Unidad 3 (1).- Introducción al lenguaje ensamblador'
1.1 Importancia de la programación en lenguaje ensamblador
El lenguaje ensamblador es un tipo de lenguaje de bajo nivel utilizado para escribir programas informáticos, y constituye la representación más directa del código máquina específico para cada arquitectura de microprocesador.
Consiste en un conjunto de nemónicos que representan instrucciones básicas para los computadores, microprocesadores, microcontroladores y otros circuitos integrados programables.
Características
Posee una cierta dificultad de ser entendido ya que su estructura se acerca al lenguaje máquina, es decir, es un lenguaje de bajo nivel.
Es difícilmente portable, es decir, un código escrito para un microprocesador, puede necesitar ser modificado, para poder ser usado en otra máquina distinta. Al cambiar a una máquina con arquitectura diferente, generalmente es necesario reescribirlo completamente.
Los programas hechos por un programador experto en lenguaje ensamblador son generalmente mucho más rápidos y consumen menos recursos del sistema (memoria RAM y ROM) que el programa equivalente compilado desde un lenguaje de alto nivel. Al programar cuidadosamente en lenguaje ensamblador se pueden crear programas que se ejecutan más rápidamente y ocupan menos espacio que con lenguajes de alto nivel.
Con el lenguaje ensamblador se tiene un control muy preciso de las tareas realizadas por un microprocesador por lo que se pueden crear segmentos de código difíciles y/o muy ineficientes de programar en un lenguaje de alto nivel, ya que, entre otras cosas, en el lenguaje ensamblador se dispone de instrucciones del CPU que generalmente no están disponibles en los lenguajes de alto nivel.
Importancia del lenguaje ensamblador
La importancia del lenguaje ensamblador radica principalmente que se trabaja directamente con el microprocesador; por lo cual se debe de conocer el funcionamiento interno de este, tiene la ventaja de que en el se puede realizar cualquier tipo de programas que en los lenguajes de alto nivel no lo pueden realizar. Otro punto sería que los programas en ensamblador ocupan menos espacio en memoria.
Ventajas
Menor consumo de recursos.
Velocidad de ejecución de los programas.
Mayor control sobre el hardware.
Desventajas
Mayor tiempo de programación y cantidad de código.
Dificultad para encontrar errores en los programas.
Falta de portabilidad.
Peligro de afectar recursos inesperadamente.
1.2 El procesador y sus registros internos
Definición: El procesador es el que se refiere a los diferentes tipos de artículos de sistemas informativos que forma parte de un microprocesador que es parte de un CPU o micro que es el cerebro de la computadora y de todos los procesos informativos desde los más sencillos hasta los más complejos.
Los registros del procesador se emplean para controlar instrucciones en ejecución, manejar direccionamiento de memoria y proporcionar capacidad aritmética. Los registros son direccionables por medio de un nombre.
Tipos de registros:
Registros de segmento.
Registros de propósito general.
Registros de apuntadores.
Registros de banderas.
Registros de Pila.
Registros Indice.
◘ Registros de segmento: Un registro de segmento tiene 16 bits de longitud y facilita un área de memoria para direccionamiento conocida como el segmento actual.
Registro CS: El DOS almacena la dirección inicial del segmento de código de un programa en el registro CS. Esta dirección de segmento, mas un valor de desplazamiento en el registro apuntador de instrucción (IP), indica la dirección de una instrucción que es buscada para su ejecución.
Registro DS: La dirección inicial de un segmento de datos de programa es almacenada en el registro DS. En términos sencillos, esta dirección, mas un valor de desplazamiento en una instrucción, genera una referencia a la localidad de un byte especifico en el segmento de datos.
Registro SS: El registro SS permite la colocación en memoria de una pila, para almacenamiento temporal de direcciones y datos. El DOS almacena la dirección de inicio del segmento de pila de un programa en le registro SS. Esta dirección de segmento, mas un valor de desplazamiento en el registro del apuntador de pila (SP), indica la palabra actual en la pila que esta siendo direccionada.
