-
Notifications
You must be signed in to change notification settings - Fork 2
Вопросы к РК1
Andrey Sapozhkov edited this page Jun 27, 2022
·
13 revisions
Здесь ответы на вопросы предыдущих годов. За них я не отвечаю.
Предназначены для временного хранения данных, записи параметров машинных команд, арифметической обработки и т.д.
Существует всего 4 РОН: AX, BX, CX, DX. Каждый содержит в себе 16 бит и делится на 2 части по 8 бит - старшую (high, H) и младшую (low, L).
Обращаться можно как к регистру целиком, так и к его половинам по отдельности.
- AX (AH + AL): аккумулятор - умножение, деление, обмен с устройствами ввода/вывода (команды ввода и вывода);
- BX (BH + BL): базовый регистр в вычислениях адреса, часто указывает на начальный адрес (называемый базой) структуры в памяти;
- CX (CH + CL): счетчик циклов, определяет количество повторов некоторой операции;
- DX (DH + DL): определение адреса ввода/вывода, так же может содержать данные, передаваемые для обработки в подпрограммы.
Регистры процессора — блок ячеек памяти, образующий сверхбыструю оперативную память внутри процессора. Большинство команд процессора манипулируют данными, хранящимися в регистрах.
Физический адрес получается сложением адреса начала сегмента (на основе сегментного регистра) и смещения.
Сегментный регистр хранит в себе старшие 16 разрядов (из 20) адреса начала сегмента. 4 младших разряда в адресе начала сегмента всегда нулевые. Говорят, что сегментный регистр содержит в себе номер параграфа начала сегмента.
| Номер параграфа начала сегмента |
19 18 17 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0
| Смещение |
[SEG]:[OFFSET] => физический адрес:
- SEG необходимо побитово сдвинуть на 4 разряда влево (или умножить на 16, что тождественно)
- К результату прибавить OFFSET
5678h:1234h =>
56780
+ 1234
= 579B4
Распространённые пары регистров: CS:IP (указатель на следующую команду), DS:BX (указатель на некоторую переменную), SS:SP (указатель на вершину стека).
- Модули (файлы исходного кода)
- Сегменты (описание блоков памяти)
- команды процессора;
- инструкции описания структур данных, выделения памяти для переменных и констант;
- макроопределения.
- Сегменты (описание блоков памяти)
- сегмент кода (CS)
- сегмент данных (DS и дополнительные ES, FS, GS)
- сегмент стека (SS)
имя SEGMENT [READONLY] [выравнивание] [тип] [разрядность] [‘класс’]
...
имя ENDS-
BYTE(сегмент может начинаться с произвольного адреса) -
WORD(Адрес начала сегмента кратен 2 байтам) -
DWORD(Адрес начала сегмента кратен 4 байтам) -
PARA(сегмент располагается в начале параграфа, т.е. адрес начала сегмента кратен 16 байтам) - по умолчанию -
PAGE(сегмент располагается в начале страницы, т.е. адрес начала сегмента кратен 256 байтам)
-
PUBLIC(сегменты с одним именем будут располагаться в памяти друг за другом независимо от порядка объявления) -
STACK(сегмент будет использоваться под стек (сегмент стека), все такие сегменты будут объединяться в один, увеличивая общий стек) -
COMMON(сегменты будут накладываться, т.е. начинаться с одного и того же адреса; память выделится по размеру наибольшего из сегментов; метки, на которые ссылаются сегменты, будут указывать на одни и те же ячейки памяти) -
AT(нужен аргумент - номер параграфа начала сегмента; сегмент будет загружаться в память по некоторому фиксированному постоянному адресу, независимо от расположения остальных сегментов) -
PRIVATE(сегмент не объединяется с другими) - по умолчанию
Класс - любая метка, взятая в одинарные кавычки. Сегменты одного класса будут расположены в памяти друг за другом.
Прерывание - особая ситуация, когда выполнение текущей программы приостанавливается и управление передаётся программе-обработчику возникшего прерывания.
- аппаратные (асинхронные) - события от внешних устройств;
- внутренние (синхронные) - события в самом процессоре, например, деление на ноль;
- программные - вызванные командой
INT;
- Аналог системного вызова в современных ОС.
- Используется наподобие вызова подпрограммы.
