Existe una correspondencia 1 a 1 entre las instrucciones del lenguaje de máquina y las del lenguaje ensamblador. Cada uno de los valores numéricos del lenguaje de máquina tiene una representación simbólica de 3 a 5 letras como instrucción del lenguaje ensamblador. Adicionalmente, este lenguaje proporciona un conjunto de pseudo-operaciones (tambien conocidas como directivas del ensamblador) que sirven para definir datos, rutinas y todo tipo de información para que el programa ejecutable sea creado de determinada forma y en determinado lugar.
Intérpretes, compiladores y ensambladores
Aun cuando el lenguaje ensamblador fue diseñado para hacer más fácil la programación de bajo nivel, esta resulta todavía complicada y muy laboriosa. Por tal motivo se desarrollaron los lenguajes de alto nivel, para facilitar la programación de los computadores, minimizando la cantidad de instrucciones a especificar. Sin embargo, esto no quiere decir que el microprocesador ejecute dichos lenguajes. Cada una de las instrucciones de un lenguaje de alto nivel o de un nivel intermedio, equivalen a varias de lenguaje máquina o lenguaje ensamblador.
La traducción de las instrucciones de nivel superior a las de bajo nivel la realizan determinados programas. Por una parte tenemos los interpretes, como DBase, BASIC, APL, y Lisp. En estos, cada vez que se encuentra una instrucción, se llama una determinada rutina de lenguaje de máquina que se encarga de realizar las operaciones asociadas, pero en ningún momento se genera un código objeto y mucho menos un código ejecutable. Por otra parte, tenemos los compiladores, como los desarrollados para Fortran, Clipper, COBOL, Pascal o C, que en vez de llamar y ejecutar una rutina en lenguaje de máquina, éstos juntan esas rutinas para formar el código objeto que, después de enlazar las rutinas de run-time y llamadas a otros programas y servicios del sistema operativo, se transformará en el programa ejecutable.
Finalmente, tenemos los ensambladores— como los descritos en este trabajo—que son como una versión reducida y elemental de un compilador (pero que de ninguna manera deben considerarse como tales), ya que lo único que tienen que hacer es cambiar toda referencia simbólica por la dirección correspondiente, calcular los saltos, resolver referencias y llamadas a otros programas, y realizar el proceso de enlace. Los ensambladores son programas destinados a realizar el ensamblado de un determinado código.
EL PROCESO DE LIGA, LAS RUTINAS DE RUN-TIME Y LOS SERVICIOS DEL SISTEMA OPERATIVO.
Para crear un programa ejecutable a partir de un código objeto se require que se resulevan las llamadas a otros programas y a los servicios del sistema operativo, y agregar las rutinas o información de run-time para que el programa pueda ser cargado a memoria y ejecutado.
Este proceso es lo que se conoce como Link o proceso de liga, y se realiza a través de un ligador o Linker que toma de entrada el código objeto y produce de salida el código ejecutable.
Las rutinas de run-time son necesarias, puesto que el sistema operativo requiere tener control sobre el programa en cualquier momento, además de que la asignación de recursos y su acceso deben hacerse sólamente a través del sistema operativo. Para los computadores personales, esto no es tan complejo como para otros computadores y sistemas operativos, pero es requerido.
ARQUITECTURA DE LOS MICROPROCESADORES .
Sin importar de que microprocesador se trate, los microprocesadores del 8088 al 80486 usan el modelo de registros del 8086. Los microprocesadores matemáticos 80287 al 80487 utilizan el modelo de registros expandidos del 8087. Para mayor detalle ver los apéndices A y B.
Los microprocesadores matemáticos están diseñados exclusivamente para efectuar operaciones aritméticas de una manera más rápida y precisa bajo el control de otro procesador razón por la cual se denominan coprocesadores. Estos también poseen un juego de instrucciones de lenguaje de máquina propio.
La diferencia entre los diversos microprocesadores de uso general y los coprocesadores reside en el nuevo conjunto de instrucciones, registros y señalizadores agregados con cada nueva liberación de un procesador superior. Estas adiciones se hicieron con el fin de agregar un mayor poder de cómputo sin alterar la estructura básica, para así mantener la compatibilidad con los desarollos anteriores, tanto de software como de hardware.
La diferencia entre los 8086 y 8088 con los 80186 y 80188 no es muy grande, ésta radica en un grupo de instrucciones que fueron agregadas al 80186 y al 80188. La diferencia entre el 8086 y el 8088, lo mismo que entre el 80186 y el 80188, es el modelo de memoria que usan ambos procesadores. El 8088 y el 80188 están diseñados como microprocesadores de 8 bits por lo que el modo de acceso a la memoria es ligeramente distinto pero compatible con el 8086 y el 80186. Esto se verá con más detalle en un tema posterior.
Debido al tipo de microprocesador empleado, la memoria de la PC se encuentra dividida en una serie de blocks denominados segmentos, de 64KB cada uno. La memoria es accesada especificando el segmento y el desplazamiento dentro del segmento (segmento:desplazamiento, para mayor detalle ver el apendice C). Para las PC䳠 la memoria se clasifica en tres tipos:
– Convencional. Es la memoria de tipo básico y que abarca las direcciones de 0 a 640KB. En ésta es donde se cargan los programas de usuario y el sistema operativo, y es la que está disponible para equipo XT (8088,8086, 80186 y 80188).
– Extendida. Esta memoria sólo está disponible para procesadores 80286 y mayores (equipo AT, 80386 y 80486). Muchos programas que usan la memoria convencional no pueden usar la memoria extendida porque las direcciones en memoria extendida están más alla de las que el programa puede reconocer. Únicamente las direcciones dentro de los 640KB pueden ser reconocidas por todos los programas. Para reconocer la memoria extendida se requiere de un manejador de memoria extendida, como HIMEM.SYS que provee MS-DOS.
– Expandida. Esta es la memoria que se agrega al computador a través de una tarjeta de expansión, y que debe ser administrada por un programa especial, como el EMM386.EXE. A diferencia de la memoria convencional o extendida, la memoria expandida es dividida en bloques de 16K llamados páginas (pages) . Cuando un programa solicita información de memoria expandida el manejador copia la página correspondiente en un área denominada page frame para poder ser accesada en la memoria extendida. Como podremos ver, el 8088, 8086, 80188 y 80186 son capaces de direccionar hasta 1 MB de memoria. Ya hemos indicado que la memoria convencional sólo abarca 640KB, así nos quedan 384KB libres. Esta parte de la memoria es denominada parte alta, y como no está disponible para muchos programas generalmente se usa para cargar drivers del sistema operativo, programas residentes y datos de hardware (ROM y páginas de video).
Con la aparición de los circuitos integrados, la posibilidad de reducir el tamaño de algunos dispositivos electrónicos se vio enormemente favorecida. Los fabricantes de controladores integrados, calculadoras y algunos otros dispositivos comenzaron a solicitar sistemas integrados en una sola pastilla, esto dio origen a la aparición de los microprocesadores.
Microprocesadores de 4 bits
En 1971, una compañía que se dedicaba a la fabricación de memorias electrónicas lanzó al mercado el primer microprocesador del mundo. Este microprocesador fue el resultado de un trabajo encargado por una empresa que se dedicaba a la fabricación de calculadoras electrónicas. El 4004 era un microprocesador de 4 bits capaz de direccionar
4096 localidades de memoria de 4 bits de ancho. Este microprocesador contaba con un conjunto de 45 instrucciones y fue ampliamente utilizado en los primeros videojuegos y sistemas de control.
Microprocesadores de 8 bits
Con la aparición de aplicaciones más complejas para el microprocesador y el granéxito comercial del 4004, Intel decidió lanzar al mercado un nuevo microprocesador, el 8008, éste fue el primer microprocesador de 8 bits. Las características de este microprocesador fueron:
砠 Capacidad de direccionamiento de 16 Kb
砠 Memoria de 8 bits
砠 Conjunto de 48 instrucciones
Este microprocesador tuvo tanto éxito, que en cosa de dos años su capacidad de proceso fue insuficiente para los ingenieros y desarrolladores, por lo cual en 1973 se liberó el 8080. Este microprocesador fue una versión mejorada de su predecesor y las mejoras consistieron en un conjunto más grande de instrucciones, mayor capacidad de direccionamiento y una mayor velocidad de procesamiento.
Finalmente, en 1977, Intel anunció la aparición del 8085. Este era el último microprocesador de 8 bits y básicamente idéntico al 8080. Su principal mejora fue la incorporación del reloj temporizador dentro de la misma pastilla.
Microprocesadores de 16 bits
En 1978, Intel lanzó al mercado el 8086 y un poco más tarde el 8088. Estos dos microprocesadores contaban con registros internos de 16 bits, tenían un bus de datos externo de 16 y 8 bits respectivamente y ambos eran capaces de direccionar 1Mb de memoria por medio de un bus de direcciones de 20 líneas.
Otra característica importante fue que estos dos microprocesadores eran capaces de realizar la multiplicación y la división por hardware, cosa que los anteriores no podían. Finalmente apareció el 80286. Este era el último microprocesador de 16 bits, el cual era una versión mejorada del 8086. El 286 incorporaba una unidad adicional para el manejo de memoria y era capaz de direccionar 16Mb en lugar de 1Mb del 8086.
