Ассемблер. Сегменты памяти и регистры

  Светлана Деменева  | 

  Обновл. 29 Сен 2019  | 

 2842

Мы уже рассматривали 3 секции из которых состоят программы на ассемблере. Эти секции также представляют различные сегменты памяти. Что интересно, если вы замените ключевое слово section на segment, то получите тот же результат. Например:

Результат выполнения программы выше:

Hello, world!

Сегменты памяти

Модель сегментированной памяти разбивает системную память на группы независимых сегментов, на которые указывают указатели, расположенные в регистрах сегментов. Каждый сегмент используется для хранения данных определённого типа. Один сегмент используется для хранения кода инструкций, второй — для хранения элементов данных, а третий — для программного стека.

Сегменты памяти:

   Сегмент данных (data segment) — представлен секциями .data и .bss. Секция .data используется для объявления области памяти, где хранятся элементы данных для программы. Эта секция не может быть расширена после объявления элементов данных, и она остаётся статической во всей программе. Секция .bss также является секцией статической памяти, которая содержит буферы для данных, которые будут объявлены в программе позже. Эта буферная память заполнена нулями.

   Сегмент кода (code segment) — представлен секцией .text. Он определяет область в памяти, в которой хранятся коды инструкций. Это также фиксированная область.

   Стек (stack) — это сегмент, который содержит значения данных, передаваемые в функции и процедуры в программе.

Регистры


Обычно операции с процессором включают в себя обработку данных. Эти данные могут быть как сохранены в памяти, так и извлечены оттуда. Однако процесс чтения данных из памяти и хранения данных в памяти замедляет работу процессора, так как это предполагает сложный процесс отправки запроса данных через шину управления в блок памяти и получение данных по одному и тому же каналу.

Чтобы ускорить свою работу, процессор подключает определённые внутренние места хранения памяти, которые называются регистрами. Регистры хранят элементы данных для обработки без необходимости получать доступ к памяти. Ограниченное количество регистров встроено в чип процессора.

Регистры процессора

В архитектуре IA-32 есть десять 32-битных и шесть 16-битных процессорных регистра. Регистры делятся на три категории:

   Общие регистры (General Registers)

   Регистры управления (Control Registers)

   Сегментные регистры (Segment Registers)

В свою очередь, общие регистры делятся на следующие:

   Регистры данных (Data Registers)

   Регистры-указатели (Pointer Registers)

   Индексные регистры (Index Registers)

Регистры данных


Регистры данных — это четыре 32-битных регистра, которые используются для арифметических, логических и других операций. Эти 32-битные регистры могут быть использованы следующими тремя способами:

   Как полные 32-битные регистры данных: EAX, EBX, ECX, EDX.

   Нижние половины 32-битных регистров могут использоваться как четыре 16-битных регистра данных: AX, BX, CX и DX.

   Нижняя и верхняя половины вышеупомянутых четырёх 16-битных регистров могут использоваться как восемь 8-битных регистров данных: AH, AL, BH, BL, CH, CL, DH и DL.

Некоторые из этих регистров данных имеют специфическое применение в арифметических операциях.

   AX (primary accumulator) используется для ввода/вывода и в большинстве арифметических операций. Например, в операции умножения один операнд сохраняется в регистре EAX или AX или AL в соответствии с размером операнда.

   BX (base register) используется при индексированной адресации.

   CX (count register) хранит количество циклов в повторяющихся операциях (также, как и регистры ECX и CX).

   DX (data register) используется в операциях ввода/вывода, а также с регистрами AX и DX для выполнения операций умножения и деления, связанных с большими значениями.

Регистры-указатели

Регистрами-указателями являются 32-битные регистры EIP, ESP и EBP и соответствующие им 16-битные регистры IP, SP и BP. Есть три категории регистров-указателей:

   Указатель на инструкцию или команду (Instruction Pointer или IP) — 16-битный регистр IP хранит смещение адреса следующей команды, которая должна быть выполнена. IP в сочетании с регистром CS (как CS:IP) предоставляет полный адрес текущей инструкции в сегменте кода.

   Указатель на стек (Stack Pointer или SP) — 16-битный регистр SP обеспечивает значение смещения в программном стеке. SP в сочетании с регистром SS (SS:SP) относится к текущей позиции данных или адреса в программном стеке.

   Базовый указатель (Base Pointer или BP) — 16-битный регистр BP используется в основном при передаче параметров в подпрограммы. Адрес в регистре SS объединяется со смещением в BP, чтобы получить местоположение параметра. BP также можно комбинировать с DI и SI в качестве базового регистра для специальной адресации.


Индексные регистры


32-битные индексные регистры ESI и EDI и их 16-битные версии: SI и DI, которые используются в индексированной адресации, и, иногда, в операциях сложения/вычитания. Есть два типа индексных указателей:

   Исходный индекс (Source Index или SI) — используется в качестве исходного индекса в строковых операциях.

