1. Команды пересылки данных

1. Команды пересылки данных

Для удобства практического применения и отражения их специфики команды данной группы удобнее рассматривать в соответствии с их функциональным назначением, согласно которому их можно разбить на следующие группы команд:

1) пересылки данных общего назначения;

2) ввода-вывода в порт;

3) работы с адресами и указателями;

4) преобразования данных;

5) работы со стеком.

Команды пересылки данных общего назначения

К этой группе относятся следующие команды:

1) mov – это основная команда пересылки данных. Она реализует самые разнообразные варианты пересылки. Отметим особенности применения этой команды:

а) командой mov нельзя осуществить пересылку из одной области памяти в другую. Если такая необходимость возникает, то нужно использовать в качестве промежуточного буфера любой доступный в данный момент регистр общего назначения;

б) нельзя загрузить в сегментный регистр значение непосредственно из памяти. Поэтому для выполнения такой загрузки нужно использовать промежуточный объект. Это может быть регистр общего назначения или стек;

в) нельзя переслать содержимое одного сегментного регистра в другой сегментный регистр. Это объясняется тем, что в системе команд нет соответствующего кода операции. Но необходимость в таком действии часто возникает. Выполнить такую пересылку можно, используя в качестве промежуточных все те же регистры общего назначения;

г) нельзя использовать сегментный регистр CS в качестве операнда назначения. Причина здесь простая. Дело в том, что в архитектуре микропроцессора пара cs: ip всегда содержит адрес команды, которая должна выполняться следующей. Изменение командой mov содержимого регистра CS фактически означало бы операцию перехода, а не пересылки, что недопустимо. 2) xchg – применяют для двунаправленной пересылки данных. Для этой операции можно, конечно, применить последовательность из нескольких команд mov, но из-за того, что операция обмена используется довольно часто, разработчики системы команд микропроцессора посчитали нужным ввести отдельную команду обмена xchg. Естественно, что операнды должны иметь один тип. Не допускается (как и для всех команд ассемблера) обменивать между собой содержимое двух ячеек памяти.

Команды ввода-вывода в порт

Посмотрите на рисунок 22. На нем показана сильно упрощенная, концептуальная схема управления оборудованием компьютера.

Рис. 22. Концептуальная схема управления оборудованием компьютера

Как видно из рисунка 22, самым нижним уровнем является уровень BIOS, на котором работа с оборудованием ведется напрямую через порты. Тем самым реализуется концепция независимости от оборудования. При замене оборудования необходимо будет лишь подправить соответствующие функции BIOS, переориентировав их на новые адреса и логику работы портов.

Принципиально управлять устройствами напрямую через порты несложно. Сведения о номерах портов, их разрядности, формате управляющей информации приводятся в техническом описании устройства. Необходимо знать лишь конечную цель своих действий, алгоритм, в соответствии с которым работает конкретное устройство, и порядок программирования его портов, т. е., фактически, нужно знать, что и в какой последовательности нужно послать в порт (при записи в него) или считать из него (при чтении) и как следует трактовать эту информацию. Для этого достаточно всего двух команд, присутствующих в системе команд микропроцессора:

1) in аккумулятор, номер_порта – ввод в аккумулятор из порта с номером номер_порта;

2) out порт, аккумулятор – вывод содержимого аккумулятора в порт с номером номер_порта.

Команды работы с адресами и указателями памяти

При написании программ на ассемблере производится интенсивная работа с адресами операндов, находящимися в памяти. Для поддержки такого рода операций есть специальная группа команд, в которую входят следующие команды:

1) lea назначение, источник – загрузка эффективного адреса;

2) Ids назначение, источник – загрузка указателя в регистр сегмента данных ds;

3) les назначение, источник – загрузка указателя в регистр дополнительного сегмента данных es;

4) lgs назначение, источник – загрузка указателя в регистр дополнительного сегмента данных gs;

5) lfs назначение, источник – загрузка указателя в регистр дополнительного сегмента данных fs;

6) lss назначение, источник – загрузка указателя в регистр сегмента стека ss.

Команда lea похожа на команду mov тем, что она также производит пересылку. Однако команда lea производит пересылку не данных, а эффективного адреса данных (т. е. смещения данных относительно начала сегмента данных) в регистр, указанный операндом назначение.

Часто для выполнения некоторых действий в программе недостаточно знать значение одного лишь эффективного адреса данных, а необходимо иметь полный указатель на данные. Полный указатель на данные состоит из сегментной составляющей и смещения. Все остальные команды этой группы позволяют получить в паре регистров такой полный указатель на операнд в памяти. При этом имя сегментного регистра, в который помещается сегментная составляющая адреса, определяется кодом операции. Соответственно смещение помещается в регистр общего назначения, указанный операндом назначение.

