0x0

;есх = основание системы счисления

;Возвращает:

;еах = число

110

Операционная система предоставляет интерфейс, то есть средства взаимо­ действия, между прикладными программами и аппаратным обеспечением (оборудованием) компьютера. Она управляет системными ресурсами и рас­ пределяет эти ресурсы между отдельными процессами.

8.1. Эволюция операционных систем

История операционных систем началась в 1950-х годах. Первые компьютеры требовали постоянного внимания оператора: он вручную загружал програм­ мы, написанные на перфокартах, и нажимал всевозможные кнопки на пульте управления, управляя вычислительным процессом. Простои такого компью­ тера обходились очень дорого, поэтому первые операционные системы были разработаны для автоматического запуска следующей задачи после оконча­ ния текущей. Часть операционной системы — так называемый монитор — управлял последовательным выполнением задач и позволял запускать их в автоматизированном пакетном режиме.

Следующим этапом в развитии операционных систем стало создание специ­ ального компонента операционной системы — ее ядра (1960-е годы). При­ чина появления ядра была довольно простой. Периферийное оборудование компьютеров становилось все более разнообразным, и задача управления отдельными устройствами все более усложнялась. Ядро операционной систе­ мы предоставило стандартный интерфейс для управления периферийными устройствами.

При загрузке операционной системы ядро загружается в память, чтобы впо­ следствии программы могли обращаться к периферийным устройствам через него. Постепенно в ядро добавлялись новые функции. С исторической точки зрения особенно интересна служба учета, позволившая владельцу компьютера выставлять счет пользователю в соответствии с затраченным на его задание машинным временем.

Разработчики операционных систем старались более эффективно использовать ресурсы компьютера. Из очевидного соображения о том, что нерационально выполнять на компьютере только одно задание, если другое, использующее другие периферийные устройства, могло бы выполняться одновременно с ним, в 1964 году родилась концепция мультипрограммирования.

112