- Номер функции передаётся через
AH.
| Функция | Назначение | Вход | Выход |
|---|---|---|---|
| 02 | Вывод символа в stdout | DL = ASCII-код символа | - |
| 09 | Вывод строки в stdout | DS:DX - адрес строки, заканчивающейся символом $ | - |
| Функция | Назначение | Вход | Выход |
|---|---|---|---|
| 01 | Считать символ из stdin с эхом | - | AL - ASCII-код символа |
| 06 | Считать символ без эха, без ожидания, без проверки на Ctrl+Break | DL = FF | - |
| 07 | Считать символ без эха, с ожиданием и без проверки на Ctrl+Break | - | AL - ASCII-код символа |
| 08 | Считать символ без эха | - | AL - ASCII-код символа |
| 10 (0Ah) | Считать строку с stdin в буфер | DS:DX - адрес буфера | Введённая строка помещается в буфер |
| 0Bh | Проверка состояния клавиатуры | - | AL=0, если клавиша не была нажата, и FF, если была |
| 0Ch | Очистить буфер и считать символ | AL=01, 06, 07, 08, 0Ah | - |
mov ah, 01h
int 21h ; Ввод символа, его код теперь лежит в al
mov dl, al
mov ah, 02h
int 21h ; Вывод символа, код которого лежит в dl- LIFO/FILO (last in, first out) - последним пришёл, первым ушёл
- Сегмент стека - область памяти программы, используемая её подпрограммами, а также (вынужденно) обработчиками прерываний
-
SP- указатель на вершину стека - В x86 стек "растёт вниз", в сторону уменьшения адресов (от старших адресов к младшим) (от конца сегмента к началу). В таком случае удобно определять переполнение стека, т.е. нужно просто отследить момент, когда
SPстал равен нулю. Если бы этой механики не было, то приходилось бы где-то хранить размер стека. - При запуске программы
SPуказывает на конец сегмента.
Каждая такая команда делает сразу несколько действий (работают за несколько тактов процессора; на аппаратном уровне разбиты на атомарные команды):
- Уменьшает указатель вершины стека (регистр
SP) на размер источника (того, что мы кладём в стек) - Записывает значение из источника по адресу
SS:SP
- Считывает значение из вершины стека (с адреса
SS:SP) и записывает его в приёмник - Увеличивает указатель вершины стека (регистр
SP) на размер приёмника (того, что мы достаём из стека)
-
PUSH <источник>- поместить данные в стек. УменьшаетSPна размер источника и записывает значение по адресуSS:SP. -
POP <приёмник>- считать данные из стека. Считывает значение с адресаSS:SPи увеличиваетSP. -
PUSHA- поместить в стек регистрыAX,CX,DX,BX,SP,BP,SI,DI. -
POPA- загрузить регистры из стека (SPигнорируется) -
PUSHF- поместить в стек содержимое регистра флагов -
POPF- загрузить регистр флагов из стека
16 битов - отдельные флажки.
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
CF - PF - AF - ZF SF TF IF DF OF IOPL NT --
CF(carry flag) - флаг переноса (при выходе за рязрядную сетку) -
PF(parity flag) - флаг чётности -
AF(auxiliary carry flag) - вспомогательный флаг переноса -
ZF(zero flag) - флаг нуля -
SF(sign flag) - флаг знака -
TF(trap flag) - флаг трассировки -
IF(interrupt enable flag) - флаг разрешения прерываний -
DF(direction flag) - флаг направления -
OF(overflow flag) - флаг переполнения (изменение знакового разряда) -
IOPL(I/O privilege flag) (появился в 286 процессоре) - уровень приоритета ввода-вывода -
NT(nested task) (появился в 286 процессоре) - флаг вложенности задач
-
STC/CLC/CMC- установить/сбросить/инвертироватьCF -
STD/CLD- установить/сброситьDF(Direction Flag); Если он равен нулю (по умолчанию), то обработка строк будет идти слева направо, т.е. по возрастанию адресов памяти, иначе наоборот -
LAHF- загрузка флагов состояния вAH -
SAHF- установка флагов состояния изAH -
CLI/STI- запрет/разрешение прерываний (т.е. сброса/установкиIF- Interruption Flag). Разумеется речь идёт не про программные, а про аппаратные прерывания.
- Передаёт управление в другую точку программы (на другой адрес памяти), не сохраняя какой-либо информации для возврата.
- Операнд - непосредственный адрес (вставленный в машинный код), адрес в регистре или адрес в переменной.