Но не все так просто с операндом источник. На самом деле, в команде в качестве источника нельзя указывать непосредственно имя операнда в памяти, на который мы бы хотели получить указатель. Предварительно необходимо получить само значение полного указателя в некоторой области памяти и указать в команде получения полный адрес имени этой области. Для выполнения этого действия необходимо вспомнить директивы резервирования и инициализации памяти.

При применении этих директив возможен частный случай, когда в поле операндов указывается имя другой директивы определения данных (фактически, имя переменной). В этом случае в памяти формируется адрес этой переменной. Какой адрес будет сформирован (эффективный или полный), зависит от применяемой директивы. Если это dw, то в памяти формируется только 16-битное значение эффективного адреса, если же dd – в память записывается полный адрес. Размещение этого адреса в памяти следующее: в младшем слове находится смещение, в старшем – 16-битная сегментная составляющая адреса.

Например, при организации работы с цепочкой символов удобно поместить ее начальный адрес в некоторый регистр и далее в цикле модифицировать это значение для последовательного доступа к элементам цепочки.

Необходимость использования команд получения полного указателя данных в памяти, т. е. адреса сегмента и значения смещения внутри сегмента, возникает, в частности, при работе с цепочками.

Команды преобразования данных

К этой группе можно отнести множество команд микропроцессора, но большинство из них имеет те или иные особенности, которые требуют отнести их к другим функциональным группам. Поэтому из всей совокупности команд микропроцессора непосредственно к командам преобразования данных можно отнести только одну команду: xlat [адрес_таблицы_перекодировки]

Это очень интересная и полезная команда. Ее действие заключается в том, что она замещает значение в регистре al другим байтом из таблицы в памяти, расположенной по адресу, указанному операндом адрес_таблицы_перекодировки.

Слово «таблица» весьма условно, по сути, это просто строка байт. Адрес байта в строке, которым будет производиться замещение содержимого регистра al, определяется суммой (bx) + (al), т. е. содержимое al исполняет роль индекса в байтовом массиве.

При работе с командой xlat обратите внимание на следующий тонкий момент. Несмотря на то что в команде указывается адрес строки байт, из которой должно быть извлечено новое значение, этот адрес должен быть предварительно загружен (например, с помощью команды lea) в регистр bх. Таким образом, операнд адрес_таблицы_перекодировки на самом деле не нужен (необязательность операнда показана заключением его в квадратные скобки). Что касается строки байт (таблицы перекодировки), то она представляет собой область памяти размером от 1 до 255 байт (диапазон числа без знака в 8-битном регистре).

Команды работы со стеком

Эта группа представляет собой набор специализированных команд, ориентированных на организацию гибкой и эффективной работы со стеком.

Стек – это область памяти, специально выделяемая для временного хранения данных программы. Важность стека определяется тем, что для него в структуре программы предусмотрен отдельный сегмент. На тот случай, если программист забыл описать сегмент стека в своей программе, компоновщик tlink выдаст предупреждающее сообщение.

Для работы со стеком предназначены три регистра:

1) ss – сегментный регистр стека;

2) sp/esp – регистр указателя стека;

3) bp/ebp – регистр указателя базы кадра стека.

Размер стека зависит от режима работы микропроцессора и ограничивается 64 Кбайтами (или 4 Гбайтами в защищенном режиме).

В каждый момент времени доступен только один стек, адрес сегмента которого содержится в регистре SS. Этот стек называется текущим. Для того чтобы обратиться к другому стеку («переключить стек»), необходимо загрузить в регистр ss другой адрес. Регистр SS автоматически используется процессором для выполнения всех команд, работающих со стеком.

Перечислим еще некоторые особенности работы со стеком:

1) запись и чтение данных в стеке осуществляется в соответствии с принципом LIFO,

2) по мере записи данных в стек последний растет в сторону младших адресов. Эта особенность заложена в алгоритм команд работы со стеком;

3) при использовании регистров esp/sp и ebp/bp для адресации памяти ассемблер автоматически считает, что содержащиеся в нем значения представляют собой смещения относительно сегментного регистра ss.

В общем случае стек организован так, как показано на рисунке 23.

Рис. 23. Концептуальная схема организации стека

Для работы со стеком предназначены регистры SS, ESP/SP и ЕВР/ВР. Эти регистры используются комплексно, и каждый из них имеет свое функциональное назначение.

