Андрианов. И.А. Методические указания к практическим работам

Подождите немного. Документ загружается.

только если сумма операндов (рассматриваемых как беззнаковые числа) не

помещается в имеющееся число разрядов.

Флаг OF=1, если получился неверный результат при сложении чисел со

знаком из-за того, что не хватило разрядности и испортился знаковый бит.

Рассмотрим для примера сложение 8-битных чисел 64 и 64. В двоичном виде

это будет 0100000+01000000=10000000. Как видим, при сложении единица

ушла в знаковый разряд, и у нас получилось отрицательное число. Заметим,

что переноса за разрядную сетку у нас не было – и действительно, если числа

рассматривать как беззнаковые, то ответ получился верный.

Вполне возможен и вариант, когда устанавливаются сразу и флаг пере-

полнения, и флаг переноса – например, при сложении восьмиразрядного дво-

ичного числа 1000000 (десятичное -128) с таким же числом единица скроется

за разрядную сетку, и ответ будет положительным (хотя аргументы отрица-

тельные). Здесь ответ получается неверным независимо от интерпретации

операндов – со знаком или без знака.

Команда sub вычитает операнд-источник из операнда-получателя. Заме-

тим, что если при вычитании потребуется заём бита, при котором мы выйдем

за разрядную сетку, то установится флаг переноса.

Команда neg изменяет знак числа на противоположный.

Для умножения беззнаковых чисел используется команда mul, для знако-

вых – imul. У данных команд только один операнд – в качестве второго мно-

жителя используется регистр al, ax или eax в зависимости от размера операн-

да. При этом результат соответственно помещается в ax, eax или пару регист-

ров edx:eax, поэтому при умножении переполнения в принципе не бывает.

Пример: mul bx.

Для деления используются команды div и idiv. Расположение аргументов

команд div и idiv показано в следующей таблице.

Таблица 1

Расположение операндов команды div

Делимое

Делитель

Частное

Остаток

регистр или память - 1 байт

DX:AX

регистр или память - 2 байта

EDX:EAX

регистр или память - 4 байта

EAX

EDX

Примечание. Такое несколько странное расположение операндов связано,

по-видимому, с необходимостью обеспечения совместимости со старыми

моделями процессоров Intel.

Заметим, что при делении возможна ситуация, когда результат не помес-

тится в отведенный для него операнд. Пусть, например, в ax находится число

512, в bl – единица, и выполняется команда div bl. Частное 512 не поместится

в al, и возникнет исключительная ситуация. Чтобы этого избежать, правиль-

нее будет написать такой код:

cwd ; расширить число из ax до dx:ax

xor bh,bh ;обнуляем старший байт в bx

div bx ;делим dx:ax на bx

При таком подходе результат будет помешаться в AX и вполне в него по-

местится.

При решении задач могут потребоваться также команды сдвига – данную

тему предлагается изучить по учебнику или лекциям.

3. Косвенная адресация. Рассмотрим здесь ещё кратко материал по кос-

венной адресации. Если у нас в регистре, например, esi находится смещение

(по сути, адрес) переменной в памяти, то для обращения к значению этой

переменной используются квадратные скобки: [esi].

Можно к этому адресу ещё и добавить некоторое смещение. Например,

если в регистре esi хранится адрес начала массива с элементами типа

DWORD, то [esi+8] или [esi+2*TYPE DWORD] будет ссылаться на его 3-й

элемент. Пример:

.data

varA DWORD 1, 2, 3, 4, 5

.code

mov esi, OFFSET varA; смещение массива в esi

mov eax, [esi] ; 1-й элемент массива в eax

mov ebx, [esi+2*TYPE DWORD]; 3-й элемент в ebx

inc DWORD PTR [ESI+2*TYPE DWORD]; +1 к 3-му элем-ту

Здесь интерес представляет последняя команда, увеличивающая элемент

массива на единицу. Команде inc необходимо знать размер ячейки памяти,

которую она будет увеличивать – для этого пришлось использовать оператор

DWORD PTR. Предыдущие же команды mov сами определили размер на ос-

новании того, что используемые регистры eax и ebx 32-битные.