   Индекс назначения (Destination Index или DI) — используется в качестве индекса назначения в строковых операциях.


Регистры управления

Регистром управления является объединённый 32-битный регистр инструкций и 32-битный регистр флагов (регистр процессора, отражающий его текущее состояние). Многие инструкции включают в себя операции сравнения и математические вычисления, которые способны изменить состояние флагов, а некоторые другие условные инструкции проверяют значения флагов состояния, чтобы перенести поток управления в другое место.

Распространённые битовые флаги:

   Флаг переполнения (Overflow Flag или OF) — указывает на переполнение старшего бита данных (крайнего левого бита) после signed арифметической операции.

   Флаг направления (Direction Flag или DF) — определяет направление влево или вправо для перемещения или сравнения строковых данных. Если DF = 0, то строковая операция принимает направление слева направо, а когда DF = 1, то строковая операция принимает направление справа налево.

   Флаг прерывания (Interrupt Flag или IF) — определяет, будут ли игнорироваться или обрабатываться внешние прерывания (например, ввод с клавиатуры и т.д.). Он отключает внешнее прерывание, когда значение равно 0, и разрешает прерывание, когда установлено значение 1.

   Флаг ловушка (Trap Flag или TF) — позволяет настроить работу процессора в одношаговом режиме.

   Флаг знака (Sign Flag или SF) — показывает знак результата арифметической операции. Этот флаг устанавливается в соответствии со знаком элемента данных после выполнения арифметической операции. Знак определяется по старшему левому биту. Положительный результат сбрасывает значение SF до 0, а отрицательный результат устанавливает его равным 1.

   Нулевой флаг (Zero Flag или ZF) — указывает результат арифметической операции или операции сравнения. Ненулевой результат сбрасывает нулевой флаг до 0, а нулевой результат устанавливает его равным 1.

   Вспомогательный флаг переноса (Auxiliary Carry Flag или AF) — после выполнения арифметической операции содержит перенос с бита 3 на бит 4. Используется для специализированной арифметики. AF устанавливается, когда 1-байтовая арифметическая операция вызывает перенос из бита 3 в бит 4.

   Флаг равенства (Parity Flag или PF) — указывает общее количество 1-бит в результате, полученном после выполнения арифметической операции. Чётное число 1-бит сбрасывает PF до 0, а нечётное число 1-бит устанавливает PF равным 1.

   Флаг переноса (Carry Flag или CF) — после выполнения арифметической операции содержит перенос 0 или 1 из старшего бита (крайнего слева). Кроме того, хранит содержимое последнего бита операции сдвига или поворота.

В таблице ниже указано положение битовых флагов в 16-битном регистре флагов:

Флаг: O D I T S Z A P C
Бит №: 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0

Сегментные регистры


Сегменты — это специфические части программы, которые содержат данные, код и стек. Есть три основных сегмента:

   Сегмент кода (Code Segment или CS) — содержит все команды и инструкции, которые должны быть выполнены. 16-битный регистр сегмента кода или регистр CS хранит начальный адрес сегмента кода.

   Сегмент данных (Data Segment или DS) — содержит данные, константы и рабочие области. 16-битный регистр сегмента данных или регистр DS хранит начальный адрес сегмента данных.

   Сегмент стека (Stack Segment или SS) — содержит данные и возвращаемые адреса процедур или подпрограмм. Он представлен в виде структуры данных «Стек». Регистр сегмента стека или регистр SS хранит начальный адрес стека.

Кроме регистров CS, DS и SS существуют и другие регистры дополнительных сегментов (Extra Segment или ES), FS и GS, которые предоставляют дополнительные сегменты для хранения данных.

При написании программ на ассемблере, программе необходим доступ к ячейкам памяти. Все области памяти в сегменте относятся к начальному адресу сегмента. Сегмент начинается с адреса, равномерно делимого на десятичное 16 или на шестнадцатеричное 10. Таким образом, крайняя правая шестнадцатеричная цифра во всех таких адресах памяти равна 0, что обычно не сохраняется в сегментных регистрах.

Сегментные регистры хранят начальные адреса сегмента. Чтобы получить точное местоположение данных или команды в сегменте, требуется значение смещения. Чтобы сослаться на любую ячейку памяти в сегменте, процессор объединяет адрес сегмента в сегментном регистре со значением смещения местоположения.

Пример на практике

Посмотрите на следующую простую программу, чтобы понять, как используются регистры в программировании на ассемблере. Эта программа выводит 9 звездочек с простым сообщением:

Результат выполнения программы выше:

Displaying 9 stars
*********

Оценить статью:

Звёзд: 1Звёзд: 2Звёзд: 3Звёзд: 4Звёзд: 5 (12 оценок, среднее: 4,67 из 5)
Загрузка...

Добавить комментарий

Ваш E-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *