ASM POR AESOFT  

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LECCIÓN 1:

CONOCIENDO LA MAQUINA

Hola a todos los futuros seguidores del curso de ensamblador de AESOFT.

Esta primera lección va a ser sobre todo teórica. No se puede programar en ensamblador sin tener un conocimiento más o menos profundo acerca de las peculiaridades de la máquina que vamos a programar. Esto es obvio, ya que en ensamblador tenemos un control total del sistema, por tanto, cuanto más sepamos acerca de él más provecho podremos sacar del mismo, y mejores resultados obtendremos.

En primer lugar debemos saber con que‚ estamos trabajando, y no me refiero al lenguaje en s¡, sino al ordenador en cuestión. Tendremos que conocer de que‚ partes consta, como se comunican entre s¡, etc. Esta parte teórica es casi imprescindible para poder entender ciertas técnicas de programación.

Deciros también que vamos a estudiar la PC en general, no distinguiremos entre distintas familias de procesadores (8086,286,386,etc) ya que vamos a utilizar ensamblador del 8086. En realidad es el ensamblador que yo utilizo. Por tanto, aunque estemos programando sobre un 80386 o un 80486, desarrollaremos código ejecutable para la familia 80x86 en general. Cualquier exposición que haga ser  válida para toda la familia PC.

Bueno... Después de esta introducción, comencemos:

Una PC es un ordenador o computador, como más os guste, compuesto principalmente por procesador, chips de memoria, varios chips inteligentes o programables, y el bus de datos y direcciones. Junto con todo esto, nos encontramos los periféricos como son monitor, disqueteras, teclado, etc, que se comunican con el procesador. Esto (la comunicación del procesador con periféricos) se ver  más adelante.

El procesador:

Es el chip que ejecuta los programas. El procesador o CPU, lleva a cabo una gran variedad de cálculos, comparaciones numéricas y transferencias de datos como respuesta a las peticiones de los programas que estén siendo ejecutados en memoria. La CPU controla las operaciones básicas del ordenador enviando y recibiendo señales de control, direcciones de memoria y datos de un lugar a otro del ordenador a través de un grupo de 'sendas electrónicas' llamadas BUS.

Localizadas a lo largo de este BUS están las puertas de entrada y salida (E/S en castellano o I/O en inglés), las cuales conectan a la memoria y a los chips de apoyo al bus. Los datos pasan a través de estas puertas de E/S mientras viajan desde y hasta la CPU y otras partes del ordenador. Como os decía antes, trataremos el procesador 8086, siendo válido todo lo que digamos para el resto de procesadores de la familia PC.

El procesador 8086 es un procesador de 16 bits. Esto quiere decir entre otras cosas, que el procesador va a manipular en una sola operación datos de hasta 16 bits. Es decir, cuando transfiera datos a la memoria o los traiga desde ella, lo podrá  hacer de 16 bits en 16 bits. Aquí juega un papel decisivo el BUS de datos, ya que es por él por donde circulan los datos en las transferencias. Más detalles unas cuantas líneas más abajo.

El procesador cuenta con una serie de registros usados para realizar las operaciones de cálculo, y como almacenamiento de datos.

Para que os hagáis una idea, un registro del procesador es algo as¡ como una zona de memoria dentro del procesador donde se puede almacenar información, de forma que el acceso a esta información es instantáneo, ya que no hay que utilizar el bus de datos que conecta el procesador con la memoria para obtener dichos datos.

Estos registros se dividen en 5 grupos, según sus funciones:

Registros de datos: AX, BX, CX y DX

Se usan para cálculo y almacenamiento de propósito general. Son utilizados por los programas para realizar cálculos, as¡ como para transferir datos de una posición de memoria a otra, ya que no se puede hacer de forma directa. Es decir, que no podemos transferir un dato de la posición de memoria X a la posición Y sin antes depositar ese dato temporalmente en un registro del procesador.

Estos registros tienen una longitud de 16 bits, pero podemos descomponerlos cuando nos interese en un par de registros de 8 bits. Quedando de la forma siguiente:

AX = AH + AL

Siendo AX el registro de 16 bits, compuesto por la conjunción (que no la suma) del registro AH de 8 bits (los 8 bits m s significativos o de más

a la izquierda) y el registro AL de 8 bits (los 8 bits menos

significativos o de m s a la derecha).

BX = BH + BL

CX = CH + CL

DX = DH + DL

Para estos tres registros se aplica lo mismo que para el registro AX.