Контрольные вопросы и задания

1. Может ли произойти переполнение (OF) и перенос (CF) при сложении по-

ложительного целого числа с отрицательным?

2. Какие флаги изменяются командами inc и dec?

3. Пусть данные объявлены следующим образом:

mas DWORD 1,2,3,4,5,6.

Что будет в регистре eax после выполнения следующего кода:

mov esi, 4

add esi, TYPE mas

mov eax, mas[esi]

4. Пусть данные объявлены следующим образом:

mas WORD 100h, 200h, 300h, 400h

Чему будут равны SIZEOF mas и LENGTHOF mas?

5. Верно ли, что команда inc [esi] вызовет ошибку компиляции?

6. Выполняется следующий код:

mov al,80h

add al,80h

Что будет во флагах OF и CF?

7. Выполняется следующий код:

mov al,100

add al,-1

Что будет во флагах OF и CF?

8. Дан следующий код:

.data

num WORD 1234h

.code

xor eax,eax

mov al,byte ptr num

Что после выполнения будет в регистре eax?

9. Пусть данные объявлены следующим образом:

varA db 4, 3, 2, 1

Что будет в регистре eax в результате выполнения следующего кода:

mov eax, -1

shr eax, 24

mov al, varA+3

10. Пусть в регистре AL находится число 80H. При выполнении команд sub

al,5 и add al,-5 установится ли флаг переноса CF?

11. Программист хочет разделить число со знаком в eax на число в ebx. При

этом ему нужно, чтобы деление выполнялось корректно для любых чисел в

eax и ebx (кроме деления на нуль). Программист написал команду idiv ebx, но

оказалось, что результат не всегда верный. Какую ещё команду надо поста-

вить перед ней?

Задание по программированию

1. Проверьте на ассемблере, правильно ли вы ответили на вышеприведённые

вопросы.

2. Решите задачу № 112 из электронного практикума по программированию

на языке ассемблера. Условие задачи:

Напишите программу, рассчитывающую сдачу с 50 рублей, которую необхо-

димо вернуть покупателю, совершившему покупку стоимостью менее 50 рублей.

Стоимость покупки выражается целым числом рублей. Сдача выдаётся монетами

по 1, 2, 5 и 10 рублей. Количество монет должно быть минимальным.

Входные данные: cтоимость покупки

Выходные данные: в одной строке через пробел 4 числа - количество мо-

нет по 10 рублей, по 5 рублей, по 2 рубля и по 1 рублю).

Пример входных данных: 22

Пример выходных данных: 2 1 1 1

Практическая работа 3. Условия и циклы

Краткие теоретические сведения и примеры

1. Битовые операции. В ассемблере имеются следующие побитовые бу-

левские операции: and – “И”, or – “ИЛИ”, xor – “исключающее ИЛИ”, not –

отрицание, test – тоже “И”, но без изменения операнда (только лишь выстав-

ляются флаги). Данные команды устанавливают несколько флагов, из кото-

рых чаще всего проверяется флаг нуля (ZF).

Для примера рассмотрим следующую задачу. Пусть в регистре al нахо-

дится число от 0 до 9. Требуется получить в нём соответствующий ASCII-код

символа от '0' до '9'. Для этого достаточно написать команду or al,30h.

Дело в том, что в ASCII-кодах цифр биты 4 и 5 равны единице – мы их как

раз и устанавливаем с помощью маски 30h – в двоичном представлении

00110000.

Также в ассемблере имеются команды, позволяющие скопировать указан-

ный бит операнда во флаг CF и затем выполнить внутри операнда с ним ка-

кое-либо действие – они записываются как bt, btc, btr, bts.

