Az Assemly programozas alapjai: a 80*86 processzor regiszterei, címzési módok, PC megszakítasok, a hadver programozas szintjei

Az Assemly programozás alapjai: a 80*86 processzor regiszterei, címzési módok, PC megszakítások, a hadver programozás szintjei

A Assembly programozási nyelv az egyik legrégebbi programozási nyelv, közvetlenül a gépi kódú programoz 141i87b ás után jelent meg. Létjogosultságát bizonyítja, hogy speciális problémák megoldására még ma is alkalmazzák. Manapság a hardverközeli programok készítésének leghatékonyabb programozási nyelve. Az Assembly programok utasításai, szerkezete a gép logikához igazodik. Az Assembly programok nagyon gyors, és hatékony programok, mivel a processzor lehetõségeit maradéktalanul képesek kihasználni.
Az Assembly nyelvet háromféle módszerrel tudjuk felhasználni:
- Magasszintû programozási nyelvek programjainak forráskódjába Assembly nyelvû utasításokat ágyazunk.
- Tárgykód szintjén szerkesztjük be a magasszintû programba (Pascal esetén $L direktíva)
- "Valódi" Assembly programokat írunk.

Több magasszintû programozási nyelv támogatja az Assembly programrészletek beillesztését, Turbo Pascal, Borland C, stb.

A hardver programozás szintjei:

A hardver egységeket programjaink írása során többféleképpen kezelhetjük. A hardver programozása során négy szintet kell elkülönítenünk:

Magasszintû programozási nyelv utasításaival:
A legkevésbé hatékony, de a programozó szempontjából a legkényelmesebb eljárás, amikor az adott programozási nyelv utasításainak segítségével kezeli a harver egységeket. Pld.:

Writeln('Pascal');
 

DOS (operációs renszer szintû) megszakítás használatával:
Az operációs rendszer szintjén definiált rutin, amely a hardver egységeket, erõforrásokat kezeli. A DOS (Windows 9x) operációs rendszerek esetében ez a 21h sorszámú megszakítás, amelynek a 2h alfunkciója kezeli a képernyõt. A megszakítás segítségével egy karaktert tudunk a kurzor pozíciójába kiírni. A szükséges programrészlet:

Uses DOS;
Var R: Registers;
Begin
    ...
    R.AH:= 2;
    R.AL:= ord('P');
    Intr($21, R);
    R.AH:= 2;
    R.AL:= ord('A');
    Intr($21, R);
    R.AH:= 2;
    R.AL:= ord('S');
    Intr($21, R);
    ...
End.

BIOS megszakítás használatával:
A BIOS is definiálja a standard perifériák kezeléséhez szükséges megszakításokat. A BIOS megszakítások a 10h sorszámot kapták, a 14 alfunció segítégével egy karaktert írhatunk ki a képernyõre a kurzor pozíciójába.
A szükséges programrészlet:

Uses DOS;
Var R: Registers;
Begin
    ...
    R.AH:= 14;
    R.AL:= ord('P');
    Intr($10, R);
    R.AH:= 14;
    R.AL:= ord('A');
    Intr($10, R);
    R.AH:= 14;
    R.AL:= ord('S');
    Intr($10, R);
    ...
End.

Közvetlen hardverhozzáférés használatával:

Uses CRT;
Var Kep: Array [1..25, 1..80, 1..2] of byte absolute $B800:$0000;
Begin
    ClrScr;

    Kep[1][1][1]:= Ord('P');
    Kep[1][2][1]:= Ord('a');
    Kep[1][3][1]:= Ord('s');
    Kep[1][4][1]:= Ord('c');
    Kep[1][5][1]:= Ord('a');
    Kep[1][6][1]:= Ord('l');
End.

A programban a képernyõ memória felépítésének megfelelõ tömböt deklaráltunk, majd az absolute direktíva segítségével a változót rádefiniáltuk a képernyõmemória kezdõcímére (B800h:0000h). Ezután már csak a tömb elemeinek kell értéket adnunk, így közvetlenül írhatunk a szöveges képernyõ memóriájába. Mielõtt a szöveget kiírnánk a képernyõre, célszerû végrehajtani egy képernyõtörlést, így szebb lesz...
 