...
XOR AX, AX
MOV BX, 5
label1:
INC AX
ADD BX, AX
JMP label 1- Переход типа
shortилиnear - Обычно используются в паре с
CMP - Термины “выше” и “ниже” - при сравнении беззнаковых чисел
- Термины “больше” и “меньше” - при сравнении чисел со знаком
| Команда | Описание | Состояние флагов для выполнения перехода |
|---|---|---|
| JO | Есть переполнение | OF = 1 |
| JNO | Нет переполнения | OF = 0 |
| JS | Есть знак | SF = 1 |
| JNS | Нет знака | SF = 0 |
| JE, JZ | Если равно/если ноль | ZF = 1 |
| JNE, JNZ | Не равно/не ноль | ZF = 0 |
| JP/JPE | Есть чётность / чётное | PF = 1 |
| JNP/JPO | Нет чётности / нечётное | PF = 0 |
| JCXZ | CX = 0 | - |
| Команда | Описание | Состояние флагов для выполнения перехода | Знаковый |
|---|---|---|---|
| JB JNAE JC |
Если ниже Если не выше и не равно Если перенос |
CF = 1 | Нет |
| JNB JAE JNC |
Если не ниже Если выше или равно Если нет переноса |
CF = 0 | Нет |
| JBE JNA |
Если ниже или равно Если не выше |
CF = 1 или ZF = 1 | Нет |
| JA JNBE |
Если выше Если не ниже и не равно |
CF = 0 и ZF = 0 | Нет |
| Команда | Описание | Состояние флагов для выполнения перехода | Знаковый |
|---|---|---|---|
| JL JNGE |
Если меньше Если не больше и не равно |
SF <> OF | Да |
| JGE JNL |
Если больше или равно Если не меньше |
SF = OF | Да |
| JLE JNG |
Если меньше или равно Если не больше |
ZF = 1 или SF <> OF | Да |
| JG JNLE |
Если больше Если не меньше и не равно |
ZF = 0 и SF = OF | Да |
Чтобы создать многомодульную программу, нужно создать несколько файлов с исходным кодом программы. В каждом из модулей можно описывать сегменты данных/кода/стека. Каждый модулей необходимо завершить директивой END. В главном модуле у этой директивы нужно указать в качестве параметра точку входа в программу (метку, указывающую на следующую за ней команду, с которой начнётся выполнение программы).
Для обмена данными между модулями можно использовать общий стек или директивы глобальных объявлений:
PUBLIC идентификаторОписывает идентификатор, как доступный из других модулей.
EXTRN определение[,определение].Указывает, что идентификатор определен в другом модуле. Определение описывает идентификатор и имеет следующий формат:
имя:тип"Имя" - это идентификатор, который определен в другом модуле. "Тип" должен соответствовать типу идентификатора, указанному при его определении, и может быть следующим: NEAR, FAR, PROC, BYTE, WORD, DWORD, DATAPTR, CODEPTR, FWORD, PWORD, QWORD, TBYTE, ABS или именем структуры.
- Она похожа на
PUSH(но немного сложнее): сохраняет адрес следующей за ней команды в стеке (той, которая физически за ней стоит в памяти, а не та, которая вызывается при переходе в подпрограмму), уменьшаетSP(в случае ближнего перехода на 2 байта, в случае дальнего - на 4 байта) и записывает по этому адресу значениеIPлибоCS:IP, в зависимости от размера аргумента. Далее управление программы передаётся на значение операнда (в регистрIPзаписывается смещение подпрограммы, а в случае дальнего перехода оно заносится ещё и вCS:IP; насчёт дальнего перехода не уверен, там не очень чёткая формулировка была)
Адрес возврата записывается именно в стек, а не в регистры, так как если бы мы записывали его в регистры, то мы бы не смогли сделать длинную рекурсию (регистров бы не хватило).
- Передаёт управление на значение аргумента.
- Загружает из стека адрес возврата в регистр
IPили, в случае дальнего перехода, вCS:IP - Увеличивает
SP(на 2/4 байта в случае ближнего/дальнего перехода)
Если указан операнд, его значение будет дополнительно прибавлено к SP для очистки стека от параметров.
Стековый кадр (фрейм) — механизм передачи аргументов и выделения временной памяти с использованием аппаратного стека. Содержит информацию о состоянии подпрограммы.