2. Команды сравнения и условного перехода. Для сравнения двух чисел ис-

пользуется команда cmp. Она вычитает первый операнд из второго (аналогично

sub), но результат не сохраняет, а лишь выставляет соответствующие флаги.

После команды cmp обычно используется одна из команд условного пе-

рехода. Имеется несколько групп команд условного перехода.

Во-первых, команды, выполняющие переход в зависимости от состояния

конкретного флага: jz – переход, если нуль, jnz – если не нуль, jc – если пере-

нос, jnc – если переноса нет и т.д.

Во-вторых, команды, выполняющие переход в зависимости от равенства

или неравенства операндов: je – переход, если равны, jne – если не равны.

Сюда же можно отнести две специфические команды: jcxz – переход, если

регистр cx=0, jecxz – если регистр ecx равен нулю.

В-третьих, команды перехода после сравнения беззнаковых операндов: ja

– переход, если больше, jae – если больше или равно, jb – если меньше и т.д.

В-четвертых, команды перехода после сравнения операндов со знаком: jg

- переход, если больше, jge – если больше или равно, jl – если меньше и т.д.

Пример:

cmp eax, ebx ;сравнить два числа

jl L1; если меньше (числа со знаком), идти на L1

3. Команда цикла. Для организации циклов, в принципе, можно исполь-

зовать команды условного перехода. Но для удобства имеется и специальный

способ организации цикла, повторяющего заданное число шагов. Для этого в

регистр ecx (или cx) помещается число повторений, затем ставится метка на-

чала цикла, далее идёт тело цикла, а в конце ставится команда loop с меткой.

Команда loop вычитает единицу из ecx (или cx) и сравнивает его с нулём.

Если результат не равен нулю, выполняется переход на метку – т.е. цикл

продолжается. Пример:

mov ecx,10

L1:

; тело цикла...

loop L1

Если мы хотим явно указать, будет в цикле использоваться регистр ecx или cx,

то вместо loop можно использовать команды loopd и loopw соответственно.

Контрольные вопросы и задания

1. Допустим, перед началом цикла LOOPW регистр CX равен 0. В теле цикла

регистр CX явным образом не меняется. Сколько раз будет выполнено тело

цикла?

2. Известно, что при использовании команды CMP получились флаги SF=0,

OF=1, CF=1. Если операнды – числа со знаком, то можем ли мы точно ска-

зать, что один из них меньше другого и который именно?

3. Известно, что при использовании команды CMP получились флаги SF=1,

OF=1, CF=0. Если операнды – числа со знаком, то можем ли мы точно ска-

зать, что один из них меньше другого и который именно?

4. Дан следующий код:

mov ax,-30

cmp ax, bx

ja Target

Найдите самое большое число без знака, которое может лежать в bx, чтобы

переход на метку сработал.

5. Пусть входное число находится в регистре eax. Дан следующий код:

mov ebx, eax

dec ebx

команда eax, ebx

Какую команду нужно поставить в последней строчке, чтобы в результате её

работы устанавливался флаг zf, если в eax записана степень двойки?

Задание по программированию

1. Проверьте на ассемблере, правильно ли вы ответили на вышеприведённые

вопросы.

2. Решите задачу № 166 из электронного практикума по программированию

на языке ассемблера. Условие задачи:

Дано натуральное десятичное число N (от 0 до 2

) и основание системы

счисле

ния K (от 2 до 16). Вывести на экран число N в заявленной системе

счисления (без ведущих нулей).

Входные данные: числа N и K, разделенные пробелом или переводом строки.

Выходные данные: число N в требуемой системе счисления.

Пример входных данных: 5 2.

Пример выходных данных: 101.

