Числа со знаком и дополнительный код Синтаксис FASM Для записи отрицательного числа в программе на ассемблере используется символ -, например: x db -5 Кстати, это работает и с числами в других системах счисления, и даже с символами y db -25h z db -77o k db -101b s db -'a' Со знаковыми и беззнаковыми числами нужно быть внимательным, потому что только вы знаете, какие числа используются в вашей программе! Процессору абсолютно по барабану, какие данные он обрабатывает, поэтому невнимательность может привести к ошибке. Один и тот же байт может интерпретироваться по- разному, в зависимости от того со знаком число или без. Например, числу со знаком -5 соответствует число без знака 251:

Диапазоны значений чисел со знаком и без

Сложение Для сложения двух чисел предназначена команда ADD. Она работает как с числами со знаком, так и с числами без знака (это особенность дополнительного кода).ADD Операнды должны иметь одинаковый размер (нельзя складывать 16- и 8-битное значение). Результат помещается на место первого операнда. В общем, эти правила справедливы для большинства команд.

После выполнения команды изменяются флаги, по которым можно определить характеристики результата

Пример

Вычитание Вычитание выполняется с помощью команды SUB. Результат также помещается на место первого операнда и опять же выставляются флаги. Единственная разница в том, что происходит вычитание, а не сложение.SUB На самом деле вычитание в процессоре реализовано с помощью сложения. Процессор меняет знак второго операнда на противоположный, а затем складывает два числа. Если вам необходимо в программе поменять знак числа на противоположный, можно использовать команду NEG. У этой команды всего один операнд.NEG

Пример

Инкремент и декремент Очень часто в программах используется операция прибавления или вычитания единицы. Прибавление единицы называется инкрементом, а вычитание декрементом. Для этих операций существуют специальные команды процессора: INC и DEC. Обратите внимание, что эти команды не изменяют значение флага CF.INCDEC

Пример программы Чтобы всё стало совсем понятно, напишем небольшую программу. Требуется вычислить значение формулы: e=a-(b+c-1)+(-d). Все числа являются 8-битными целыми со знаком. Объявим их после кода и придумаем какие-нибудь значения. Вот что у меня получилось:

Пример программы

Сложение и вычитание с переносом В системе команд процессоров x86 имеются специальные команды сложения и вычитания с учётом флага переноса (CF). Для сложения с учётом переноса предназначена команда ADC, а для вычитания SBB. В общем, эти команды работают почти также, как ADD и SUB, единственное отличие в том, что к младшему разряду первого операнда прибавляется или вычитается дополнительно значение флага CF.ADCSBBADDSUB Зачем нужны такие команды? Они позволяют выполнять сложение и вычитание многобайтных целых чисел, длина которых больше, чем разрядность регистров процессора (в нашем случае 16 бит). Принцип программирования таких операций очень прост длинные числа складываются (вычитаются) по частям. Младшие разряды складываются(вычитаются) с помощью обычных команд ADD и SUB, а затем последовательно складываются(вычитаются) более старшие части с помощью команд ADC и SBB. Так как эти команды учитывают перенос из старшего разряда, то мы можем быть уверены, что ни один бит не потеряется Этот способ похож на сложение(вычитание) десятичных чисел в столбик.ADDSUBADCSBB

Сложение двух двоичных чисел командой ADD

Применение команды ADC

Пример

Умножение и деление Для умножения чисел без знака предназначена команда MUL. У этой команды только один операнд второй множитель, который должен находиться в регистре или в памяти. Местоположение первого множителя и результата задаётся неявно и зависит от размера операнда:

Умножение и деление Отличие умножения от сложения и вычитания в том, что разрядность результата получается в 2 раза больше, чем разрядность сомножителей. Также и в десятичной системе например, умножая двухзначное число на двухзначное, мы можем получить в результате максимум четырёхзначное. Запись «DX:AX» означает, что старшее слово результата будет находиться в DX, а младшее в AX. Примеры: mul bl ;AX = AL * BL mul ax ;DX:AX = AX * AX Если старшая часть результата равна нулю, то флаги CF и ОF будут иметь нулевое значение. В этом случае старшую часть результата можно отбросить. Это свойство можно использовать в программе, если результат должен быть такого же размера, как множители.