A 80x86 processzor regiszterei:

Az Assembly programok írása során közvetlenül a processzornak adjuk az utasításokat, a processzor (illetve az operációs rendszer) által definiált rutinokat - a megszakításokat - használjuk fel a program írása során. A megszakítások használatához a processzor belsõ tárolóhelyeit, a regisztereket kell felhasználnunk.

A regisztereket a feladatuk alapján csoportosíthatjuk:

Általános regiszterek:
AX: Akkumlátor regiszter, osztásnál és szorzásnál van kitüntetett szerepe.
BX: Bázis regiszter, indirekt és bázisregiszteres indirekt címzés során kap szerepet.
CX: Számlálóregiszter, ciklusszervezés és stringmûveletek esetén alkalmazzuk.
DX: Adatregiszter, szorzás, osztás és I/O utasítások során fontos.

Vezérlõ regiszterek:
IP: Utasításmutató. Automatikusan a következõ utasítás címét tartalmazza. Ugrások során fontos.
SP: Veremmutató. Automatikusan kap értéket, program hívásakor kap szerepet.
BP: Báziscím mutató. A Stack szegmens indirekt és bázisregiszteres címzésénél használjuk.
SI: Forrás index. Stringmûveletek során használjuk.
DI: Célindex. Stringmûveletek során használjuk.
Flags: Státusz regiszter, hiba esetén használható.

Szegmens regiszterek:
CS: Kódszegmens.
DS: Adatszegmens.
SS: Veremszegmens.
ES: Másodlagos adatszegmens.
FS: Másodlagos adatszegmens.
GS: Másodlagos adatszegmens.

A másodlagos adatszegmens regisztereket virtuális címzések során használjuk. A szegmensregiszterek közvetlenül nem kaphatnak értéket, csak egy másik regiszter tartalmát tölthetjük ide.

A megszakítások:

A megszakítások az operációs rendszer és a BIOS által elõre definiált rutinok, amelyeket a programozó felszanálhat a kívánt tevékenység elvégzéséhez.
A megszakítások használatához a regisztereket kell alkalmaznunk. Mivel a processzor közvetenül hajtja végre az utasításokat, a megszakítások adatait (I/O adatok) a regiszterekbe kell tölteni a megszakítás meghívása elõtt. A megszakítások a számítógép perifériáinak, erõforrásainak alacsony szintû kezelését hivatottak biztosítani. A különféle egységek kezeléséhez használható megszakítások hexadecimális sorszámokat kapnak, amelyek segítségével az adott megszakítás meghívható. A megszakításoknak általában vannak alfunkciói is.
Tehát mielõtt egy megszakítást használnánk a regisztereket fel kell tölteni a szükséges értékekkel: megszakítás száma, alfunció száma, input adatok. A megszakítás végrehajtása után szintén a regiszterek tartalmazzák a kimeneti információkat, a regiszterek tartalmát kell menteni, ha szeretnénk a késõbbiekben használni az output adatokat.

Néhány fontosabb megszakítás:

Képernyõ kezelése: 10h megszakítás. (AX)
    Képernyõtörlés: 0h alfunkció (AH)
        Bemeneti információk:
        Karaterfelbontás:  1- 40x25 színes (AL)
                    3- 80x25 színes (AL)

    Kurzor beállítása: 1h alfunkció (AH)
        Bemeneti információk:
        Kezdõsor (CH)
        Zárósor (CL)

    Karakter kiírása a kurzor pozíciójába: 9h alfunkció
        Bemeneti információk:
        Karakter kódja (AL)
        Képernyõ oldal (BH)
        Attribútum (szín, háttér) (BL)
        Ismétlésszám (CX)

Billentyûzet kezelése: 16h megszakítás (AX)
    Karakter olvasása: 0h alfunkció (AH)
        Kimeneti információk:
        Scan kód (AH)
        Karakter kód (AL)
 
 
A címzési módok:

Az Assembly programokból mind az adatterületet (adatszegmenst) mind a kódterületet (kódszegmenst) tudjuk címezni. A kódterület címzése tulajdonképpen a programban végrehajtott ugrást jelent, azon a címen fog folytatódni a program végrehajtása, amely címre ugrunk.
 