Cada uno de estos registros tiene funciones especiales que es interesante conocer. Por ejemplo el registro AX es el llamado acumulador, hace que muchas operaciones tengan una forma más corta, ya que lo especifican implícitamente. Es decir, que hay operaciones que actúan sobre el registro AX en particular. BX se suele utilizar en muchas instrucciones como registro base, sobre todo en transferencias de datos entre memoria y procesador. CX es el registro contador, muchas instrucciones lo utilizan para hacer incrementos o decrementos automáticos, para realizar bucles, etc. DX es el registro de datos, se suele utilizar para operaciones de 32 bits, para almacenar los 16 bits (o palabra) más significativos.

Registros Índice: SI, DI, BP y SP

Se utilizan para acceder a memoria cuando se establece el modo de direccionamiento mediante indexación o con punteros.

SI y DI indican el ¡índice fuente y destino respectivamente. BP y SP indican el puntero base y el puntero de la pila respectivamente.

Más adelante hablaremos de la pila (que es un tipo de datos estructurado).

Estos 4 registros son de 16 bits, y no pueden ser utilizados como registros dobles de 8 bits.

Registros de Segmento: CS, DS, SS y ES

Estos registros apuntan al principio de un bloque de 64 kb de memoria o segmento, de ah¡ lo de la 'S' con la que finalizan todos los registros: CS: registro segmento de código. Establece al  rea donde se halla el programa en ejecución.

DS: registro segmento de datos. Especifica la zona donde el programa lee y escribe los datos por defecto.

SS: registro segmento de pila. Especifica el  rea donde se encuentra la pila del sistema.

ES: registro segmento extra. Se utiliza como una extensión del segmento de datos. Es decir, indica otro  rea de datos aparte del especificado por DS.

Puntero de instrucción: IP

Su longitud es de 16 bits como el resto de los registros. Indica la dirección de la siguiente instrucción a ejecutar, y su valor es ajustado durante la ejecución de la instrucción en curso. Esta dirección está en el área de 64 kb de direcciones especificado por CS.

CS e IP en conjunción conforman la dirección física real de la siguiente instrucción a ejecutar. Más adelante detallaremos este asunto.

Registro FLAGS. O banderas de estado

Su longitud es de 16 bits. Cada uno de estos bits contiene cierta información booleano (verdadero o falso). Según el valor de cada uno de estos bits sea 1(verdadero) o 0(falso), informar  del estado de alguna situación en particular.

Dentro del registro de FLAGS hay 7 bits que no se utilizan. Los nombres

de los utilizados son: Of, Df, If, Tf, Sf, Zf, Af, Pf y Cf.

Estos bits se clasifican en dos grupos:

A Flags de estado (Cf, Af, Of, Zf, Pf y Sf): muestran el estado del procesador.

B Flags de control ( Df, If, Tf): determinan como el procesador responder  a determinadas situaciones. El programador manipular  estos bits para controlar el modo de ejecución de algunas instrucciones.

A continuación se muestra el significado de cada uno de los flags:

Cf:      Bit de Carry (acarreo), se activa (se pone a 1) si se produce acarreo en una operación aritmética.

Pf:      Bit de paridad, se activa si el resultado de una operación tiene paridad par, es decir, si el resultado tiene un número par de unos.

Af:      Bit de carry auxiliar, se activa si una operación aritmética produce acarreo de peso 16.

Zf:      Bit de cero, se activa si una operación produce 0 como resultado. Suele ser el m s utilizado (más consultado) por los programadores, por lo menos por m¡ (AESOFT). Se utiliza para comparaciones de datos y para otras muchas cosas como ciertos bucles, etc.

Sf:       Bit de signo, se activa si el bit m s significativo de un resultado es 1. Por convención cuando se opera con números negativos, se utiliza el bit de mayor peso para indicar el signo: si el bit es cero, entonces se trata de un número positivo, si es 1, se trata de número negativo. Ya veremos todo esto m s adelante.

Tf:      Bit trap o desvío. Si Tf=1, el procesador ejecuta las instrucciones. Una a una bajo control del usuario. Se pone a 1 este bit para realiza depuraciones del código que se está ejecutando. De esta forma se puede seguir el flujo del programa.

If:    Bit de interrupción, si vale 1, las interrupciones están permitidas, y si vale 0, no.

Df:      Se usa en las instrucciones que manipulan cadenas de bytes. Según coloque el programador este bit, a '0' o a '1', las cadenas de bytes serán tratadas en sentido de direcciones crecientes o decrecientes.