Registros ES: Algunas operaciones con cadenas de caracteres (datos de caracteres) utilizan el registro extra de segmento para manejar el direccionamiento de memoria. En este contexto, el registro ES esta asociado con el registro DI (índice). Un programa que requiere el uso del registro ES puede inicializarlo con una dirección de segmento apropiada.
Registros FS y GS: Son registros extra de segmento en los procesadores 80386 y posteriores.
◘ Registros de propósito general: Los registros de propósito general AX, BX, CX y DX son los caballos de batalla del sistema. Son únicos en el sentido de que se puede direccionarlos como una palabra o como una parte de un byte. El ultimo byte de la izquierda es la parte “alta”, y el ultimo byte de la derecha es la parte “baja”. Por ejemplo, el registro CX consta de una parte CH (alta) y una parte Cl (baja), y usted puede referirse a cualquier parte por su nombre.
Registro AX: El registro AX, el acumulador principal, es utilizado para operaciones que implican entrada/salida y la mayor parte de la aritmética. Por ejemplo, las instrucciones para multiplicar, dividir y traducir suponen el uso del AX. También, algunas operaciones generan código mas eficiente si se refieren al AX en lugar de a los otros registros.
Registro BX: El BX es conocido como el registro base ya que es el único registro de propósito general que puede ser índice para direccionamiento indexado. También es común emplear el BX para cálculos.
Registro DX: Es conocido como el registro de datos. Algunas operaciones de entrada/salida requieren uso, y las operaciones de multiplicación y división con cifras grandes suponen al DX y al AX trabajando juntos.
◘ Registros Apuntadores: Los registros SP (apuntador de la pila) Y BP (apuntador de base) están asociados con el registro SS y permiten al sistema accesar datos en el segmento de la pila.
Registro SP: El apuntador de la pila de 16 bits esta asociado con el registro SS y proporciona un valor de desplazamiento que se refiere a la palabra actual que esta siendo procesada en la pila. Los procesadores 80386 y posteriores tienen un apuntador de pila de 32 bits, el registro ESP. El sistema maneja de forma automática estos registros.
Registro BP: El BP de 16 bits facilita la referencia de parámetros, los cuales son datos y direcciones transmitidos vía pila. Los procesadores 80386 y posteriores tienen un BP ampliado de 32 bits llamado el registro EBP.
◘ Registros Indice: Los registros SI y DI están disponibles para direccionamiento indexado y para sumas y restas.
Registro SI: El registro índice fuente de 16 bits es requerido por algunas operaciones con cadenas (de caracteres). En este contexto, el SI esta asociado con el registro DS. Los procesadores 80386 y posteriores permiten el uso de un registro ampliado de 32 bits, el ESI.
Registro DI: El registro índice destino también es requerido por algunas operaciones con cadenas de caracteres. En este contexto, el DI esta asociado con el registro ES. Los procesadores 80386 y posteriores permiten el uso de un registro ampliado de 32 bits, el EDI.
◘ Registro de Banderas: De los 16 bits del registro de banderas, nueve son comunes a toda la familia de procesadores 8086, y sirven para indicar el estado actual de la maquina y el resultado del procesamiento. Muchas instrucciones que piden comparaciones y aritmética cambian el estado de las banderas, algunas cuyas instrucciones pueden realizar pruebas para determinar la acción subsecuente. En resumen, los bits de las banderas comunes son como sigue:
OF (Overflow, desbordamiento): Indica desbordamiento de un bit de orden alto (mas a la izquierda) después de una operación aritmética.
DF (dirección): Designa la dirección hacia la izquierda o hacia la derecha para mover o comparar cadenas de caracteres.
IF (interrupción): Indica que una interrupción externa, como la entrada desde el teclado, sea procesada o ignorada.
TF (trampa): Permite la operación del procesador en modo de un paso. Los programas depuradores, como el DEBUG, activan esta bandera de manera que usted pueda avanzar en la ejecución de una sola instrucción a un tiempo, para examinar el efecto de esa instrucción sobre los registros de memoria.