Регистр ESP/SP всегда указывает на вершину стека, т. е. содержит смещение, по которому в стек был занесен последний элемент. Команды работы со стеком неявно изменяют этот регистр так, чтобы он указывал всегда на последний записанный в стек элемент. Если стек пуст, то значение esp равно адресу последнего байта сегмента, выделенного под стек. При занесении элемента в стек процессор уменьшает значение регистра esp, а затем записывает элемент по адресу новой вершины. При извлечении данных из стека процессор копирует элемент, расположенный по адресу вершины, а затем увеличивает значение регистра указателя стека esp. Таким образом, получается, что стек растет вниз, в сторону уменьшения адресов.

Что делать, если нам необходимо получить доступ к элементам не на вершине, а внутри стека? Для этого применяют регистр ЕВР Регистр ЕВР – регистр указателя базы кадра стека.

Например, типичным приемом при входе в подпрограмму является передача нужных параметров путем записи их в стек. Если подпрограмма тоже активно работает со стеком, то доступ к этим параметрам становится проблематичным. Выход в том, чтобы после записи нужных данных в стек сохранить адрес вершины стека в указателе кадра (базы) стека – регистре ЕВР. Значение в ЕВР в дальнейшем можно использовать для доступа к переданным параметрам.

Начало стека расположено в старших адресах памяти. На рисунке 23 этот адрес обозначен парой ss: fffF. Смещение шТ приведено здесь условно. Реально это значение определяется величиной, которую программист задает при описании сегмента стека в своей программе.

Для организации работы со стеком существуют специальные команды записи и чтения.

1. push источник – запись значения источник в вершину стека.

Интерес представляет алгоритм работы этой команды, который включает следующие действия (рис. 24):

1) (sp) = (sp) – 2; значение sp уменьшается на 2;

2) значение из источника записывается по адресу, указываемому парой ss: sp.

Рис. 24. Принцип работы команды push

2. pop назначение – запись значения из вершины стека по месту, указанному операндом назначение. Значение при этом «снимается» с вершины стека. Алгоритм работы команды pop обратен алгоритму команды push (рис. 25):

1) запись содержимого вершины стека по месту, указанному операндом назначение;

2) (sp) = (sp) + 2; увеличение значения sp.

Рис. 25. Принцип работы команды pop

3. pusha – команда групповой записи в стек. По этой команде в стек последовательно записываются регистры ах, сх, dx, bx, sp, bp, si, di. Заметим, что записывается оригинальное содержимое sp, т. е. то, которое было до выдачи команды pusha (рис. 26).

Рис. 26. Принцип работы команды pusha

4. pushaw – почти синоним команды pusha В чем разница? Атрибут разрядности может принимать значение use16 или use32. Рассмотрим работу команд pusha и pushaw при каждом из этих атрибутов:

1) use16 – алгоритм работы pushaw аналогичен алгоритму pusha;

2) use32 – pushaw не изменяется (т. е. она нечувствительна к разрядности сегмента и всегда работает с регистрами размером в слово – ах, сх, dx, bx, sp, bp, si, di). Команда pusha чувствительна к установленной разрядности сегмента и при указании 32-разрядного сегмента работает с соответствующими 32-разрядными регистрами, т. е. еах, есх, edx, ebx, esp, ebp, esi, edi.

5. pushad – выполняется аналогично команде pusha, но есть некоторые особенности.

Следующие три команды выполняют действия, обратные вышеописанным командам:

1) рора;

2) popaw;

3) popad.

Группа команд, описанная ниже, позволяет сохранить в стеке регистр флагов и записать слово или двойное слово в стеке. Отметим, что перечисленные ниже команды – единственные в системе команд микропроцессора, которые позволяют получить доступ (и которые нуждаются в этом доступе) ко всему содержимому регистра флагов.

1. pushf – сохраняет регистр флагов в стеке.

Работа этой команды зависит от атрибута размера сегмента:

1) use 16 – в стек записывается регистр flags размером 2 байта;

2) use32 – в стек записывается регистр eflags размером 4 байта.

2. pushfw – сохранение в стеке регистра флагов размером в слово. Всегда работает как pushf с атрибутом use16.

3. pushfd – сохранение в стеке регистра флагов flags или eflags в зависимости от атрибута разрядности сегмента (т. е. то же, что и pushf).

Аналогично, следующие три команды выполняют действия, обратные рассмотренным выше операциям:

1) popf;

2) popftv;

3) popfd.

И в заключение отметим основные виды операции, когда использование стека практически неизбежно:

1) вызов подпрограмм;

2) временное сохранение значений регистров;

3) определение локальных переменных.

Данный текст является ознакомительным фрагментом.