Практическая работа 4. Процедуры в ассемблере

Краткие теоретические сведения и примеры

1. Работа со стеком. Чтобы понимать на низком уровне, как происходит

вызов процедур, необходимо вначале разобраться, как работает стек. Стек

представляет собой непрерывный блок оперативной памяти, доступ к кото-

рому осуществляется посредством пары регистров SS и ESP. В регистре ESP

хранится смещение вершины стека (то есть адрес последнего добавленного

элемента). Значение ESP изменяется такими командами, как push, pop, call,

ret и др. Напрямую изменять ESP программисту обычно не требуется.

Стек в программе используется, во-первых, как удобное место для вре-

менного сохранения значений регистров. Во-вторых, при вызове процедуры в

стек помещаются её аргументы, адрес возврата, в нём же выделяется память

под локальные переменные.

Для помещения значения в стек используется команда push. При вставке

4-байтового числа она вначале вычи

тает 4 из ESP (стек растёт в сторону

уменьшения адресов), после чего по полученному адресу записывает аргу-

мент. Пример вызова: push eax. Для извлечения аргумента из стека приме-

няется команда pop – она выполняет обратные действия. Также имеются ко-

манды pushad и popad, позволяющие поместить и извлечь из стека сразу все

32-разрядные регистры общего назначения.

2. Особенности написания и вызова процедур. Сразу рассмотрим кон-

кретный пример:

.model flat, stdcall

sample PROC uses eax ebx, a:DWORD, b:DWORD

LOCAL tmp1:DWORD, tmp2:DWORD

; ...

ret

sample ENDP

В данном примере создана процедура sample. У неё имеются два аргумента a и

b, оба типа DWORD. С помощью директивы uses мы указали, что в процедуре из-

меняются значения регистров eax и ebx – в результате ассемблер сгенерирует код,

который при входе в процедуру сохранит эти регистры в стеке, а перед выходом

восстановит. В процедуре имеются две локальных переменных tmp1 и tmp2 типа

DWORD. Выход из процедуры выполняется командой ret.

Данную процедуру можно вызвать командой:

INVOKE sample, arg1, arg2

Рассмотрим, что будет находиться в стеке во время выполнения процедуры

(стек растёт в сторону уменьшения адресов – на рисунке 3 это будет сверху вниз).

arg2

[EBP+12]

arg1

[EBP+8]

Адрес возврата

[EBP+4]

старое значение EBP

←EBP

tmp1

[EBP-4]

tmp2

[EBP-8]

старое значание eax

[EBP-12]

ESP→

старое значение ebx

[EBP-16]

Рис.3. Структура стекового фрейма процедуры sample

Примечание. Если бы в директиве .model в качестве спецификатора язы-

ка был указан не stdcall, а pascal, то аргументы в стеке располагались бы в

другом порядке (arg1, arg2).

В начале процедуры ассемблер вставляет примерно следующий код:

push ebp; сохраним текущее значение ebp

mov ebp, esp; запоминаем текущую позицию в стеке

sub esp, 8; место под локальные переменные

push eax ;сохраняем указанные в uses регистры

push ebx

В конце процедуры ассемблер вставляет примерно такой код:

mov esp, ebp ;восстанавливаем положение в стеке

;на момент начала процедуры

pop ebp

ret 8; выходим, извлекая 8 байтов аргументов

Из данного рисунка и примеров кода видно, что для доступа к аргументам

и локальным переменным используется косвенная адресация со смещением

относительно регистра EBP. Хотя мы для удобства можем использовать ос-

мысленные имена наподобие arg1 или tmp2, в итоге они преобразуются ас-

семблером в обращение к памяти, адресуемой EBP.

Директива INVOKE для вызова процедуры транслируется примерно в

следующую последовательность команд:

push arg2

push arg1

call sample

Контрольные вопросы и задания

1. Как работает команда push? Уменьшается или увеличивается значение в ESP?

Данные в стек записываются сразу, а потом меняется ESP, или наоборот?

2. С помощью какой команды можно поместить все 32-разрядные регистры

общего назначения в стек? А с помощью какой их извлечь?