Умножение чисел со знаком Для умножения чисел со знаком предназначена команда IMUL. Эта команда имеет три формы, различающиеся количеством операндов:

Пример CF = OF = 0, если произведение помещается в младшей половине результата, иначе CF = OF = 1. Для второй и третьей формы команды CF = OF = 1 означает, что произошло переполнение.

Деление чисел без знака Деление целых двоичных чисел это всегда деление с остатком! По аналогии с умножением, размер делителя, частного и остатка должен быть в 2 раза меньше размера делимого. Деление чисел без знака осуществляется с помощью команды DIV. У этой команды один операнд делитель, который должен находиться в регистре или в памяти. Местоположение делимого, частного и остатка задаётся неявно и зависит от размера операнда:

Деление чисел без знака При выполнении команды DIV может возникнуть прерывание DIV если делитель равен нулю; если частное не помещается в отведённую под него разрядную сетку (например, если при делении слова на байт частное больше 255).

Примеры

Деление чисел со знаком Для деления чисел со знаком предназначена команда IDIV. Единственным операндом является делитель. Местоположение делимого и частного определяется также, как для команды DIV. Эта команда тоже генерирует прерывание при делении на ноль или слишком большом частном.IDIVDIV

Пример программы Допустим, в программе требуется вычислять координату какого-то движущегося объекта по формуле: x = x 0 + v 0 t + at 2 /2 Все числа в правой части 8-битные целые без знака, а x 16-битное целое и тоже без знака. Здесь нужно внимательно следить за размерами операндов.

Пример программы

Циклы и команда LOOP Синтаксис объявления меток Метка представляет собой символическое имя, вместо которого компилятор подставляет адрес. В программе на ассемблере можно присвоить имя любому адресу в коде или данных. Обычно метки используются для организации переходов, циклов или каких-то манипуляций с данными. По сути имена переменных, объявленных с помощью директив объявления данных, тоже являются метками. Но с ними компилятор дополнительно связывает размер переменной. Метка объявляется очень просто: достаточно в начале строки написать имя и поставить двоеточие.

Пример Теперь вместо имени m1 компилятор везде будет подставлять адрес команды mov ax,4C00h. Можно объявлять метку на пустой строке перед командой:

Команда LOOP Для организации цикла предназначена команда LOOP. У этой команды один операнд имя метки, на которую осуществляется переход. В качестве счётчика цикла используется регистр CX. Команда LOOP выполняет декремент CX, а затем проверяет его значение. Если содержимое CX не равно нулю, то осуществляется переход на метку, иначе управление переходит к следующей после LOOP команде. Содержимое CX интерпретируется командой как число без знака. В CX нужно помещать число, равное требуемому количеству повторений цикла. Понятно, что максимально может быть повторений. Ещё одно ограничение связано с дальность перехода. Метка должна находиться в диапазоне -127…+128 байт от команды LOOP (если это не так, FASM сообщит об ошибке).

Пример цикла В качестве примера я приведу простую программу, которая будет печатать все буквы английского алфавита. ASCII-коды этих символов расположены последовательно, поэтому можно выводить их в цикле. Для вывода символа на экран используется функция DOS 02h (выводимый байт должен находиться в регистре DL).