- Параметры
- Адрес возврата (обязательно)
- Локальные переменные
MyProc proc near ; указываем тип перехода
...
Myproc endpВозможные переходы:
-
short- не может прыгнуть дальше -128..127 байт от команды вызова процедуры (на практике не используется, но вроде как формально возможен) -
near- можем прыгать сюда ближним переходом (в пределах того же сегмента, метка занимает 2 байта) -
far- можем прыгать сюда дальним переходом (в пределах всей программы, метка занимает 4 байта)
-
ADD,SUBне делают различий между знаковыми и беззнаковыми числами. -
ADC <приёмник>, <источник>- сложение с переносом. Складывает приёмник, источник и флаг CF. -
SBB <приёмник>, <источник>- вычитание с займом. Вычитает из приёмника источник и дополнительно - флаг CF.
Пример: сложение и вычитание 32-разрядных чисел: два числа, разбитые на старшие и младшие половинки, лежат в парах регистров DX и AX, BX и CX.
add ax, cx ; Складываем младшие половинки (могло произойти переполнение с установкой флага CF)
adc dx, bx ; Складываем старшие половинки с учётом флага CF, не прописывая руками никаких условных операторов.
sub ax, cx ; Вычитаем младшие половинки (разность может быть отрицательной, тогда установится флаг CF)
sbb dx, bx ; Вычитаем старшие половинки с учётом флага CF, не прописывая руками никаких условных операторов.IMUL <источник>-
IMUL <приёмник>, <источник>- не из нотации процессора 8086, а из последующих -
IMUL <приёмник>, <источник1>, <источник2>- не из нотации процессора 8086, а из последующих
IDIV <источник>
INC <приёмник>DEC <приёмник>- Увеличивает/уменьшает приёмник на 1.
- В отличие от
ADD, не изменяетCF. -
OF,SF,ZF,AF,PFустанавливаются в соответствии с результатом.
NEG <приёмник>- Переводит число в дополнительный код и прибавляет к нему 1, чтобы получить число с противоположным знаком.
- Неупакованное двоично-десятичное число - байт от 00h до 09h.
- Упакованное двоично-десятичное число - байт от 00h до 99h (цифры A..F не задействуются).
- При выполнении арифметических операций необходима коррекция:
19h + 1 = 1Ah => 20h
inc al
daaАрифметический сдвиг (число сдвигается с учётом знака, т.е. знак сохраняется: -8>>2 = -4): SAR (Shift Arithmetic Right), SAL (Shift Arithmetic Left).
Логический сдвиг (знак не сохраняется, т.е. знаковый бит сдвигается так же, как и все остальные): SHR (SHift Right), SHL (SHift Left).
-
SALтождественнаSHL. -
SHRзануляет старший бит (знак),SAR- сохраняет. -
ROR,ROL- циклический сдвиг вправо/влево. -
RCR,RCL- циклический сдвиг черезCF(в операции участвует не 16 бит, а 17 - при сдвиге вправо младший бит попадёт вCF, аCF- в старший бит, при сдвиге влево всё произойдёт наоборот).
-
BTS <база>, <смещение>- считывает во флагCFзначение из битовой строки. -
BTS <база>, <смещение>- установить бит в 1. -
BTR <база>, <смещение>- сбросить бит в 0. -
BTC <база>, <смещение>- инвертировать бит. -
BSF <приёмник>, <источник>- прямой поиск бита (от младшего разряда к старшему, т.е. справа налево). -
BSR <приёмник>, <источник>- обратный поиск бита (от старшего разряда к младшему, т.е. слева направо). -
SETcc <приёмник>- выставляет приёмник (1 байт) в 1 или 0 в зависимости от условия, аналогичноJcc.
-
MOVS/MOVSB/MOVSW <приёмник>, <источник>- копирование (На самом деле эта команда не имеет параметров. Она всегда пишет данные изDS:SIвES:DI) -
CMPS/CMPSB/CMPSW <приёмник>, <источник>- сравнение и выставление флага по его результатам -
SCAS/SCASB/SCASW <источник>- сканирование источника (всегда этоDS:SI), сравнение сAL/AXи выставление флага по его результатам -
LODS/LODSB/LODSW <источник>- чтение (вAL/AX) -
STOS/STOSB/STOSW <приёмник>- запись (изAL/AX)
Каждая такая команда делает сразу несколько действий (работают за несколько тактов процессора; на аппаратном уровне разбиты на атомарные команды):
- Читает из памяти по адресу источника (например
DS:SI;SI- Source Index) 1, 2 или 4 байта (в зависимости от команды) - Увеличивает индексы
SIиDIна 1, 2 или 4 - Если команда связана с записью, то произойдёт запись 1, 2 или 4 байт по адресу приёмника (
ES:DI;DI- Destination Index)
Среди перечисленных команд есть те, которые работают и с источником, и с приёмником, и те, которые работают только с источником или только с приёмником.