Microprocesadores de 32 bits
El 80386 marco el inicio de la aparición de los microprocesadores de 32 bits. Estos microprocesadores tenían grandes ventajas sobre sus predecesores, entre las cuales se pueden destacar: direccionamiento de hasta 4Gb de memoria, velocidades de operación más altas, conjuntos de instrucciones más grandes y además contaban con memoria interna (caché) de 8Kb en las versiones más básicas.
Del 386 surgieron diferentes versiones, las cuales se listan a continuación.
Modelo | Bus de Datos | Coprocesador matemático | |
80386DX | 32 | Si | |
80386SL | 16 | No | |
80386SX | 16 | No | |
80486SX | 32 | No | |
80486DX | 32 | Si | |
Terminales del microprocesador
En esta sección se realizará una breve descripción del conjunto de terminales del microprocesador más representativo de la familia 80×86.
El microprocesador 8086 puede trabajar en dos modos diferentes: el modo mínimo y el modo máximo. En el modo máximo el microprocesador puede trabajar en forma conjunta con un microprocesador de datos numérico 8087 y algunos otros circuitos periféricos. En el modo mínimo el microprocesador trabaja de forma más autónoma al no depender de circuitos auxiliares, pero esto a su vez le resta flexibilidad.
En cualquiera de los dos modos, las terminales del microprocesador se pueden agrupar de la siguiente forma:
砠 Alimentación
砠 Reloj
砠 Control y estado
砠 Direcciones
砠 Datos
El 8086 cuenta con tres terminales de alimentación: tierra (GND) en las terminales 1 y 20 y Vcc=5V en la terminal 40.
En la terminal 19 se conecta la señal de reloj, la cual debe provenir de un generador de reloj externo al microprocesador.
El 8086 cuenta con 20 líneas de direcciones (al igual que el 8088). Estas líneas son llamadas A0 a A19 y proporcionan un rango de direccionamiento de 1MB.
Para los datos, el 8086 comparte las 16 líneas más bajas de sus líneas de direcciones, las cuales son llamadas AD0 a AD15. Esto se logra gracias a un canal de datos y direcciones multiplexado.
En cuanto a las señales de control y estado tenemos las siguientes:
La terminal MX/MN controla el cambio de modo del microprocesador.
Las señales S0 a S7 son señales de estado, éstas indican diferentes situaciones acerca del estado del microprocesador.
La señal RD en la terminal 32 indica una operación de lectura.
En la terminal 22 se encuentra la señal READY. Esta señal es utilizada por los diferentes dispositivos de E/S para indicarle al microprocesador si se encuentran listos para una transferencia.
La señal RESET en la terminal 21 es utilizada para reinicializar el microprocesador.
La señal NMI en la terminal 17 es una señal de interrupción no enmascarable, lo cual significa que no puede ser manipulada por medio de software.
La señal INTR en la terminal 18 es también una señal de interrupción, la diferencia radica en que esta señal si puede ser controlada por software. Las interrupciones se estudian más adelante.
La terminal TEST se utiliza para sincronizar al 8086 con otros microprocesadores en una configuración en paralelo.
Las terminales RQ/GT y LOCK se utilizan para controlar el trabajo en paralelo de dos o mas microprocesadores.
La señal WR es utilizada por el microprocesador cuando éste requiere realizar alguna
operación de escritura con la memoria o los dispositivos de E/S.
Las señales HOLD y HLDA son utilizadas para controlar el acceso al bus del sistema.
Diagrama de componentes internos
Descripción de los componentes
La figura 2 muestra la estructura interna del microprocesador 8086 con base en su modelo de programación. El microprocesador se divide en dos bloques principales: la unidad de interfaz del bus y la unidad de ejecución. Cada una de estas unidades opera de forma asíncrona para maximizar el rendimiento general del microprocesador.
Unidad de ejecución
Este elemento del microprocesador es el que se encarga de ejecutar las instrucciones. La unidad de ejecución comprende el conjunto de registros de propósito general, el registro de banderas y la unidad aritmético-lógica.
Unidad de interfaz de bus
Esta unidad, la cual se conoce como BIU (Bus Interface Unit), procesa todas las operaciones de lectura/escritura relacionadas con la memoria o con dispositivos de entrada/salida, provenientes de la unidad de ejecución. Las instrucciones del programa que se está ejecutando son leídas por anticipado por esta unidad y almacenadas en la cola de instrucciones, para después ser transferidas a la unidad de ejecución.
Unidad aritmético-lógica
Conocida también como ALU, este componente del microprocesador es el que realmente realiza las operaciones aritméticas (suma, resta, multiplicación y división) y lógicas (and, or, xor, etc.) que se obtienen como instrucciones de los programas.
Buses internos (datos y direcciones)
Los buses internos son un conjunto de líneas paralelas (conductores) que interconectan las diferentes partes del microprocesador.
Existen dos tipos principales: el bus de datos y el bus de direcciones. El bus de datos es el encargado de transportar los datos entre las distintas partes del microprocesador; por otro lado, el bus de direcciones se encarga de transportar las direcciones para que los datos puedan ser introducidos o extraídos de la memoria o dispositivos de entrada y salida.
Cola de instrucciones
La cola de instrucciones es una pila de tipo FIFO (primero en entrar, primero en salir)
donde las instrucciones son almacenadas antes de que la unidad de ejecución las ejecute.
Registros de propósito general
El microprocesador 8086 cuenta con cuatro registros de propósito general, los cuales pueden ser usados libremente por los programadores. Estos registros reciben los nombres siguientes:
AX (Acumulador) Este registro es el encargado de almacenar el resultado de algunas operaciones aritméticas y lógicas.
BX (Base) Este registro es utilizado para calcular direcciones relativas de datos en la memoria.
CX (Contador) Su función principal es la de almacenar el número de veces que un ciclo de instrucciones debe repetirse.
DX (Datos) Por lo general se utiliza para acceder a las variables almacenadas en la memoria.
Registros apuntadores
El 8086 también cuenta con dos registros apuntadores SP y BP. Estos registros reciben su nombre por que su función principal es la de apuntar a alguna dirección de memoria especifica.
SP (Apuntador de pila) Se encarga de controlar el acceso de los datos a la pila de los programas. Todos los programas en lenguaje ensamblador utilizan una pila para almacenar datos en forma temporal.
BP (Apuntador Base) Su función es la de proporcionar direcciones para la transferencia e intercambio de datos.
Registros índices
Existen dos registros llamados SI y DI que están estrechamente ligados con operaciones de cadenas de datos.
SI (Índice Fuente) Proporciona la dirección inicial para que una cadena sea manipulada.
DI (Índice Destino) Proporciona la dirección de destino donde por lo general una cadena será almacenada después de alguna operación de transferencia.
Registros de segmento
El 8086 cuenta con cuatro registros especiales llamados registros de segmento.
CS (Segmento de código) Contiene la dirección base del lugar donde inicia el programa almacenado en memoria.
DS (Segmento de datos) Contiene la dirección base del lugar del área de memoria donde fueron almacenadas las variables del programa.
ES (Segmento extra) Este registro por lo general contiene la misma dirección que el registro DS.
SS (Segmento de Pila) Contiene la dirección base del lugar donde inicia el área de memoria reservada para la pila.
Registro apuntador de instrucciones
IP (Apuntador de instrucciones) Este registro contiene la dirección de desplazamiento del lugar de memoria donde está la siguiente instrucción que será ejecutada por el microprocesador.
Registro de estado
Conocido también como registro de banderas (Flags), tiene como función principal almacenar el estado individual de las diferentes condiciones que son manejadas por el microprocesador. Estas condiciones por lo general cambian de estado después de cualquier operación aritmética o lógica:
CF (Acarreo) Esta bandera indica el acarreo o préstamo después de una suma o resta.
OF (Sobreflujo) Esta bandera indica cuando el resultado de una suma o resta de números con signo sobrepasa la capacidad de almacenamiento de los registros.
SF (Signo) Esta bandera indica si el resultado de una operación es positivo o negativo. SF=0 es positivo, SF=1 es negativo.
DF (Dirección) Indica el sentido en el que los datos serán transferidos en operaciones de manipulación de cadenas. DF=1 es de derecha a izquierda y DF=0 es de izquierda a derecha.
ZF (Cero) Indica si el resultado de una operación aritmética o lógica fue cero o diferente de cero. ZF=0 es diferente y ZF=1 es cero.
IF (interrupción) Activa y desactiva la terminal INTR del microprocesador.
PF (paridad) Indica la paridad de un número. Si PF=0 la paridad es impar y si PF=1 la paridad es par.
AF (Acarreo auxiliar) Indica si después de una operación de suma o resta ha ocurrido un acarreo de los bits 3 al 4.
TF (Trampa) Esta bandera controla la ejecución paso por paso de un programa con fines de depuración.
Funcionamiento interno (ejecución de un programa)
Para que un microprocesador ejecute un programa es necesario que éste haya sido ensamblado, enlazado y cargado en memoria.
