К теме о регистрах 2.3 Регистры состояния и управления
В процессор включены два регистра, постоянно содержащие информацию о состоянии как самого процессора, так и программы, команды которой он в данный момент обрабатывает:
регистр-указатель команд EIP/IP;
регистр флагов ЕFLAGS/FLAGS.
С помощью этих регистров можно также ограниченным образом управлять состоянием процессора.
Регистр-указатель команд (Instruction Pointer register) EIP/IP имеет разрядность 32(16) бита и содержит смещение следующей подлежащей выполнению команды относительно содержимого регистра сегмента кода CS в текущем сегменте команд. Этот регистр непосредственно недоступен программисту, но загрузка и изменение его значения производятся различными командами управления, к которым относятся команды условных и безусловных переходов, вызова процедур и возврата из процедур. Возникновение прерываний также приводит к модификации регистра EIP/IP.
Разрядность регистра флагов (flag register) EFLAGS/FLAGS равна 32(16) битам. Отдельные биты данного регистра имеют определенное функциональное назначение и называются флагами. Младшая часть регистра EFLAGS/FLAGS полностью аналогична регистру FLAGS процессора i8086.
Исходя из особенностей использования, флаги регистра EFLAGS/FLAGS можно разделить на три группы.
В первую группу флагов регистра EFLAGS/FLAGS входят 8 флагов состояния. Эти флаги могут изменяться после выполнения машинных команд. Флаги состояния регистра EFLAGS отражают особенности результата исполнения арифметических или логических операций. Это дает возможность анализировать состояние вычислительного процесса и реагировать на него с помощью команд, условных переходов и вызовов подпрограмм.
Флаг переноса (carry flag) CF:
1 — арифметическая операция произвела перенос из старшего бита результата, старшим является 7-й, 15-й или 31-й бит в зависимости от размерности операнда;
0 — переноса не было.
Флаг четности (parity flag) PF:
1—8 младших разрядов (этот флаг только для 8 младших разрядов операнда любого размера) результата содержат четное число единиц;
0 — 8 младших разрядов результата содержат нечетное число единиц.
Вспомогательный флаг переноса (auxiliary carry flag) AF применяется только для команд, работающих с BCD-числами. Фиксирует факт заема из младшей тетрады результата:
1 — в результате операции сложения был произведен перенос из разряда 3в старший разряд или при вычитании был заем в разряд 3 младшей тетрады из значения в старшей тетраде;
0 — переносов и заемов в третий разряд (из третьего разряда) младшей тетрады результата не было.
Флаг нуля (zero flag) ZF:
1 — результат нулевой;
0 — результат ненулевой.
Флаг знака (sign flag) SF отражает состояние старшего бита результата (биты 7, 15 или 31 для 8-, 16- или 32-разрядных операндов соответственно):
1 — старший бит результата равен 1;
0 — старший бит результата равен 0.
Флаг переполнения (overflow flag) OF используется для фиксации факта потери значащего бита при арифметических операциях:
1 — в результате операции происходит перенос в старший знаковый бит результата или заем из старшего знакового бита результата (биты 7,15 или 31 для 8-, 16- или 32-разрядных операндов соответственно);
0 — в результате операции не происходит переноса в старший знаковый бит результата или заема из старшего знакового бита результата.
Уровень привилегированности ввода-вывода (Input/Output privilege level) IOPL используется в защищенном режиме работы процессора для контроля доступа к командам ввода-вывода в зависимости от привилегированности задачи.
Флаг вложенности задачи (nested task) NT используется в защищенном режиме работы процессора для фиксации того факта, что одна задача вложена в другую.
Во вторую группу флагов (группа флагов управления) регистра EFLAGS/FLAGS входит всего один флаг направления (directory flag) DF. Он находится в десятом бите регистра ЕFLAGS и используется цепочечными командами. Значение флага DF определяет направление поэлементной обработки в этих операциях: от начала строки к концу (DF = 0) либо, наоборот, от конца строки к ее началу (DF =1). Для работы с флагом DF существуют специальные команды CLD (снять флаг DF) и STD (установить флаг DF). Применение этих команд позволяет привести флаг DF в соответствие с алгоритмом и обеспечить автоматическое увеличение или уменьшение счетчиков при выполнении операций со строками.
В третью группу флагов регистра EFLAGS/FLAGS входит 8 системных флагов, управляющих вводом-выводом, маскируемыми прерываниями, отладкой, переключением между задачами и режимом виртуального процессора 8086. Прикладным программам не рекомендуется модифицировать без необходимости эти флаги, так как в большинстве случаев это ведет к прерыванию работы программы. Далее перечислены системные флаги и их назначение.
Флаг трассировки (trace flag) TF предназначен для организации пошаговой работы процессора:
1 — процессор генерирует прерывание с номером 1 после выполнения каждой машинной команды (может использоваться при отладке программ,в частности отладчиками);
0 — обычная работа.
Флаг прерывания (interrupt enable flag) IF предназначен для разрешения или запрещения (маскирования) аппаратных прерываний (прерываний по входу INTR):
1 — аппаратные прерывания разрешены;
0 — аппаратные прерывания запрещены.