Of:   Bit de overflow, indica desbordamiento en una operación aritmética.

La Memoria:

Los chips de memoria se dedican meramente a almacenar la información hasta que se necesita. El número y la capacidad de almacenamiento de estos chips que hay dentro del ordenador determinan la cantidad de memoria que podremos utilizar para los programas y los datos. Normalmente la memoria siempre se ha dividido en dos tipos principales,

como son la RAM y la ROM.

Supongo que ya conocen esto, as¡ qué no entro en el tema. Si alguien tiene alguna duda, que lo diga.

Pues bien, en principio, nosotros vamos a trabajar con el rango de memoria 0 1048576, es decir, vamos a trabajar con el primer Mb (megabyte). Existen técnicas para tratar la memoria que hay en direcciones superiores a éstas, pero eso ya se verá en otro momento.

Pues bien, en ese Megabyte inicial, tenemos tanto RAM como ROM. La memoria RAM que es la que usamos para almacenar tanto programas como datos empieza en las direcciones bajas y llega hasta el inicio de la ROM. La ROM, evidentemente está situada en las posiciones altas de memoria, y es ah¡ donde se almacenan las rutinas más básicas del ordenador, como las rutinas de acceso a discos, pantalla, etc.

Un tema muy importante en el mundo del PC es la denominada barrera de los 640 K que seguro habréis oído hablar.

Esto quiere decir que aunque tengamos instalados 8 Megabytes en nuestro ordenador, sólo podremos ejecutar nuestro programa en las primeras 640 k.

Para poder acceder a los 7 Megabytes restantes debemos utilizar funciones especiales de manejo de memoria extendida, expandida, etc. Pero bueno, eso no nos interesa ahora en absoluto. Os remito al fichero MEMO.ZIP que podréis encontrar en el BBS, en el cual,

un usuario (PC-adicto) nos ofrece una exposición más amplia acerca de la memoria del PC.

Chips inteligentes:

Se trata de chips de apoyo, de los que se sirve el procesador o el usuario. Estos chips existen debido a que el procesador no puede controlar todo el ordenador sin ayuda. Al delegar ciertas funciones de control a otros chips, le queda más tiempo libre para atender a su propio trabajo. Estos chips de apoyo pueden ser responsables de procesos tales como el flujo de información a través de la circuitería interna (como el controlador de interrupciones y el controlador DMA) y controlar el flujo de información de uno a otro dispositivo (como un monitor o una unidad de disco) conectado al ordenador. En resumen, estos chips están ah¡ para librar de trabajo al procesador.

Bus de direcciones:

El bus de direcciones del PC utiliza 20 líneas de señal para transmitir las direcciones de memoria y de los dispositivos conectados al bus. Como a través de cada una de esas 20 líneas pueden viajar dos posibles valores(0 ¢ 1, es decir, tensión alta o tensión baja), el ordenador puede especificar 2^20 (2 elevado a 20) direcciones. Es decir, puede direccionar 1 Megabyte. Estamos hablando del 8086 con un bus de direcciones de 20 bits. Modelos superiores como el 80386 o el Pentium direccionan muchísimo más, tanto como les permite su bus: 32 bits en el caso del 386 y 64 bits en el caso del Pentium. Es decir, 2^32 y 2^64 direcciones respectivamente.

Bus de datos:

El bus de datos trabaja con el bus de direcciones para transportar los datos a través del ordenador. Este bus de datos es de 16 bits, al igual que el tamaño de registro.  Aunque no tiene que coincidir, como sucede con el procesador 8088, el cual tiene un tamaño de registro de 16 bits y un bus de datos de 8 bits. Esto es as¡ por simple economía. Por ahorrar costes. Claro que tiene su parte mala, y es que es más lento al realizar transferencias de datos.

Bueno, bueno, bueno... Todo esto que parece muy complicado es muy importante. No es lo mismo programar sabiendo con qué‚ se trabaja que programar a ciegas. Muchas veces es imprescindible recrear gráficamente ciertas instrucciones, para darse cuenta de un fallo en el programa.

Venga, ahora quiero que me contéis dudas que tenéis, aclaraciones, etc. Que la próxima lección ya es más práctica. Pero hasta que no se tenga claro como funciona el ordenador, no se puede hacer que funcione correctamente.

Lo dicho, espero mensajes vuestros antes de la siguiente lección.

Un saludo de AESOFT.