Una vez que el programa se encuentra en la memoria, el microprocesador ejecuta los siguientes pasos:
1.- Extrae de la memoria la instrucción que va a ejecutar y la coloca en el registro interno de instrucciones.
2.- Cambia el registro apuntador de instrucciones (IP) de modo que señale a la siguiente instrucción del programa.
3.- Determina el tipo de instrucción que acaba de extraer.
4.- Verifica si la instrucción requiere datos de la memoria y, si es así, determina donde están situados.
5.- Extrae los datos, si los hay, y los carga en los registros internos del CPU.
6.- Ejecuta la instrucción.
7.- Almacena los resultados en el lugar apropiado.
8.- Regresa al paso 1 para ejecutar la instrucción siguiente.
Este procedimiento lo lleva a cabo el microprocesador millones de veces por segundo.
Manejo de memoria
Segmentación
El microprocesador 8086, como ya se mencionó, cuenta externamente con 20 líneas de direcciones, con lo cual puede direccionar hasta 1 MB (00000h–FFFFFh) de localidades de memoria. En los días en los que este microprocesador fue diseñado, alcanzar 1MB de direcciones de memoria era algo extraordinario, sólo que existía un problema: internamente todos los registros del microprocesador tienen una longitud de 16 bits, con lo cual sólo se pueden direccionar 64 KB de localidades de memoria. Resulta obvio que con este diseño se desperdicia una gran cantidad de espacio de almacenamiento; la solución a este problema fue la segmentación.
La segmentación consiste en dividir la memoria de la computadora en segmentos. Un segmento es un grupo de localidades con una longitud mínima de 16 bytes y máxima de
64KB.
La mayoría de los programas diseñados en lenguaje ensamblador y en cualquier otro lenguaje definen cuatro segmentos. El segmento de código, el segmento de datos, el segmento extra y el segmento de pila.
A cada uno de estos segmentos se le asigna una dirección inicial y ésta es almacenada en los registros de segmento correspondiente, CS para el código, DS para los datos, ES para el segmento extra y SS para la pila.
Dirección física
Para que el microprocesador pueda acceder a cualquier localidad de memoria dentro del rango de 1MB, debe colocar la dirección de dicha localidad en el formato de 20 bits.
Para lograr esto, el microprocesador realiza una operación conocida como cálculo de dirección real o física. Esta operación toma el contenido de dos registros de 16 bits y obtiene una dirección de 20 bits.
La formula que utiliza el microprocesador es la siguiente: Dir. Física = Dir. Segmento * 10h + Dir. Desplazamiento
Por ejemplo: si el microprocesador quiere acceder a la variable X almacenada en memoria, necesita conocer su dirección desplazamiento. La dirección segmento para las variables es proporcionada por el registro DS. Para este caso, supongamos que X tiene el desplazamiento 0100h dentro del segmento de datos y que DS tiene la dirección segmento
1000h, la dirección física de la variable X dentro del espacio de 1Mb será: Dir. Física = 1000h * 10h +0100h
Dir. Física = 10000h + 0100h
Dir. Física = 10100h (dirección en formato de 20 bits).
Dirección efectiva (desplazamiento)
La dirección efectiva (desplazamiento) se refiere a la dirección de una localidad de memoria con respecto a la dirección inicial de un segmento. Las direcciones efectivas sólo pueden tomar valores entre 0000h y FFFFh, esto es porque los segmentos están limitados a un espacio de 64 Kb de memoria.
En el ejemplo anterior, la dirección real de la variable X fue de 10100h, y su dirección efectiva o de desplazamiento fue de 100h con respecto al segmento de datos que comienza en la dirección 10000h.
Direccionamiento de los datos
En la mayoría de las instrucciones en lenguaje ensamblador, se hace referencia a datos que se encuentran almacenados en diferentes medios, por ejemplo: registros, localidades de memoria, variables, etc.
Para que el microprocesador ejecute correctamente las instrucciones y entregue los resultados esperados, es necesario que se indique la fuente o el origen de los datos con los que va a trabajar, a esto se le conoce como direccionamiento de datos.
En los microprocesadores 80×86 existen cuatro formas de indicar el origen de los datos y se llaman modos de direccionamiento.
Para explicar estos cuatro modos, tomaremos como ejemplo la instrucción más utilizada en los programas en ensamblador, la instrucción MOV.
La instrucción MOV permite transferir (copiar) información entre dos operandos; estos operandos pueden ser registros, variables o datos directos colocados por el programador. El formato de la instrucción MOV es el siguiente:
Mov Oper1,Oper2
Esta instrucción copia el contenido de Oper2 en Oper1.
Direccionamiento directo
Este modo se conoce como directo, debido a que en el segundo operando se indica la dirección de desplazamiento donde se encuentran los datos de origen.
Ejemplo:
Mov AX,[1000h] ;Copia en AX lo que se encuentre almacenado en
; DS:1000h
Direccionamiento inmediato
En este modo, los datos son proporcionados directamente como parte de la instrucción. Ejemplo:
Mov AX,34h ;Copia en AX el número 34h hexadecimal
Mov CX,10 ;Copia en CX el número 10 en decimal
Direccionamiento por registro
En este modo de direccionamiento, el segundo operando es un registro, el cual contiene los datos con los que el microprocesador ejecutará la instrucción.
Ejemplo:
Mov AX,BX ;Copia en AX el contenido del reg
Direccionamiento indirecto por registro
Finalmente, en el modo indirecto por registro, el segundo operando es un registro, el cual contiene la dirección desplazamiento correspondiente a los datos para la instrucción.
Ejemplo:
Mov AX,[BX] ; Copia en AX el dato que se encuentre en la localidad de
;memoria DS:[BX]
Los paréntesis cuadrados sirven para indicar al ensamblador que el número no se refiere a un dato, si no que se refiere a la localidad de memoria.
En los siguientes capítulos se muestran varios programas, en los cuales podrá identificar los diferentes modos de direccionamiento de datos.
Junto con todo lo visto anteriormente, y como se mencionó anteriomente, uno de los componentes que caracterizan los computadores personales es su sistema operativo. Una PC puede correr varios sistemas operativos: CP/M, CP/M-86, XENIX, Windows, PC-DOS, y MS-DOS. Lo que los define es la forma en que están integrados sus servicios y la forma en
que se accesa a ellos. Esto es precisamente lo que el linker debe enlazar y resolver. Aquí nos enfocaremos exclusivamente en el sistema operativo MS-DOS, y lo que se mencione aquí será valido para las versiones 3.0 y superiores. Este sistema operativo está organizado de la siguiente manera:
牃omandos Internos (reconocidos y ejecutados por el COMMAND.COM) Comandos Externos ( .EXEs y .COMs )
Utilerías y drivers (programas de administración del sistema) Shell (Interfaz amigable, sólo versiones 4.0 o mayores) Servicios (Interrupciones)
Los servicios, más conocidos como interrupciones o vectores de interrupción, es parte medular de lo que es MS-DOS, y no son mas que rutinas definidas por MS-DOS y el BIOS, ubicadas a partir de una localidad de memoria específica. La manera de accesar a estas rutinas y a los servicios que ofrecen es mediante una instrucción que permite ejecutar una interrupción.
MS-DOS proporciona dos módulos: IBMBIO.COM (provee una interfaz de bajo nivel para el BIOS) e IBMDOS.COM (contiene un manejador de archivos y servicios para manejo de registros). En equipos compatibles estos archivos tienen los nombres IO.SYS y MSDOS.SYS, respectivamente. El acceso a los servicios del computador se realiza de la siguiente manera:
Programa DOS DOS ROM EXTERNO de usuario Alto nivel Bajo nivel petición de — IBMDOS.COM — IBMBIO.COM — BIOS — Dispositivo
I/O
ENSAMBLADORES Y MACROENSAMBLADORES.
Existen varios ensambladores disponibles para ambiente MS-DOS: el IBM Macro Assembler, el Turbo Assembler de Borland, el Turbo Editassm de Speedware, por citar algunos. Una breve descripción de cada uno se propociona a continuación.
Macro Ensamblador IBM.- Está integrado por un ensamblador y un macroensamblador. En gran medida su funcionamiento y forma de invocarlo es sumamente similar al de Microsoft. Su forma de uso consiste en generar un archivo fuente en código ASCII, se procede a generar un programa objeto que es ligado y se genera un programa .EXE. Opcionalmente puede recurirse a la utilería EXE2BIN de MS-DOS para transformarlo a .COM. Es capaz de generar un listado con información del proceso de ensamble y referencias cruzadas.
Macro Ensamblador de Microsoft.- Dependiendo de la versión, este ensamblador es capaz de soportar el juego de instrucciones de distintos tipos de microprocesadores Intel de la serie 80xx/80×86. En su versión 4.0 este soporta desde el 8086 al 80286 y los coprocesadores 8087 y 80287. Requiere 128KB de memoria y sistema operativo MS-DOS v2.0 o superior. Trabaja con un archivo de código fuente creado a partir de un editor y grabado en formato ASCII. Este archivo es usado para el proceso de ensamble y generación de código objeto. Posteriormente, y con un ligador, es creado el código ejecutable en formato .EXE.