Вложенные циклы Иногда требуется организовать вложенный цикл, то есть цикл внутри другого цикла. В этом случае необходимо сохранить значение CX перед началом вложенного цикла и восстановить после его завершения (перед командой LOOP внешнего цикла). Сохранить значение можно в другой регистр, во временную переменную или в стек. Следующая программа выводит все доступные ASCII-символы в виде таблицы 16×16. Значение счётчика внешнего цикла сохраняется в регистре BX.LOOP

Условные и безусловные переходы Безусловный переход это переход, который выполняется всегда. Безусловный переход осуществляется с помощью команды JMP. У этой команды один операнд, который может быть непосредственным адресом (меткой), регистром или ячейкой памяти, содержащей адрес. Существуют также «дальние» переходы между сегментами, однако здесь мы их рассматривать не будем. Примеры безусловных переходов:

Условные переходы Условный переход осуществляется, если выполняется определённое условие, заданное флагами процессора (кроме одной команды, которая проверяет CX на равенство нулю). Как вы помните, состояние флагов изменяется после выполнения арифметических, логических и некоторых других команд. Если условие не выполняется, то управление переходит к следующей команде. Существует много команд для различных условных переходов. Также для некоторых команд есть синонимы (например, JZ и JE это одно и то же).

Таблица переходов У всех этих команд один операнд имя метки для перехода. Обратите внимание, что некоторые команды применяются для беззнаковых чисел, а другие для чисел со знаком. Сравнения «выше» и «ниже» относятся к беззнаковым числам, а «больше» и «меньше» к числам со знаком. Для беззнаковых чисел признаком переполнения будет флаг CF, а соответствующими командами перехода JC и JNC. Для чисел со знаком о переполнении можно судить по состоянию флага OF, поэтому им соответствуют команды перехода JO и JNO. Команды переходов не изменяют значения флагов.

Пример В качестве примера я приведу небольшую программу для сложения двух чисел со знаком с проверкой переполнения. В случае переполнения будет выводиться сообщение об ошибке. Вы можете поменять значения объявленных переменных, чтобы переполнение возникало или не возникало при их сложении, и посмотреть, что будет выводить программа.

Команды CMP и TEST Часто для формирования условий переходов используются команды CMP и TEST. Команда CMP предназначена для сравнения чисел. Она выполняется аналогично команде SUB: из первого операнда вычитается второй, но результат не записывается на место первого операнда, изменяются только значения флагов. Например:

Стек Стеком называется структура данных, организованная по принципу LIFO («Last In First Out» или «последним пришёл первым ушёл»). Стек является неотъемлемой частью архитектуры процессора и поддерживается на аппаратном уровне: в процессоре есть специальные регистры (SS, BP, SP) и команды для работы со стеком. Обычно стек используется для сохранения адресов возврата и передачи аргументов при вызове процедур (о процедурах в следующей части), также в нём выделяется память для локальных переменных. Кроме того, в стеке можно временно сохранять значения регистров.

Схема организации стека в процессоре 8086 показана на рисунке: Стек располагается в оперативной памяти в сегменте стека, и поэтому адресуется относительно сегментного регистра SS. Шириной стека называется размер элементов, которые можно помещать в него или извлекать. В нашем случае ширина стека равна двум байтам или 16 битам. Регистр SP (указатель стека) содержит адрес последнего добавленного элемента. Этот адрес также называется вершиной стека. Противоположный конец стека называется дном Дно стека находится в верхних адресах памяти. При добавлении новых элементов в стек значение регистра SP уменьшается, то есть стек растёт в сторону младших адресов. Как вы помните, для COM-программ данные, код и стек находятся в одном и том же сегменте, поэтому если постараться, стек может разрастись и затереть часть данных и кода (надеюсь, с вами такой беды не случится ).

Для стека существуют всего две основные операции:

Добавление элемента в стек Выполняется командой PUSH. У этой команды один операнд, который может быть непосредственным значением, 16- битным регистром (в том числе сегментым) или 16- битной переменной в памяти. Команда работает следующим образом:

Извлечение элемента из стека Выполняется командой POP. У этой команды также один операнд, который может быть 16- битным регистром (в том числе сегментым, но кроме CS) или 16-битной переменной в памяти. Команда работает следующим образом:POP

Пример программы Имеется двумерный массив таблица 16-битных значений со знаком размером n строк на m столбцов. Программа вычисляет сумму элементов каждой строки и сохраняет результат в массиве sum. Первый элемент массива будет содержать сумму элементов первой строки, второй элемент сумму элементов второй строки и так далее.