SF (signo): Contiene el signo resultante de una operación aritmética (0 = positivo y 1 = negativo).
ZF (cero): Indica el resultado de una operación aritmética o de comparación (0 = resultado diferente de cero y 1 = resultado igual a cero).
AF (acarreo auxiliar): Contiene un acarreo externo del bit 3 en un dato de 8 bits para aritmética especializada.
PF (paridad): Indica paridad par o impar de una operación en datos de 8 bits de bajo orden (mas a la derecha).
CF (acarreo): Contiene el acarreo de orden mas alto (mas a la izquierda) después de una operación aritmética; también lleva el contenido del ultimo bit en una operación de corrimiento o de rotación.
Las banderas mas importantes para la programación en ensamblador son O, S, Z y C, para operaciones de comparación y aritméticas, y D para operaciones de cadenas de caracteres. Los procesadores 80286 y posteriores tienen algunas banderas usadas para propósitos internos, en especial las que afectan al modo protegido. Los procesadores 80286 y posteriores tienen un registro extendido de banderas conocido como Eflags.
◘ Registros de PILA: La pila es un área de memoria importante y por ello tiene, en vez de uno, dos registros que se usan como desplazamiento (offset) para apuntar a su contenido. Se usan como complemento al registro y son:
SP (Stack Pointer): Se traduce como puntero de pila y es el que se reserva el procesador para uso propio en instrucciones de manipulado de pila. Por lo general, el programador no debe alterar su contenido.
BP (Base pointer): Se usa como registro auxiliar. El programador puede usarlo para su provecho.
Cabe destacar que estos nombres y tipos de registros son estándar, ya que cada fabricante puede utilizar otros registros que reemplacen a estos o los auxilien, aun así, los fabricantes que usan otros registros tienen la misma función que los anteriormente mencionado.
1.3 La memoria principal (RAM)
La memoria principal o primaria, "Memoria Central ", es aquella memoria de un ordenador, donde se almacenan temporalmente tanto los datos como los programas que la CPU está procesando o va a procesar en un determinado momento. Por ejemplo, cuando la CPU tiene que ejecutar un programa, primero lo coloca en la memoria y después lo empieza a ejecutar.
Otros andarán más rápido si el sistema cuenta con más memoria RAM. La memoria Caché: dentro de la memoria RAM existe una clase de memoria denominada Memoria Caché que tiene la característica de ser más rápida que las otras, permitiendo que el intercambio de información entre el procesador y la memoria principal sea a mayor velocidad.
Está formada por bloques de circuitos integrados o chips capaces de almacenar, retener o "memorizar" información digital, es decir, valores binarios; a dichos bloques tiene acceso el microprocesador de la computadora. La MP se comunica con el microprocesador de la CPU mediante el bus de direcciones.
El ancho de este bus determina la capacidad que posea el microprocesador para el direccionamiento de direcciones en memoria. En algunas oportunidades suele llamarse "memoria interna" a la MP, porque a diferencia de los dispositivos de memoria secundaria, la MP no puede extraerse tan fácilmente por usuarios no técnicos.
La MP es el núcleo del sub-sistema de memoria de una computadora, y posee una menor capacidad de almacenamiento que la memoria secundaria, pero una velocidad millones de veces superior. Si tienes más memoria almacenas más datos.
1.4 El concepto de interrupciones
Una interrupción es una situación especial que suspende la ejecución de un programa de modo que el sistema pueda realizar una acción para tratarla. Tal situación se da, por ejemplo, cuando un periférico requiere la atención del procesador para realizar una operación de E/S.
Una interrupción es el rompimiento en la secuencia de un programa para ejecutar un programa especial llamando una rutina de servicio cuya característica principal es que al finalizar regresa al punto donde se interrumpió el programa.
Tipos de interrupciones
Interrupciones de hardware.