3. С помощью какой директивы можно указать ассемблеру, какие регистры

изменяются в процедуре, чтобы автоматически сгенерировались команды их

помещения в стек при входе в процедуру и извлечения из стека перед каждой

командой ret?

4. При выполнении команды call что помещается в стек?

5. Если в процедуре без параметров определена одна локальная переменная

типа DWORD, то по какому смещению она будет располагаться?

6. Дана следующая процедура:

tst PROC uses eax

LOCAL tmp:DWORD

...

tst ENDP

На сколько байтов уменьшится размер стека при заходе в процедуру?

7. Процедура с одним аргументов объявлена следующим образом:

tst PROC, arg:DWORD

Какую константу нужно добавить к регистру EBP, чтобы получился адрес

аргумента?

8. Где могут располагаться аргументы, передаваемые в директиву INVOKE?

9. Пусть вы стоите где-то внутри процедуры и хотите реализовать досрочный

возврат из неё. Как это правильно сделать?

Задание по программированию

1. Проверьте на ассемблере, правильно ли вы ответили на вышеприведённые

вопросы.

2. Решите задачу № 660 из электронного практикума по программированию

на языке ассемблера. В задаче требуется найти число сочетаний из N по M.

Для решения используйте рекуррентную формулу C(N,M) = C(N-1,M-

1)+C(N-1,M). Для ускорения работы вычисленные значения нужно запоми-

нать в массиве согласно методу динамического программирования (он рас-

сматривался в курсе «Структуры и алгоритмы обработки данных»).

Практическая работа 5. Обработка строк и массивов в ассемблере

Краткие теоретические сведения и примеры

Для обработки массивов и строк (по сути, тех же массивов) вполне можно

использовать и команды, с которыми вы работали на предыдущих практиках.

Однако процессором поддерживается также набор специализированных ин-

струкций, с помощью которых зачастую можно добиться гораздо более вы-

сокой производительности.

В системе команд процессора имеется 5 групп таких команд [2], они приведены

в таблице 2. Адресация памяти в них выполняется через регистры esi и edi.

Сами по себе приведенные команды выполняют только одну операцию

над байтом, словом или двойным словом. Однако, если перед ними указать

префикс повторения, выполнение команды будет повторено столько раз,

сколько указано в регистре ecx.

Префиксом повторения может быть rep – повторять, пока ecx>0, repz и

repe – повторять, пока ecx>0 и флаг нуля ZF=1, repnz, repne – повторять, пока

ecx>0 и флаг нуля ZF=0.

Команды могут выполнять обработку данных от младших адресов к

старшим или наоборот – за это отвечает флаг направления. Если флаг сбро-

шен (это делается командой cld), то обработка идёт вперёд (то есть от млад-

ших адресов к старшим), а если установлен (командой std) – то назад.

Таблица 2

Команды обработки строковых примитивов

Команда

Название

Описание

movsb,

movsw,

movsd

Переместить

строку данных

Копирует данные из одного участка

памяти в другой

cmpsb,

cmpsw,

cmpsd

Сравнить строки

Сравнивает два участка памяти произ-

вольной длины

scasb, scasw,

scasd

Сканировать

строку

Сравнивает целочисленное значение с

содержимым участка памяти

stosb, stosw,

stosd

Сохранить строко-

вые данные

Заполняет участок памяти произволь-

ной длины целочисленным значением

lodsb, lodsw,

lodsd

Загрузить строко-

вые данные

Загружает целочисленное значение из

памяти в аккумулятор (eax, ax, al)

Рассмотрим данные команды более подробно. Команды movsb, movsw,

movsd позволяют скопировать данные из одного участка памяти, адрес кото-

рой указан в esi, в другой, адрес которого указан в edi. Пример копирования

одного масcива в другой:

mov esi, OFFSET arrayA

mov edi, OFFSET arrayB

mov ecx, SIZEOF arrayA

rep movsb

Команды cmpsb, cmpsw, cmpsd позволяют сравнить два участка памяти,

адреса задаются аналогично.