A kódterület címzése:

Az ugrás lehet feltétel nélküli, illetve feltételes ugrás. A feltétel nélküli ugrás során a jmp utasítást használjuk. A feltétel nélküli ugrás fajtái:

IP relatív címzés:
Az utasításban talált adatot hozzáadja az IP regiszter által tárolt értékhez, itt folytatódik a program végrehajtása.
Pld: jmp vissza

Direkt címzés:
Valamely regiszter tartalmazza a célcímet, a regiszter tartalmát használjuk fel az ugrás során.
Pld: jmp bx

Indirekt címzés:
A regiszter címén van a kívát cím.
Pld: jmp [bx]

A feltételes ugrás során csak akkor történik meg a vezérlésátadás, ha a megfogalmazott feltétel teljesül. A feltételes ugrás során a jmp utasítás feltételes változatait használjuk fel a kritériumok meghatározásához. A feltételt az F (Flags) regiszter tartalmazza, az F regiszter feltöltéséhez célszerû felhasználni a cmp utasítást. Példa: ha ax regiszter értéke 5, akkor ugorjunk a vissza címkére:
cmp ax,5
je vissza

Tehát a feltételes ugrások két utasításból épülnek fel, az elsõ utasítás során megfogalmazzuk a feltételt, a második utasítás során pedig megvizsgáljuk az értékét, és ennek megfelelõ ugrást hajtunk végre.

A jmp utasítás feltételes változatai:
JA címke: op1op2
JNA címke: op1<=op2
JAE címke: op1=op2
JNC címke: op1=op2
JB címke: op1<op2
JC címke: op1<op2
JNE címke: op1<op2
...
Tehát a feltételes ugró utasítások variálható utasítások. Az elsõ betû kötelezõen a J, a második és harmadik betû a feltételt fogalmazza meg.
Tehát: JNE címke
J- Jump (ugrás)
N- Not (tagadás)
E- Equal (egyenlõ)

A variációhoz felhasználható karakterek és jelentésük:
N: Not (tagadás)
L: Less (kevesebb)
G: Greater (több)
A: Above (felett)
B: Bottom (alatt)
C: Carry
Z: Zero (nulla)
E: Equal (egyenlõ)

Nyilván az egymást kizáró karakterkombinációk nincsenek megengedve. Rossz példa: JAB címke.
 

Ciklusok az Assembly programban:

A ciklusok képzési is a feltételes ugrások felhasználásával történhet. Pld:

      mov ax,1
@vissza: add ax,1
      add bx,ax
      cmp ax,5
      jne vissza

A ciklusok szervezésekor van azonban egy kényelmesebb lehetõségünk is. A ciklusfeltétel vizsgálatához felhasználhatjuk a CX (utasításszámláló) regisztert. A CX regiszter használata esetén mindössze arra kell figyelni, hogy ennek a regiszterenek a tartalmát a ciklusmagban ne módosítsuk. A ciklus elkezdése elõtt a CX regiszterbe kell tölteni (mov cx, ...) a ciklus ismétléseinek számát, és a ciklusmag végét a LOOP címke utasítással kell zárnunk. Az elõbbi ciklus ilyen módon:

      mov cx,5
      mov ax,1
@vissza: add ax,1
      add bx,ax
      loop vissza
 

Az adatterület címzése:

Az adatterület címzése során tulajdonképpen a direkt memóriakezelést valósítjuk meg. Az adatterületen tárolt változókhoz közvetlen módon férhetünk hozzá, értéküket közvetlenül módosíthatjuk.
 

Az adatterület címzésének lehetõségei:

Kódba épített adattal (közvetlen címzés):
A kívánt memóriacímet konstans értékként adjuk meg.
Pld: mov ax, $B800

Regiszteres címzés:
A kívánt memóriacímet egy regiszter tartalmazza. Figyelni kell arra, hogy a regiszterek azonos típusúak legyenek.
Pld: mov ax, bx

Közvetlen memória címzés:
A második operandus egy változó, illetve egy változó címe.
Pld: mov ax, adat

Indexelt címzés:
Pld: mov ax, [di+4]

Regiszter indexelt címzés:
A kívánt memóriacím offset részét a BX, SI, DI regiszterek egyike tartalmazza.
Pld: mov ax, CS:[DI]

Bázis relatív címzés:
A memóriacím a BX tartalmához viszonyított cím.
Pld: mov ax, [bx+4]

Bázis indexelt címzés:
Pld: mov ax, [bx][si+10]