Estas son asíncronas a la ejecución del procesador, es decir, se pueden producir en cualquier momento independientemente de lo que esté haciendo el CPU en ese momento
Excepciones
Son aquellas que se producen de forma síncrona a la ejecución del procesador. Normalmente son causadas al realizarse operaciones no permitidas tales como la división entre 0, el desbordamiento, el acceso a una posición de memoria no permitida, etc.
Interrupciones por software
Son aquellas generadas por un programa en ejecución. Para generarlas, existen distintas instrucciones en el código máquina que permiten al programador producir una interrupción.
Sistemas de prioridad
El sistema operativo necesita un mecanismo para priorizar las interrupciones y tratar primero las más urgentes. Para ello, existen varias alternativas:
· Interrupciones simultáneas: No tienen por qué ocurrir de manera simultánea, sino que se refiere a que en un momento dado puede haber varias interrupciones activas.
· Interrupciones anidadas: Mientras se está procesando una determinada rutina de servicio de interrupción sucede otra señal de interrupción.
· Inhibición de interrupciones: Se deshabilitan las demás interrupciones mientras se está tratando una.
Determinación de la fuente que genera la interrupción
Hay distintas formas de identificar la fuente de una determinada interrupción.
· Polling: el microprocesador comprueba de manera sistemática todos los dispositivos de manera que «busca» cuál de ellos fue el que solicitó la interrupción.
· Interrupciones vectorizadas: Como ventajas podemos destacar que suele ser rápido, pero implica un alto costo en el hardware.
· Hardware paralelo: se utiliza un registro de interrupción cuyos bits se controlan de forma independiente por las señales de petición de interrupción de cada periférico. Según la posición de cada bit en el registro, se establece la prioridad.
Interrupciones
· int 01h-->un solo paso
· int 02h-->interrupción no enmascarable
· int 03h--> punto de interrupción
· int 04h-->desbordamiento
· int 05h-->impresión de pantalla
· int 08h-->Cronometro
· int 15h-->Servicios del sistema
· int 16h-->Funciones de entrada del teclado
· int 18h-->Entrada con el Basic de ROM
· int 1Ah-->Leer y establecer la hora
· int 1Bh-->Obtener el control con una interrupción de teclado.
· int 2oh-->Terminar un programa
· int 33h->Funciones del Ratón
1.5 Llamadas a servicios del sistema
Llamadas al sistema no bloqueantes
Son aquellas llamadas en las que, si lo que se solicita no está disponible, el proceso no se queda bloqueado, sino que devuelven un valor especial indicando la condición de información no disponible
Llamadas al sistema bloqueantes
La aplicación se bloquea a la espera del resultado. Si un hilo hace una llamada bloqueante, todos los hilos se bloquearán. Si hace una llamada no bloqueante, los demás hilos podrán seguir ejecutando.
Una llamada al sistema es un método o función que puede invocar un proceso para solicitar un cierto servicio al sistema operativo. Dado que los accesos a ciertos recursos del sistema requieren la ejecución de código en modo privilegiado, el sistema operativo ofrece un conjunto de métodos o funciones que el programa puede emplear para acceder a dichos recursos.
llamadas al sistema
Se activa una interrupción ejecutando una operación especial conocida “Llamada al sistema"
Esta se lanza cuando:
Ø Una aplicación de usuario solicita un servicio del sistema operativo.
Ø Proporciona los medios para que un programa de usuario pida al so que realice tareas reservadas del so en nombre del programa de usuario.
Ø Una llamada al sistema se invoca de diversas maneras dependiendo de la funcionalidad proporcionada por el procesador subyacente.
Ø Se trata de un método usado por un proceso para solicitar la actuación del SO.
Ø Normalmente una llamada al sistema toma la forma de una excepción que efectúa una transferencia a una posición específica en el vector de interrupción.