Эти команды работают только с отдельными байтами, машинными словами или двойными словами. Чтобы работать со всей строкой, нужно использовать префиксы.
Применение: пишем префикс перед командой (через пробел), тогда команда будет выполняться в цикле со счётчиком CX, как команда loop.
Префиксы REPE/REPZ/REPNE/REPNZ дополнительно будут контролировать состояние флага ZF (т.е., например, REPZ будет выполнять цикл до тех пор, пока CX не равен 0 и ZF равен 0; остальное по аналогии).
С помощью команды SCASB и префиксов можно производить поиск конца строки (положить в CX заведомо очень большое положительное число, которое точно больше длины нашей строки и запустить долгий цикл поиска конца строки; в результате в CX будет лежать разница между исходным значением CX и длиной нашей строки).
Прерывание - особая ситуация, когда выполнение текущей программы приостанавливается и управление передаётся программе-обработчику возникшего прерывания.
- Аппаратные (асинхронные) - события от внешних устройств (основной вид прерываний, так как механизм прерываний в основном нужен для работы с внешними устройствами);
- Внутренние (синхронные) - события в самом процессоре, например, деление на ноль (в современных режимах работы процессоров это также различные исключения: попытка программы выйти за пределы своей памяти, обращение к несуществующему устройству и т.д.);
-
Программные - прерывания, вызванные командой
int.
Откуда процессор берёт адреса обработчиков прерываний?
Векторы прерываний объединяются в таблицу векторов прерываний, содержащую адреса обработчиков прерываний.
- Располагается в самом начале оперативной памяти, начиная с нулевого физического адреса.
- Доступно 256 прерываний (всего аппаратных, программных и внутренних).
- Каждый вектор занимает 4 байта - полный адрес (2 байта для сегментной части адреса + 2 байта для смещения).
- Размер всей таблицы - 1 Кб.
- Приостановка выполнения текущей программы
-
Сохранение в текущий стек значение регистра флагов и полного адреса возврата (адреса следующей команды) - 6 байт. Это действие аналогично команде
CALL - Нахождение в таблице векторов прерываний программы-обработчика прерывания
-
Передача управления по адресу обработчика из таблицы векторов, т.е. значения регистров
CSиIPобновляются на 4 байта, которые хранятся в таблице векторов прерываний - Возвращение управления текущей программе после окончания обработки прерывания
(ведь на обычные программы они вообще-то не влияют)
При выполнении критических процессов в какой-нибудь системной программе (например, настройка ОС и самой таблицы прерываний - тогда адреса обработчиков прерываний ещё не установлены и, соответственно, процессор обратиться к ним не может) срабатывание прерывания, которое сейчас не настроено, может оказаться критическим (например, привести к краху системы или к выполнению какого-то случайно вызванного кода).
Порты ввода-вывода - механизм взаимодействия программы, выполняемой процессором, с устройствами компьютера.
Устройства могут сами о себе что-то сообщать с помощью прерываний, а если наша программа хочет что-то им сообщить, как-то настроить или какие-то данные из них получить, то для этого нужны команды IN и OUT.
Порт - отдельное адресное пространство (которое никак не пересекается ни с оперативной памятью, ни с постоянной), на которое отображаются внешние устройства.
Например, какое-то количество байт будет соответствовать клавиатуре, какое-то количество байт - таймеру, какое-то количество байт - жёсткому диску и т.д.
Номер порта - участок этого адресного пространства (в котором все внешние устройства объединены по отношению к процессору)
- Пример:
IN al, 61h ; читаем один байт состояния из порта ввода-вывода 61h
OR al, 3 ; выставляем младшие 2 бита в единицы
OUT 61h, al ; отправляем полученное значение обратно в этот порт (мб мы как-то повлияли на работу устройства)