Turbo Editassm.- Este es desarrollado por Speddware, Inc., y consiste de un ambiente integrado que incluye un editor y utilerías para el proceso de ensamble y depuración. Es capaz de realizar el ensamble línea a línea, conforme se introducen los mnemónicos, y permite revisar listas de referencias cruzadas y contenido de los registros. Este ensamblador trabaja con tablas en memoria, por lo que la generación del código ejecutable no implica la invocación explícita del ligador por parte del programador. Adicionalmente permite la generación de listados de mensajes e información de cada etapa del proceso y la capacidad de creación de archivos de código objeto.
Turbo Assembler.- De Borland Intl., es muy superior al Turbo Editassm. Trabaja de la misma forma, pero proporciona una interfaz mucho más fácil de usar y un mayor conjunto de utilerías y servicios.
En lo que se refiere a las presentes notas, nos enfocaremos al Microsoft Macro Assembler v4.0. Los programas ejemplo han sido desarrollados con éste y está garantizado su funcionamiento. Estos mismo programas posiblemente funcionen con otros ensambladores sin cambios o con cambios mínimos cuando utilizan directivas o p s e u d o i n s t r u c c i o n e s . Realmente la diferencia entre los ensambladores radica en la forma de generar el código y en las directivas con que cuente, aunque estas diferencias son mínimas. El código ensamblador no cambia puesto que los microprocesadores con los que se va a trabajar son comunes. Así, todos los programas que se creen con un ensamblador en particular podrán ser ensamblados en otro, cambiando las pseudo-operaciones no reconocidas por el equivalente indicado en el manual de referencia del paquete empleado. Los programas que componen el Macro Ensamblador Microsoft v4.0 son los siguientes:
Programa Descripción
MASM.EXE Microsoft Macro Assembler LINK.EXE Microsoft 8086 object linker SYMDEB.EXE Microsoft Symbolic Debuger Utility MAPSYM.EXE Microsoft Symbol File Generator CREF.EXE Microsoft Cross-Reference Utility LIB.EXE Microsoft Library Manager
MAKE.EXE Microsoft Program Maintenance Utility
EXEPACK.EXE Microsoft EXE File Compression Utility EXEMOD.EXE Microsoft EXE File Header Utility COUNT.ASM Sample source file for SYMDEB session
README.DOC Updated information obtained after the manual
was printed.
El Microsoft Macro Assembler v4.0 crea código ejecutable para procesadores 8086, 8088,
80186, 80188, 80286, 8087 y 80287. Además es capaz de aprovechar las instrucciones del
80286 en la creación de código protegido y no protegido. El término macroensamblador es usado para indicar que el ensamblador en cuestión tiene la capacidad de poder ensamblar programas con facilidad de macro. Una macro es una pseudo-instrucción que define un conjunto de instrucciones asociadas a un nombre
simbólico. Por cada ocurrencia en el código de esta macro, el ensamblador se encarga de substituir esa llamada por todas las instrucciones asociadas y, en caso de existir, se dejan los parámetros con los que se estaba llamando la macro y no con los que había sido definida. Es importante señalar que no se deja una llamada, como a una subrutina o procedimiento, sino que se incorporan todas las instrucciones que definen a la macro.
II.- EL LENGUAJE ENSAMBLADOR. Importancia del lenguaje ensamblador
El lenguaje ensamblador es la forma más básica de programar un microprocesador para que éste sea capaz de realizar las tareas o los cálculos que se le requieran.
El lenguaje ensamblador es conocido como un lenguaje de bajo nivel, esto significa que nos permite controlar el 100 % de las funciones de un microprocesador, así como los periféricos asociados a éste.
A diferencia de los lenguajes de alto nivel, por ejemplo "Pascal", el lenguaje ensamblador no requiere de un compilador, esto es debido a que las instrucciones en lenguaje ensamblador son traducidas directamente a código binario y después son colocadas en memoria para que el microprocesador las tome directamente.
Aprender a programar en lenguaje ensamblador no es fácil, se requiere un cierto nivel de conocimiento de la arquitectura y organización de las computadoras, además del conocimiento de programación en algún otro lenguaje.
Ventajas del lenguaje ensamblador:
砠 Velocidad de ejecución de los programas
砠 Mayor control sobre el hardware de la computadora
Desventajas del lenguaje ensamblador:
砠 Repetición constante de grupos de instrucciones
砠 No existe una sintaxis estandarizada
砠 Dificultad para encontrar errores en los programas (bugs)
UN EJEMPLO
Para comenzar veamos un pequeño ejemplo que ilustra el formato del programa fuente. Este ejemplo está completamente desarrollado en lenguaje ensamblador que usa servicios o funciones de MS-DOS (system calls) para imprimir el mensaje Hola mundo!! en pantalla.
; HOLA.ASM
; Programa clasico de ejemplo. Despliega una leyenda en pantalla. STACK SEGMENT STACK ; Segmento de pila
DW 64 DUP (?) ; Define espacio en la pila
STACK ENDS
DATA SEGMENT ; Segmento de datos
SALUDO DB "Hola mundo!!",13,10,"$" ; Cadena
DATA ENDS
CODE SEGMENT ; Segmento de Codigo
ASSUME CS:CODE, DS:DATA, SS:STACK INICIO: ; Punto de entrada al programa MOV AX,DATA ; Pone direccion en AX
MOV DS,AX ; Pone la direccion en los registros
MOV DX,OFFSET SALUDO ; Obtiene direccion del mensaje
MOV AH,09H ; Funcion: Visualizar cadena INT 21H ; Servicio: Funciones alto nivel DOS MOV AH,4CH ; Funcion: Terminar
INT 21H
CODE ENDS
END INICIO ; Marca fin y define INICIO
La descripción del programa es como sigue:
1.- Las declaraciones SEGMENT y ENDS definen los segmentos a usar.
2.- La variable SALUDO en el segmento DATA, define la cadena a ser desplegada. El signo del dolar al final de la cadena (denominado centinela) es requerido por la función de visualización de la cadena de MS-DOS. La cadena incluye los códigos para carriage-return y line-feed.
3.- La etiqueta START en el segmento de código marca el inicio de las instrucciones del programa.
4.- La declaracion DW en el segmento de pila define el espacio para ser usado por el stack del programa.
5.- La declaración ASSUME indica que registros de segmento se asociarán con las etiquetas declaradas en las definiciones de segmentos.
6.- Las primeras dos instrucciones cargan la dirección del segmento de datos en el registro DS. Estas instrucciones no son necesarias para los segmentos de código y stack puesto que la dirección del segmento de código siempre es cargado en el registro CS y la dirección de la declaración del stack segment es automáticamente cargada en el registro SS.
7.- Las últimas dos instrucciones del segmento CODE usa la función 4CH de MS-DOS para regresar el control al sistema operativo. Existen muchas otras formas de hacer esto, pero ésta es la más recomendada.
8.- La directiva END indica el final del código fuente y especifica a START como punto de arranque.
EL FORMATO DEL ENSAMBLADOR.
De acuerdo a las convenciones y notación seguidas en el manual del Microsoft Macro
Assembler.
Negritas Comandos, símbolos y parámetros a ser usados como se muestra.
Itálicas Todo aquello que debe ser reemplazado por el usuario
࠰ Indican un parámetro opcional
,,, Denota un parámetros que puede repetirse varias veces
格/b>Separa dos valores mutuamente excluyentes
letra chica Usada para ejemplos. Código y lo que aparece en pantalla.
Cada programa en lenguaje ensamblador es creado a partir de un archivo fuente de código ensamblador. Estos son archivos de texto que contienen todas las declaraciones de datos e instrucciones que componen al programa y que se agrupan en áreas o secciones, cada una con un propósito especial. Las sentencias en ensamblador tienen la
siguiente sintaxis: [nombre> mnemónico [operandos> [;comentarios>
En cuanto a la estructura, todos los archivos fuente tienen la misma forma: cero o más segmentos de programa seguidos por una directiva END. No hay una regla sobre la estructura u orden que deben seguir las diversas secciones o áreas en la creación del código fuente de un programa en ensamblador. Sin embargo la mayoría de los programas tiene un segmento de datos, un segmento de código y un segmento de stack, los cuales pueden ser puestos en cualquier lugar.
Para la definición de datos y declaración de instrucciones y operandos el MASM reconoce el conjunto de caracteres formado por letras mayúsculas, letras minúsculas (excluyendo caracteres acentuados, ñ, Ñ), números, y los símbolos: ? @ _ $ : . [ > ( ) { } + – /
* & % ! 䠾 栜 = # ; , " `
La declaración de números requiere tener presente ciertas consideraciones. En el MASM un entero se refiere a un número entero: combinación de dígitos hexadecimales, octales, decimales o binarios, más una raíz opcional. La raíz se especifica con B, Q u O, D, o H. El ensamblador usará siempre la raíz decimal por defecto, si se omite la especificación de la raíz (la cual se puede cambiar con la directiva .RADIX). Así nosotros podemos especificar un entero de la siguiente manera: digitos, digitosB, digitosQ o digitosO, digitosD, digitosH. Si una D o B aparecen al final de un número, éstas siempre se considerarán un especificador de raíz, e.g. 11B será tratado como 112 (210), mientras que si se trata del número 11B16 debe introducirse como 11Bh.