Tipos de llamadas al sistema
Control de procesos
· Terminar (end), abortar (abort)
· cargar (load), ejecutar (execute)
· crear procesos (create process o submit job), terminar procesos (terminate process)
· fork: inicia un nuevo proceso
· exec:el programa se ejecuta
· obtener atributos del proceso (get process attributes), definir atributos del proceso (set process attributes)
Administración de archivos
· crear archivos (create), borrar archivos (delete)
· abrir (open), cerrar (close)
· leer (read), escribir (write), reposicionar (reposition)
· obtener atributos del archivo, definir atributos del archivo.
Administración de dispositivos
· solicitar dispositivo (request), liberar dispositivo (release)
· leer (read), escribir (write), reposicionar (reposition)
· obtener atributos de dispositivo, definir atributos de dispositivo
· conectar y desconectar dispositivos lógicamente.
Mantenimiento de la información
· obtener la hora (time) o la fecha (date), definir la hora o la fecha
· obtener datos del sistema, establecer datos del sistema
· obtener los atributos de procesos, archivos o dispositivos
· establecer los atributos de procesos, archivos o dispositivos
Comunicaciones
· crear, eliminar conexiones de comunicación
· enviar, recibir mensajes
· transferir información de estado
1.6 Modos de direccionamiento
La memoria de acceso aleatorio, o RAM, es la memoria principal de una computadora. Las aplicaciones son cargadas y ejecutadas en la memoria RAM. Los modos de direccionamiento asignan memoria RAM en porciones que pueden ser referenciadas individualmente para que la unidad central de procesamiento, o CPU, pueda determinar qué ubicación de memoria está siendo utilizada por una instrucción de la máquina.
Se les llama modos de direccionamiento a las distintas formas de combinar los operandos según el acceso que se hace a memoria.
Direccionamiento implícito
· Depende solamente de la instrucción, es decir, la instrucción no lleva parámetros.
· Particularmente en instrucciones que no accesan memoria, o bien que tienen una forma específica de accesarla.
Ejemplos: PUSHF, POPF, NOP
Modo registro
· Usa solamente registros como operandos
· Es el más rápido, pues minimiza los recursos necesarios (toda la información fluye dentro del EU del CPU)
Ejemplo: MOV AX, BX
Modo inmediato
· Tiene dos operandos: un registro y una constante que se usa por su valor.
· El valor constante no se tiene que buscar en memoria, pues ya se obtuvo al hacer el “fetch” de la instrucción.
Ejemplo: MOV AH, 9
Modo directo
· Uno de los operandos involucra una localidad específica de memoria
· El valor constante se tiene que buscar en memoria, en la localidad especificada.
· Es más lento que los anteriores, pero es el más rápido para ir a memoria, pues ya “sabe” la localidad, la toma de la instrucción y no la tiene que calcular.
Ejemplo: MOV AH, [0000]
Modo indirecto
· Se usan los registros SI, DI como apuntadores
· El operando indica una localidad de memoria, cuya dirección (sólo la parte desplazamiento) está en SI o DI.
· Es más lento que los anteriores, pues tiene que “calcular” la localidad
Ejemplos: MOV AL, [SI]
Modo indexado de base
Formato: [ BX o BP + SI o DI (opcionales) + constante (opcional) ]
· BX o BP indica una localidad base de la memoria
· A partir de BX o BP, se puede tener un desplazamiento variable y uno constante
· La diferencia es el segmento sobre el que trabajan por defecto:
· BX por defecto en el segmento de datos
· BP por defecto en el segmento de pila.
Ejemplos:
Ø MOV AX, [BX]
Ø MOV DX, [BX+2]
Ø MOV CX, [BX+DI]
Ø MOV DL, [BX+SI+3]
Absoluto
El campo de operando contiene una dirección en memoria, en la que se encuentra la instrucción. Y no se cancela.
Indirecto recursivo
Unos pocos sistemas como el PDP-6 o el PDP-10 tenían la posibilidad de direccionamiento indirecto recursivo. Tal dirección de memoria indirecta tenía un campo de registro para indexación y posiblemente un otro bit indirecto, de modo que el proceso de direccionamiento indirecto con indexación podría teóricamente repetirse cualquier número de veces hasta que se encontrara una dirección sin un bit indirecto en la cadena.