Команда scasb, scasw, scasd используется обычно для поиска элемента в

массиве или строке (адрес задаётся в edi) и используется, как правило, с пре-

фиксом repne (или repe, если надо найти первое несовпадение). При нахож-

дении искомого элемента в edi будет содержаться адрес следующего.

Команды stosb, stosw, stosd позволяют сохранить значение al/ax/eax в па-

мяти, адресуемой через регистр edi. Обычно используется для быстрого за-

полнения массива каким-то значением.

Команды lodsb, lodsw, lodsd загружают в al/ax/eax содержимое из памяти, адре-

суемой через регистр esi. Обычно используются без префиксов повторения.

Контрольные вопросы и задания

1. При сравнении строк командой repe cmpsb что будет в регистрах esi и edi,

если нашлись различающиеся символы?

2. Какие команды обработки массивов копирует один участок памяти в дру-

гой, сравнивают два участка памяти, используются при поиске какого-либо

значения в массиве?

3. Какие команды обработки массивов используются для заполнения массива

заданным значением, загружают в аккумулятор текущий элемент массива?

4. Какие из команд обработки массивов и строк используют регистр esi?

5. Какие из команд обработки массивов и строк используют регистр edi?

Задание по программированию

1. Проверьте на ассемблере, правильно ли вы ответили на вышеприведённые

вопросы.

2. Решите задачу № 121 из электронного практикума по программированию

на языке ассемблера. Условие задачи:

Дан одномерный массив из N целых чисел и целое число X. требуется вы-

полнить |X| кольцевых перестановок массива. Если X>0, сдвиг элементов

производится вправо, при X<0 - влево.

Входные данные: вначале число N (от 0 до 100), затем элементы массива

(также целые числа от 0 до 100) и в конце число X (от -100 до 100). Вводи-

мые числа разделяются пробелами и/или переводами строк.

Выходные данные: элементы результирующего массива через пробел

Пример входных данных:

1 2 3 4 5

Пример выходных данных:

2 3 4 5 1

Практическая работа 6. Интерфейс ассемблера с языками

высокого уровня

Краткие теоретические сведения и примеры

В наше время программистам редко приходится разрабатывать сложные

программные продукты на языке ассемблера – гораздо удобнее для этого

языки высокого уровня. Однако иногда возникают ситуации, когда отдель-

ные элементы проекта необходимо написать на ассемблере – например, для

повышения производительности критических мест программы или для пря-

мого доступа к оборудованию. Для этого необходимо знать, каким образом

связать код на ассемблере и языке высокого уровня.

1. Ассемблерные вставки. Первый и самый простой вариант заключается

в использовании ассемблерных вставок. Компилятор MS Visual C++ (и дру-

гие) поддерживает директиву __asm, позволяющую включать ассемблерный

код непосредственно в текст программы на C++. Данный подход весьма удо-

бен. Во-первых, программист из ассемблерной вставки может обращаться по

именам к переменным C++, в том числе к локальным и параметрам функций.

Во-вторых, не нужно учитывать особенности компоновки объектных моду-

лей, именования функций и соглашения о передаче параметров.

В качестве примера приведём функцию, выполняющую разворот битов в

заданном однобайтовом числе:

int turn (unsigned char b){

unsigned char res;

__asm{

mov al,b ;помещаем исходный байт в al

mov bl,0 ;а здесь будет результат

mov ecx,8 ;цикл будет на 8 итераций

L1:

shr al, 1 ;выдвигаем младший бит в CF

rcl bl, 1 ;задвигаем бит из CF в bl

loop L1

mov res, bl ;результат в возвращаемую перем-ю

}

return res;

}

2. Подключение ассемблерного модуля. Второй вариант интеграции ас-

семблера с C++ заключается в разработке отдельного ассемблерного модуля