Para los números reales tenemos al designador R, que sólo puede ser usado con números hexadecimales de 8, 16, ó 20 digitos de la forma digitosR. También puede usarse una de las directivas DD, DQ, y DT con el formato [+武gt;digitos.digitos[E[+武gt;digitos>. Las cadenas de carácter y constantes alfanuméricas son formadas como 䣡racteres䠯 "caracteres" . Para referencias simbólicas se utilizan cadenas especiales denominadas nombres. Los nombres son cadenas de caracteres que no se entrecomillan y que deben comenzar con una A..Z 校..z 栟 栤 栀 los caracteres restantes pueden ser cualquiera de los permitidos, y solamente los 31 primeros caracteres son reconocidos.
DIRECTIVAS.
El MASM posee un conjunto de instrucciones que no pertenecen al lenguaje ensamblador propiamente sino que son instrucciones que únicamente son reconocidas por el ensambldor y que han sido agregadas para facilitar la tarea de ensablamblado, tanto para el programador como para el programa que lo lleva a cabo. Dichas instrucciones son denominadas directivas. En general, las directivas son usadas para especificar la organización de memoria, realizar ensamblado condicional, definir macros, entrada, salida, control de archivos, listados, cross-reference, direcciones e información acerca de la estructura de un programa y las declaraciones de datos.
* Conjunto de instrucciones.- Dentro de las directivas más importantes, tenemos las que establecen el conjunto de instrucciones a soportar para un microprocesador en especial:
.8086(default).- Activa las instrucciones para el 8086 y 8088 e inhibe las del 80186 y
8 0 2 8 6 .
.8087(default).- Activa instrucciones para el 8087 y desactiva las del 80287.
.186.- Activa las instrucciones del 80186.
.286c.- Activa instrucciones del 80286 en modo no protegido.
.289p.- Activa instrucciones del 80286 en modo protegido y no protegido.
.287.- Activa las instrucciones para el 80287.
* Declaración de segmentos.- En lo que respecta a la estructura del programa tenemos las directivas SEGMENT y ENDS que marcan el inicio y final de un segmento del programa. Un segmento de programa es una colección de instrucciones y/o datos cuyas direcciones son todas relativas para el mismo registro de segmento. Su sintaxis es:
nombre SEGMENT [alineación> [combinación> [䣬ase䦧t;
nombre ENDS
El nombre del segmento es dado por nombre, y debe ser único. Segmentos con el mismo nombre se tratan como un mismo segmento. Las opciones alineación, combinación, y clase proporcionan información al LINK sobre cómo ajustar los segmentos. Para alineación tenemos los siguientes valores: byte (usa cualquier byte de dirección), word (usa cualquier palabra de dirección, 2 bytes/word), para (usa direcciones de parráfos, 16 bytes/parráfo, deafult), y page (usa direcciones de página, 256 bytes/page). combinación define cómo se combinarán los segmentos con el mismo nombre. Puede asumir valores de: public (concatena todos los segmentos en uno solo), stack (igual al anterior, pero con direcciones relativas al registro SS, common (crea segmentos sobrepuestos colocando el inicio de todos en una misma dirección), memory (indica al LINK tratar los segmentos igual que MASM con public, at address (direccionamiento relativo a address). clase indica el tipo de segmento, señalados con cualquier nombre. Cabe señalar que en la definición está permitido el anidar segmentos, pero no se permite de ninguna manera el sobreponerlos.
* Fin de código fuente.- Otra directiva importante es la que indica el final de un módulo. Al alcanzarla el ensamblador ignorará cualquier otra declaración que siga a ésta. Su sintaxis es:
END [expresión> la opción expresión permite definir la dirección en la cual el programa iniciará.
* Asignación de segmentos.- La directiva ASSUME permite indicar cuales serán los valores por default que asimirán los registros de segmento. Existen dos formas de hacer esto:
ASSUME registrosegmento:nombre,,, ASSUME NOTHING
NOTHING cancela valores previos.
* Etiquetas.- Las etiquetas son declaradas nombre:
donde nombre constituye una cadena de caracteres.
* Declaración de datos.- Estos se declaran según el tipo, mediante la regla
[nombre> directiva valor,,,
donde directiva puede ser DB (bytes), DW (palabras), DD (palabra doble), DQ (palabra cuádruple), DT (diez bytes). También pueden usarse las directivas LABEL (crea etiquetas de instrucciones o datos), EQU (crea símbolos de igualdad) , y el símbolo = ( asigna absolutos) para declarar símbolos. Estos tienen la siguiente sintaxis:
nombre = expresion nombre EQU expresión nombre LABEL tipo
donde tipo puede ser BYTE, WORD, DWORD, QWORD, TBYTE, NEAR, FAR.
* Declaración de estructuras.- Para la declaración de estructuras de datos se emplea la directiva STRUC. Su sintaxis es:
nombre STRUC
campos nombre ENDS
CONJUNTO DE INSTRUCCIONES.
El juego completo de instrucciones reconocidas por los procesadores intel 8086 a 80286, junto con los coprocesadores 8087 y 80287, se enlistan en el apendice E. Como puede verse en dicho apéndice, la mayoría de las instrucciones requieren algunos operandos o expresiones para trabajar, y lo cual es válido también para las directivas. Los operandos representan valores, registros o localidades de memoria a ser accesadas de alguna manera. Las expresiones combinan operandos y operadores aritméticos y lógicos para calcular en valor o la dirección a acceder.
Los operandos permitidos se enlistan a continuación:
Constantes.- Pueden ser números, cadenas o expresiones que representan un valor fijo. Por ejemplo, para cargar un registro con valor constante usaríamos la instrucción MOV indicando el registro y el valor que cargaríamos dicho registro.
mov ax,9 mov al,䣴
mov bx,65535/3
mov cx,count
count sólo sera válido si este fue declarado con la directiva EQU.
Directos.- Aquí se debe especificar la dirección de memoria a accesar en la forma segmento:offset.
mov ax,ss:0031h
mov al,data:0
mov bx,DGROUP:block
Relocalizables.- Por medio de un símbolo asociado a una dirección de memoria y que puede ser usado también para llamados.
mov ax, value call main
mov al,OFFSET dgroup:tabla mov bx, count
count sólo será válido si fue declarado con la directiva DW.
Contador de localización.- Usado para indicar la actual localización en el actual segmento durante el ensamblado. Representado con el símbolo $ y también conocido como centinela.
help DB 䏐CIONES䬱3,10
F1 DB 䠆1 salva pantalla䬱3,10
.
.
.
F10 DB 䠆10 exit䬱3,10,䤠DISTANCIA = $-help
Registros.- Cuando se hace referencia a cualquiera de los registros de propósito general, apuntadores, índices, o de segmento.
Basados.- Un operador basado representa una dirección de memoria relativa a uno de los
registros de base (BP o BX). Su sintaxis es:
desplazamiento[BP> desplazamiento[BX> [desplazamiento>[BP> [BP+desplazamiento> [BP>.desplazamiento [BP>+desplazamiento
en cada caso la dirección efectiva es la suma del desplazamiento y el contenido del
registro.
mov ax,[BP> mov al,[bx> mov bx,12[bx>
mov bx,fred[bp>
Indexado.- Un operador indexado representa una dirección de memoria relativa a uno de los registros índice (SI o DI). Su sintaxis es:
desplazamiento[DI> desplazamiento[SI> [desplazamiento>[DI> [DI+desplazamiento> [DI>.desplazamiento [DI>+desplazamiento
en cada caso la dirección efectiva es la suma del desplazamiento y el contenido del
registro. mov ax,[si> mov al,[di> mov bx,12[di>
mov bx,fred[si>
Base-indexados.- Un operador base-indexado representa una dirección de memoria relativa a la combinación de los registros de base e índice. Su sintaxis es: desplazamiento[BP>[SI>
desplazamiento[BX>[DI>
desplazamiento[BX>[SI> desplazamiento[BP>[DI> [desplazamiento>[BP>[DI> [BP+DI+desplazamiento> [BP+DI>.desplazamiento [DI>+desplazamiento+[BP>
en cada caso la dirección efectiva es la suma del desplazamiento y el contenido del
registro.
mov ax,[BP>[si> mov al,[bx+di> mov bx,12[bp+di>
mov bx,fred[bx>[si>
Estructuras.- Su sintaxis es variable.campo. variable es el nombre con que se declaró la estructura, y campo es el nombre del campo dentro de la estructura.
date STRUC mes DW ? dia DW ?
aa DW ?
date ENDS
actual date 䪡䬴01䬴84伯font>
mov ax,actual.dia mov actual.aa, 丵伯font>
Operadores y expresiones.- Se cuenta con los siguientes operadores:
-aritméticos
expresión1 * expresión2 expresión1 / expresión2 expresión1 MOD expresión2 expresión1 + expresión2 expresión1 – expresión2
+ expresión
– expresión
-de corrimiento expresión1 SHR contador expresión1 SHL contador
-relacionales
expresión1 EQ expresión2
expresión1 NE expresión2 expresión1 LT expresión2 expresión1 LE expresión2 expresión1 GT expresión2 expresión1 GE expresión2
– de bit
NOT expresión
expresión1 AND expresión2 expresión1 OR expresión2 expresión1 XOR expresión2
-de índice
[expresión1> [expresión2>
ejemplos:
mov al, string[3>
mov string[last>,al
mov cx,dgroup:[1> ; igual a mov cx,dgroup:1
-de apuntador
tipo PTR expresión
tipo puede ser BYTE ó 1, WORD ó 2, DWORD ó 4, QWORD ó 8, TBYTE ó 10, NEAR ó
0FFFFh, FAR ó 0FFFEh. Ejemplos:
call FAR PTR subrout3 mov BYTE ptr [array>, 1
add al, BYTE ptr [full_word>
-de nombre de campo estructura.campo ejemplos:
inc month.day
mov time.min,0 mov [bx>.dest
-de propósito especial.