Indirecto mediante registros
El campo de operando de la instrucción contiene un identificador de registro en el que se encuentra la dirección efectiva del operando.
El control localiza la instrucción de la memoria y utiliza su parte de dirección para acceder a la memoria de nuevo para leer una dirección efectiva. Unos pocos modos de direccionamiento requieren que el campo de dirección de la instrucción sea sumado al control de un registro especificado en el procesador. La dirección efectiva en este modo se obtiene del siguiente cálculo: Dir. efectiva = Dir. de la parte de la instrucción + Contenido del registro del procesador.
De desplazamiento
Combina el modo directo e indirecto mediante registros.
De pila
Se utiliza cuando el operando está en memoria y en la cabecera de la pila.
Este direccionamiento se basa en las estructuras denominadas Pila (tipo LIFO), las cuales están marcados por el fondo de la pila y el puntero de pila (*SP). El puntero de pila apunta a la última posición ocupada. Así, como puntero de direccionamiento usaremos el SP.
El desplazamiento más el valor del SP nos dará la dirección del objeto al que queramos hacer referencia. En ocasiones, si no existe C. de desplazamiento solo se trabajará con la cima de la pila.
1.7 Proceso de ensamblado y ligado
1. El programa utiliza un editor de texto para crear un archivo de texto ASCII, conocido como archivo de código fuente.
2. El ensamblador lee el archivo de código fuete y produce un archivo de código objeto, una traducción del programa a lenguaje máquina. De manera opcional, produce un archivo de listado. Si ocurre un error, el programador debe regresar al paso 1 y corregir el programa.
3. El enlazador lee el archivo de código objeto y verifica si el programa contiene alguna llamada a los procedimientos en una biblioteca de enlace.
4. La herramienta cargadora del sistema operativo lee el archivo ejecutable y lo carga en memoria, y bifurca la CPU hacia la dirección inicial del programa, para que éste empiece a ejecutarse.
Edición
Los archivos fuente de código ensamblador deben estar en formato ASCII standard. Para esto puede usarse cualquier editor que permita crear archivos sin formato.
Ensamblado
El ensamblado se lleva a cabo invocando al MASM. Este puede ser invocado, usando una línea de comando, de la siguiente manera: MASM archivo [,[objeto][,[listado][,[cross]]]]][opciones][;] Dónde: Objeto.- Es el nombre para el archivo objeto. Listado. - Nombre del archivo de listado de ensamblado. cross. Es un archivo de referencias cruzadas.
Objeto. - Es el nombre para el archivo .OBJ Ejecutable. - Nombre del archivo .EXE Mapa. - Nombre del archivo mapa Librería. - Nombre del archivo biblioteca de rutinas
Ejecución
Para la ejecución del programa simplemente basta teclear su nombre en el prompt de MS-DOS y teclear ENTER. Con esto el programa será cargado en memoria y el sistema procederá a ejecutarlo.
1.8 Desplegado de mensajes en el monitor.
Para poder desplegar un mensaje en el monitor es necesario que el texto a desplegar se escriba en la RAM de visualización de video, para después ser enviado al monitor mediante el controlador de video. El controlador de video es en sí un microprocesador de propósito especial, que libera a la CPU pri
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ncipal del trabajo de controlar el hardware de video.
Para hacer esto se pueden utilizar varios de los servicios con los que cuenta el lenguaje ensamblador, los cuales se describen con detalle en el apéndice A.
Para detener la pantalla y permitir al usuario ver lo que se ha desplegado en la misma se utiliza el servicio 00 de la interrupción 16h.
Ejemplo:
mov dx,65 -> Asignar el Valor 65 ASCII al registro DX
mov ah,02h -> Asignar el valor 02h al registro AH, que corresponde al servicio de impresión de un caracter.
int 21h -> Llamada a la interrupción 21h, de la que se ejecutará el servicio 02h.
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