OFFSET expresion.- Regresa el desplazamiento del operando mov bx, OFFSET dgroup:array
mov bx, offset subrout3
SHORT etiqueta.- Para un salto de menos de 128 bytes jmp SHORT loop
LENGTH variable.- Regresa el número de elementos de variable según su tipo mov cx,length array
SIZE variable.- Regresa el tamaño en bytes alojados para variable mov cx,size array
SEG expresión.- Regresa el valor del segmento para expresión mov ax, SEG saludo
MACROS Y PROCEDIMIENTOS.
La manera más fácil de modularizar un programa es dividirlo en dos o más partes. Para esto, es necesario que datos, símbolos, y demás valores de un módulo sean reconocidos por el otro u otros módulos. Para este tipo de declaraciones globales existen dos directivas: PUBLIC nombre,,, que hace la variable, etiqueta o símbolo absoluto disponible para todos los programas.
EXTRN nombre:tipo,,, que especifica una variable, etiqueta o símbolo externos identificados por nombre y tipo (que puede ser BYTE, WORD, DWORD, QWORD, TBYTE, NEAR, FAR, o ABS, éste último para números absolutos). El siguiente ejemplo ilustra el uso de las directivas. El primer listado corresponde al módulo principal, mientras que el segundo al módulo que contiene una rutina. Ambos módulos son archivos que se editan por separado, se ensamblan por separado, pero se ligan juntos.
MODULO PRINCIPAL: MAIN.ASM NAME main
PUBLIC exit
EXTRN print:near
stack SEGMENT word stack 'STACK' DW 64 DUP(?)
stack ENDS
data SEGMENT word public 'DATA' data ENDS
code SEGMENT byte public 'CODE' ASSUME cs:code, ds:data
start:
mov ax,data ; carga localizacion del segmento mov ds,ax ; en el registro DS
jmp print ; va a PRINT en el otro modulo
exit:
mov ah,4ch int 21h
code ENDS END start
SUBMODULO: TASK.ASM
NAME task PUBLIC print EXTRN exit:near
data SEGMENT word public 'DATA'
entrada DB "Entrando a un submodulo….",13,10,"$" salida DB "…….saliendo del submodulo.",01,07,13,10,"$" data ENDS
code SEGMENT byte public 'CODE' ASSUME cs:code, ds:data
print:
mov ah,06h ; Funcion para borrar pantalla mov al,0 ; todas las lineas
mov cx,0 ; de 0,0 mov dh,24d
mov dl,79d
mov bh,0 ; atributo en lineas vacias int 10h ; Servicio de e/s video
mov dx, OFFSET entrada mov ah,09h
int 21h
mov dx, OFFSET salida int 21h
jmp exit ; Regresa al otro modulo
code ENDS END
La declaración de macros se hace a través de las directivas MACRO y ENDM. Su sintaxis es:
nombre MACRO [parámetros,,,>
declaraciones
ENDM
parámetros son los valores que se substituirán en la macro cada vez que se haga referencia a ésta.
Para la definición de procedimientos se emplean las directivas PROC y ENDP. Su sintaxis es:
nombre PROC [distancia>
sentencias nombre ENDP
distancia, que puede ser NEAR (default) o FAR permiten indicar el tipo de acciones a realizar en brincos y llamados a subrutinas. nombre se puede usar como dirección en llamados o brincos.
INTERRUPCIONES.
Como se mencionó anteriormente la PC esta constituida lógicamente por su BIOS y sistema operativo. La mayoría de las rutinas que controlan al computador están grabadas en el ROM del BIOS, aunque muchas rutinas son establecidas por el sistema operativo y se cargan en RAM al momento de encender al computador. Estas rutinas son denominadas interrupciones y son activadas mediante la instrucción: INT número. Una interrupción es una operación que invoca la ejecución de una rutina específica que suspende la ejecución del programa que la llamó, de tal manera que el sistema toma control del computador colocando en el stack el contenido de los registros CS e IP.
El programa suspendido vuelve a activarse cuando termina la ejecución de la interrupción y son restablecidos los registros salvados. Existen dos razones para ejecutar una interrupción: (1) intencionalmente como petición para la entrada o salida de datos de un dispositivo, y (2) un error serio y no intencional, como sobreflujo o división por cero.
El operando de una interrupción indica cúal es la rutina a activar. La dirección de la rutina es localizada por medio de una tabla que el sistema mantiene a partir de la dirección 0000:0000h. Existen 256 entradas de 4 bytes de longitud, y cada interrupción
proporciona varias funciones. Las interrupciones de 00h a 1Fh correponden al BIOS y de
20h a FFh son del DOS y BASIC. El apéndice F proporciona una lista de las interrupciones para equipo XT.
Creación y depuración de programas en lenguaje ensamblador 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, e.g. Edlin, Edit, Write, El editor del Turbo Pascal, Works, Word, WordStar, etcétera. Las declaraciones pueden ser introducidas en mayúsculas y/o minúsculas. Una buena práctica de programación es poner todas las palabras reservadas (directivas e instrucciones) en mayúsculas y todo lo del usuario en minúsculas para fines de facilidad de lectura del c ó d i g o .
Las sentencias pueden comenzar en cualquier columna, no pueden tener más de
128 caracteres, no se permiten lineas múltiples ni códigos de control, y cada línea debe ser terminada con una combinación de line-feed y carriage-return. Los comentarios se declaran con ; y terminan al final de la línea.
ENSAMBLADO.
El ensamblado se lleva a cabo invocando al MASM. Este puese ser invocado, usando una línea de comando, de la siguiente manera:
MASM archivo [,[objeto>[,[listado>[,[cross>>>>>[opciones>[;>
donde:
archivo.- Corresponde al programa fuente. Por default se toma la extensión .ASM.
objeto.- Es el nombre para el archivo objeto.
listado.- Nombre del archivo de listado de ensamblado. cross.- Es un archivo de referencias cruzadas. opciones.- Pueden ser:
/A escribe los segmentos en orden alfabético
/S escribe los segmentos en orden del fuente
/Bnum fija buffer de tamaño num
/C especifica un archivo de referencias cruzadas
/L especifica un listado de ensamble
/D crea listado del paso 1
/Dsym define un símbolo que puede usarse en el ensamble
/Ipath fija path para búscar archivos a incluir
/ML mantiene sensitividad de letras (mayús./minús) en nombres
/MX mantiene sensitividad en nombre publicos y externos
/MU convierte nombres a mayúsculas
/N suprime tablas en listados
/P checa por código impuro
/R crea código para instrucciones de punto flotante
/E crea código para emular instrucciones de punto flotante
/T suprime mensajes de ensable exitoso
/V despliega estadísticas adicionales en pantalla
/X incluir condicionales falsos en pantalla
/Z despliega líneas de error en pantalla
si el ; al final se omite es necesario poner todas las comas que se indican. Si no se quiere poner algún valor basta con dejar la coma.
otra forma de invocar al ensamblador es sólo tecleando MASM y respondiendo a la información que se solicita. Para omitir algún valor sólo basta teclear ENTER si dar ningún valor.
L I N K . De la misma forma que el ensamblado, la fase de liga se lleva a cabo con el LINK. Este puede ser invocado de la misma forma que el MASM. Los parámetros que este requiere son:
LINK objeto [,[ejecutable>[,[mapa>[,[librería>>>>>[opciones>[;>
donde:
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
opciones.- Pueden ser:
/HELP muestra lista de opciones
/PAUSE pausa en el proceso
/EXEPACK empaca archivo ejecutable
/MAP crea mapa se símbolos públicos
/LINENUMBERS copia número de lineas al mapa
/NOIGNORECASE mantiene sensitividad en nombres
/NODEFAULTLIBRARYSEARCH no usa bibliotecas por default
/STACK:size fija el tamaño del stack a usar
/CPARMAXALLOC:número fija alojación máxima de espacio
/HIGH fija la dirección de carga más alta
/DSALLOCATE aloja grupo de datos
/NOGROUPASSOCIATION ignora asociaciones para direcciones
/OVERLAYINTERRUPT:número asigan nuevo número a la INT 03Fh
/SEGMENTS:número procesa un número de segmentos
/DOSSEG sigue la convención de orden de DOS
EJECUCION.
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. Lo que se vería en pantalla sería lo siguiente:
C:DATAPROGRAMSASM>masm main
Microsoft (R) Macro Assembler Version 4.00
Copyright (C) Microsoft Corp 1981, 1983, 1984, 1985. All rights reserved. Object filename [main.OBJ>:
Source listing [NUL.LST>: Cross-reference [NUL.CRF>:
50966 Bytes symbol space free
0 Warning Errors
0 Severe Errors C:DATAPROGRAMSASM>masm task Microsoft (R) Macro Assembler Version 4.00
Copyright (C) Microsoft Corp 1981, 1983, 1984, 1985. All rights reserved. Object filename [task.OBJ>:
Source listing [NUL.LST>: Cross-reference [NUL.CRF>:
51034 Bytes symbol space free
0 Warning Errors
0 Severe Errors C:DATAPROGRAMSASM>link main+task Microsoft (R) 8086 Object Linker Version 3.05
Copyright (C) Microsoft Corp 1983, 1984, 1985. All rights reserved. Run File [MAIN.EXE>:
List File [NUL.MAP>: Libraries [.LIB>: C:DATAPROGRAMSASM>main Entrando a un submodulo….
…….saliendo del submodulo. C:DATAPROGRAMSASM>
DEPURACION.
Para la depuración de un programa en ensamblador tenemos disponibles dos herramientas. Por un lado tenemos el debuger que nos proporciona MS-DOS (DEBUG.EXE) y por otro lado tenemos el que nos proporciona Microsoft (SYMDEB.EXE). Este último trabaja igual que el de MS-DOS pero nos proporciona muchas ventajas más. Una de ellas es la facilidad de desplegar el código fuente correspondiente a la instrucción que se esta ejecutando (si el programa ejecutable fue ensamblado o compilado con un ensamblador o compilador compatible), nos permite ejecutar comandos del S.O. y nos permite obtener información de las interrupciones de manera simbólica.
LA UTILERIA EXE2BIN Y LOS ARCHIVOS .EXE Y .COM .
Para MS-DOS sólo existen dos tipo de archivos ejecutables los .COM y .EXE. Ambos archivos difieren en algunas cosas. Primero, las ventajas de los .EXE son dobles, nos permiten tener archivos reubicables y el uso de hasta cuatro segmentos (STACK, DATA, EXTRA y CODE) de hasta 64KB cada uno. Un archivo .COM sólo puede tener un segmento de 64KB, en el que se tiene tanto código como pila, y datos. La desventaja de los .EXE es que agregan 512 bytes como cabecera con información para la reubicación del código. Un
.COM no es reubicable, siempre inicia en la dirección 0100H.
Si nuestro programa no es muy grande 64KB son mas que suficientes. Por lo que conviene crearlo como .COM, para esto se cuenta con la utilería EXE2BIN.EXE que nos proporciona el sistema operativo. y que nos permite crear .COM a partir de .EXE . Las restricciones para esto son las suguientes: el archivo a convertir no debe estar empacado, no debe tener segmento de stack, debe tener sólo segmento de código y su tamaño debe ser menor a 64KB.
PROGRAMACIÓN BÁSICA
Para comenzar con la programación en lenguaje ensamblador, es necesario contar con un conjunto de herramientas de programación. Este conjunto de herramientas consta
de un editor de texto capaz de producir archivos en código ASCII, un ensamblador y un
enlazador.
Para propósitos de este trabajo, se utilizaran los siguientes programas:
牅l ensamblador PASS32
牅l editor de texto EDIT proporcionado con todas las versiones de MS-DOS y
Windows.
PASS32 es un ensamblador y enlazador capaz de producir código ejecutable de 16 y 32 bits.
Formatos de instrucciones
En el lenguaje ensamblador existen tres tipos de instrucciones: instrucciones con dos operandos, instrucciones con un operando e instrucciones con operandos implícitos.
El campo nemónico es ocupado por cualquiera de las instrucciones que forman parte del conjunto de la familia x86.
Ejemplo: Mov (Transferir)
En los dos campos siguientes Reg significa que el operando puede ser un registro, Mem indica que puede ser una dirección de memoria y dato indica que el operando puede ser un dato colocado directamente por el programador. Los campos dos y tres se encuentran entre paréntesis cuadrados para indicar que son opcionales en algunas instrucciones.
Los siguientes son algunos ejemplos de instrucciones de las tres formas:
Instrucción con dos operandos:
Mov AX,BX
En este caso Mov es el nemónico, AX es el operando 1 y BX es el operando 2.
Instrucción con un operando:
INC BX
En este caso INC es el nemónico y BX es el único operando.
Iinstrucciones con operandos implícitos o sin operandos:
PUSHF
Donde PUSHF es el nemónico y único elemento de la instrucción.
FORMATO DE UN PROGRAMA
El código fuente de un programa en lenguaje ensamblador se constituye: El siguiente listado se utilizará para mostrar las diferentes partes.
.COMMENT
*************************************************************************
PRIMERO.ASM Ejemplo de un programa en lenguaje ensamblador.
*************************************************************************
.MODEL TINY; Modelo de memoria para el programa
.DATA; Declaración de variables
Mensaje db 'Mi primer programa',10,13,'$'
.CODE; Cuerpo del programa
INICIO:; Punto de entrada al programa
mov dx,OFFSET Mensaje ; Dirección de la cadena de texto mov ah,9 ; Función para imprimir cadenas
int 21h ; Llamada al sistema operativo
mov ah,4ch ; Función para terminar un programa int 21h ; Llamada al sistema operativo
END INICIO ; Fin del bloque principal del programa
END
Un programa en lenguaje ensamblador se compone de las siguientes partes:
牦Aacute;rea de comentarios
牄efinición del modelo de memoria
牦Aacute;rea de datos
牃uerpo del programa
El área de comentarios sirve para incluir comentarios acerca del programa que se está elaborando, comienza con la directiva .COMMENT y el comentario es colocado entre dos caracteres "*".
La definición del modelo de memoria es la parte donde se indica que tipo de código se va generar (16 o 32 bits). En este trabajo sólo se escribirán programas ejecutables .COM, por lo que siempre se usa la directiva .MODEL TINY.
El área de datos es el lugar donde deben ser declaradas las constantes y variables del programa. Las variables son declaradas después de la directiva .DATA y las constantes después de .CONST.
En el cuerpo del programa es donde se colocan las instrucciones en lenguaje ensamblador que se encargarán de realizar las tareas deseadas. El cuerpo del programa comienza con la directiva .CODE y termina con la directiva END. Esta parte corresponde al Begin y End de un programa en lenguaje Pascal.
Adicionalmente se debe indicar un punto de entrada al programa. El punto de entrada se indica por medio de una etiqueta antes de la primer instrucción real del programa. En el ejemplo anterior el punto de entrada es INICIO: y el punto final de las instrucciones se indica por medio de la instrucción END INICIO.
Cuando se requiere comentar las instrucciones de un programa, se debe colocar un punto y coma (;) y así el ensamblador interpreta todo lo que sigue como un comentario de una
sola línea. Si requiere comentarios de más de una línea puede usar la directiva
.COMMENT.
PROCESO DE ENSAMBLE Y LIGADO DE UN PROGRAMA
Este proceso es muy sencillo y se describe a continuación:
Si está trabajando en MS-DOS siga estos pasos:
1.- Escriba el programa, tal y como aparece en el listado anterior, usando su editor de texto preferido.
2.- Guárdelo con algún nombre y la extensión .ASM.
3.- En el símbolo del MS-DOS escriba lo siguiente
C:PASS32BIN>PASS32 Nombre.ASM –t
4.- Ejecute el programa .COM que se genera.
Para probar el programa abra una ventana de MS-DOS y seleccione el programa haciendo doble clic sobre el icono.
Directivas de ensamble (Seudo instrucciones)
Pass32 cuenta con algunas palabras reservadas que cumplen tareas especiales para facilitar la programación en ensamblador, estas palabras son llamadas seudo instrucciones o directivas de ensamble.
La siguiente es una lista de las directivas de ensamble más utilizadas en Pass32:
DB Reserva un byte en memoria
DW Reserva una palabra (Word) en memoria o 2 bytes
DD Reserva una palabra doble (Double Word)
.EQU Se utiliza para reemplazar símbolos por valores
PROC-ENDP Se utilizan para declarar procedimientos en los programas
.MACRO-ENDM Se utilizan para declarar macros
DUP Sirve para inicializar cadenas de caracteres o arreglos numéricos
.INCLUDE Se utiliza para obtener datos o subrutinas de otros programas
.EXTERN Declara un símbolo como externo, trabaja en conjunto con .INCLUDE
.PUBLIC Declara un símbolo como público.
Instrucciones de transferencia de datos
Los microprocesadores 80×86 cuentan con algunas instrucciones básicas de transferencia de información de acuerdo con los modos de direccionamiento. Las instrucciones más representativas del grupo de transferencia son:
MOV.- Transfiere (copia) contenidos. Su formato es MOV OP1,OP2. Esta instrucción copia el contenido de OP2 en OP1. Ejemplo:
Mov AX,0 ; AX=0
LEA.- Carga un registro con la dirección de desplazamiento de alguna variable en memoria. Su formato es LEA REG,Variable. Ejemplo:
.Data
Mensaje db "Hola","$"
.Code
——
——
Lea DX,Mensaje ;DS:DX->Mensaje
LDS.- Inicializa el registro DS LES.- Inicializa el registro ES Nota:
Las instrucciones LDS y LES modifican directamente el contenido de los registros de segmento DS y ES, por lo cual se recomienda que sólo sean utilizadas por programadores avanzados.
XCHG.- Intercambia contenidos. Su formato es XCHG OP1,OP2. El resultado es que el contenido de OP2 se pasa a OP1 y el de OP1 se pasa a OP2.
Ejemplo:
XCHG AX,BX ; AX->BX, BX->AX
El siguiente programa muestra la forma de usar las instrucciones de transferencia, además de algunas directivas de ensamble.
Inicialmente, el programa define un arreglo de 10 elementos llamado Array1, y lo inicializa con ceros. Después, utilizando la instrucción Mov, copia el número 10 en el registro AX y el 5 en el registro BX. Por medio de la instrucción Lea, el registro DX es cargado con la dirección de memoria donde comienza Array1 y finalmente intercambia el contenido de los registros AX y BX por medio de la instrucción XCHG.
Debido a que el ensamblador es un lenguaje de bajo nivel, es decir que el programador se encuentra en contacto directo con los componentes de la computadora, no existen instrucciones que nos permitan ver el contenido de los registros o los resultados de las operaciones en pantalla, es por esto que la mayoría de los programas no muestran datos en pantalla.
.COMMENT
*Programa: Trans1.ASM
Descripción: Este programa ilustra es uso de las operaciones para transferencia de datos.
El programa realmente no hace nada que sea visible al usuario, es solo con fines ilustrativos.
*
.MODEL tiny
.DATA
Array1 db 10 dup (0) ;Arreglo de 10 elementos iniciali-
;zados en cero.
inicio: ;Punto de entrada al programa mov AX,10 ;Copiar el número 10 dentro de AX mov BX,5 ;Copiar le número 5 dentro de BX
lea DX,Array1 ;DX contiene la dirección efectiva de Array1[0] xchg AX,BX ;Intercambiar los valores contenidos en AX y BX mov ax,4C00h ;Terminar programa y salir al DOS
int 21h END inicio END
Instrucciones aritméticas
Existen 8 instrucciones aritméticas básicas: ADD (Suma), SUB (Resta), MUL (Multiplicación sin signo), DIV (División sin signo), IMUL (Multiplicación con signo), IDIV (División con signo), INC (Incremento unitario) y DEC (Decremento unitario).
Las instrucciones ADD y SUB permiten realizar sumas y restas sencillas y tienen el siguiente formato:
ADD Destino, Fuente SUB Destino, Fuente Ejemplos:
ADD AX,BX ;AX=AX+BX ADD AX,10 ;AX=AX+10
SUB AX,BX ;AX=AX-BX SUB AX,10 ;AX=AX-10
En las operaciones de suma y resta el resultado siempre es almacenado en el
operando de destino, el cual puede ser un registro o una variable.
Las instrucciones INC y DEC permiten incrementar los contenidos de los registros y de las variables almacenadas en memoria.
Ejemplos:
INC AX ;AX=AX+1
INC VAR1 ;VAR1=VAR1+1
DEC AX ;AX=AX-1
DEC VAR1 ;VAR1=VAR1-1
El siguiente programa muestra la forma de utilizar estas instrucciones básicas:
.COMMENT
*Programa: Addsub.ASM
Descripción: Este programa ilustra el uso de las instrucciones ADD, SUB, INC y DEC.
*MODEL TINY
.DATA
Var1 DW 10 ;Declaración de una variable de tipo entero
;inicializada con 10.
Inicio: ;Punto de entrada al programa
Mov AX,5 ;AX=5
Mov BX,10 ;BX=10
Add AX,BX ;AX=AX+BX Mov CX,8 ;CX=8
Add CX,Var1 ;CX=CX+Var1
Inc AX ;AX=AX+1
Dec BX ;BX=BX-1
Inc Var1 ;Var1=Var1+1
Dec Var1 ;Var1=Var1-1
Mov AX,4C00h ;Terminar programa y salir al DOS
Int 21h ; END Inicio END
Multiplicación
Por otro lado, las operaciones de multiplicación y división son un poco más complejas de utilizar, esto se debe a que debemos tomar en cuenta el tamaño de los operandos para no sobrepasar la capacidad de almacenamiento de los registros del microprocesador.
Existen dos instrucciones para la multiplicación, estas son: MUL e IMUL. MUL permite realizar operaciones de multiplicación entre operandos sin signo e IMUL permite realizar operaciones entre operandos con signo.
La multiplicación se puede efectuar entre bytes (8 bits), palabras (16 bits) o dobles palabras (32 bits). Solamente los microprocesadores 386 y posteriores pueden realizar multiplicaciones entre operandos de 32 bits.
El producto de una multiplicación siempre tiene el doble de ancho. Si se multiplican dos números de 8 bits, el resultado será de 16 bits; si se multiplican dos números de 16 bits, el producto será de 32 bits y, finalmente, si se multiplican cantidades de 32 bits, el resultado será un número de 64 bits.
En la multiplicación de 8 bits, con o sin signo, el multiplicando está siempre en el registro AL. El multiplicador puede ser cualquier registro de 8 bits o cualquier variable. El resultado de la multiplicación se almacena en el registro AX, que es de doble ancho que los operandos involucrados.
Ejemplos válidos de operaciones de multiplicación son los siguientes:
MOV BL,5 ;Cargar datos
MOV AL,10 ;
MUL BL ; AX=AL*BL
MOV AL,10
MUL número1 ; AX=AL*número1
; donde número1 es una variable de tipo byte.
En la multiplicación de 16 bits, el multiplicando debe ser colocado en el registro
AX y el resultado siempre aparece en el par de registros DX:AX. El registro DX contiene los
16 bits más significativos de producto, mientras que el registro AX contiene los 16 bits
menos significativos del resultado.Ejemplos:
MOV CX,100 ;
MUL CX ; DX:AX=AX*CX
MOV AX,400 ;
MUL numero2 ; DX:AX=AX*numero2
El siguiente programa muestra la forma de utilizar algunas de estas operaciones de multiplicación en sus diferentes formatos. Debido a que el ensamblador no cuenta con funciones para imprimir información numérica en la pantalla, no es posible mostrar los resultados; considere este ejemplo únicamente con fines ilustrativos.
.COMMENT
*
Programa: Mul.ASM
Autor Juan Carlos Guzmán C.
Descripción: Este programa ilustra el uso de las instrucciones MUL e IMUL.
*
.MODEL TINY
.DATA
NUM1 dw 3
NUM2 db -5
.CODE INICIO:
;MULTIPLICACIÓN DE 8 BITS CON REGISTROS MOV BH,4 ;BH=4
MUL BH ;AX=AL*BH
;MULTIPLICACIÓN DE 16 BITS MOV AX,-3 ;AX=-3
MUL NUM1 ;DX:AX=AX*NUM2
;MULTIPLICACIÓN DE 8 BITS CON VARIABLES MOV AL,3 ;AL=3
IMUL NUM2 ;AX=AL*NUM2
MOV AX,4c00h
INT 21h END INICIO END
División
Las instrucciones para división permiten realizar divisiones de 8, 16 o 32 bits (esta última sólo está disponible en los microprocesadores 386 y posteriores). Los operandos pueden ser números con signo (IDIV) o números sin signo (DIV). El dividendo siempre tiene el doble de ancho que el operando divisor. Esto significa que en una división de 8 bits se divide un número de 16 bits entre uno de 8; en una de 16 bits se divide un número de 32 bits entre uno de 16, etc.
En la división de 8 bits, el dividendo es almacenado en el registro AX y el divisor puede ser cualquier registro de 8 bits o cualquier variable declarada de tipo byte. Después de la división, el cociente es cargado en el registro AL y el residuo en el registro AH.
MOV AX,10
MOV BL,5
DIV BL
Ejemplo de división con signo:
MOV AL,-10
MOV BL,2
CBW
IDIV BL
En este último ejemplo, el dividendo es cargado en el registro AL, pero debido a las reglas del microprocesador el dividendo debe ser de 16 bits; para lograr esto, se utiliza una instrucción especial. La instrucción CBW (convertir byte a palabra) permite convertir un número de 8 bits con signo en AL en un número de 16 bits con signo en AX.
En la división de 16 bits se siguen las mismas reglas que en la división de 8 bits, sólo que en ésta, el dividendo se encuentra en los registro DX:AX. Después de la división el cociente es almacenado en el registro AX y el residuo en el registro DX. En el caso de la división con signo, existe una instrucción que permite convertir un número con signo de
16 bits en AX en un número con signo de 32 bits en DX:AX.
El siguiente programa muestra la forma de utilizar algunas de estas operaciones de división en sus diferentes formatos. Debido a que el ensamblador no cuenta con funciones para imprimir información numérica en la pantalla, no es posible mostrar los resultados; considere este ejemplo únicamente con fines ilustrativos.
.COMMENT
*
Programa: Div.ASM
Autor Juan Carlos Guzmán C.
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