Флаг возобновления (resume flag) RF используется при обработке прерываний от регистров отладки.
Флаг режима виртуального процессора 8086 (virtual 8086 mode) VM является признаком работы процессора в режиме виртуального 8086:
1 — процессор работает в режиме виртуального процессора 8086;
0 — процессор работает в реальном или защищенном режиме.
Флаг контроля выравнивания (alignment check) AC предназначен для разрешения контроля выравнивания при обращениях к памяти. Используется совместно с битом AM в системном регистре CRO. К примеру, Pentium разрешает размещать команды и данные начиная с любого адреса. Если требуется контролировать выравнивание данных и команд по адресам, кратным 2 или 4, то установка данных битов приведет к тому, что все обращения по некратным адресам будут возбуждать исключительную ситуацию.
Флаг виртуального прерывания (virtual interrupt flag) VIF, появившийся в процессоре Pentium, при определенных условиях (одно из которых — работа процессора в v-режиме) является аналогом флага IF. Флаг VIF используется совместно с флагом VIР.
Флаг отложенного виртуального прерывания (virtual interrupt pending flag) VIP, появившийся в процессоре Pentium, устанавливается в 1 для индикации отложенного прерывания. Используется при работе в v-режиме совместно с флагом VIF.
Флаг идентификации (identification flag) ID используется для того, чтобы показать факт поддержки процессором инструкции CPUID. Если программа может установить или сбросить этот флаг, это означает, что данная модель процессора поддерживает инструкцию CPUID.
2.2. Целые числа
Если вы уже знакомы с каким-либо алгоритмическим языком (что ОЧЕНЬ желательно), то вы знаете, что, например, в C/C++ целые величины могут иметь тип char или int. Каждое из этих данных может быть знаковое (т.е. положительное или отрицательное) — signed или беззнаковое (только положительное!) — unsigned, а тип int еще может быть коротким — short или длинным — long. Все эти типы данных имеют определенную длину ячейки, а отсюда и допустимый диапазон значений.
Если Вам ближе алгоритмический язык Pascal, то идеологически здесь все то же самое, только описываются данные немного по-другому.
В Ассемблере программист сам решает, какие данные (целые или вещественные) он поместит в ту или иную ячейку. Например, простое арифметическое данное, под которое отведено 32 или 64 бита, может быть как целым, так и вещественным. Поэтому продвинутые программисты часто говорят о коротких или длинных целых, а также о коротких или длинных вещественных числах.
Разберемся вначале с целочисленными данными.
2.2.1 Целые числа без знака
Из области допустимых значений для платформы Winl6, целые числа без знака — это ПОЛОЖИТЕЛЬНЫЕ числа (или НОЛЬ) и они могут занимать 8, 16 или 32 бита памяти ЭВМ. Считается, что бит 0 — младший бит (для удобства будем считать, что он расположен крайним СПРАВА). Старший бит — 7(15 или 31) — для удобства расположим крайним СЛЕВА. Для БЕЗЗНАКОВЫХ данных все биты считаются информационными.
| Информационное поле числа {ОД} | ||
| .../16 / 15 / 14 / 13 / 12 / 11 / 10 / 9 / 8 / 7 / 6 / 5 / 4 / 3 / 2 / 1 | ||
| старший | Биты | младший |
РИС. 2.1. Формат представления для 32-битного БЕЗЗНАКОВОГО числа.
ПРИМЕР 2.1.
Пусть имеется десятичное целое число 40000. В каком формате его можно представить? Т.е. сколько ему требуется бит и каково будет его внутреннее (машинное) представление?
Решение. Для начала нужно перевести это число в двоичную систему счисления. Для этого можно воспользоваться табл. или стандартным калькулятором Windows (режим Scientific — научный). Остановимся на калькуляторе. Получаем:
40000d → 1001 1100 0100 0000b → 9C40h
По количеству полученных бит видно, что для хранения такого числа нам понадобится минимум 16 двоичных разрядов. В терминах алгоритмического языка C/C++ это формат unsigned int для платформы Winl6, а для Pascal — это формат word.
Можно это число (с запасом) разместить и в 32-х битах:
40000d → 0000 0000 0000 0000 1001 1100 0100 0000b →0000 9C40h
Обратите внимание на ведущие НУЛИ!!!
Это будут для C/C++ соответственно, форматы: unsigned long, long (Winl6) или unsigned int, int, unsigned long, long (Win32). Для Pascal — это форматы: Longlnt (Winl6) или Integer, Longlnt, LongWord, Cardinal (см. Win32).
2.2.2. Целые числа со знаком
Целые ЗНАКОВЫЕ данные, во-первых, могут быть как ПОЛОЖИТЕЛЬНЫМИ, так и ОТРИЦАТЕЛЬНЫМИ, включая НОЛЬ, и, во-вторых, они по диапазону допустимых значений в два раза меньше беззнаковых (для положительных значений). Почему?
Это происходит, потому что НЕ вся область бит отводится под информацию, как было с беззнаковыми данными. Старший бит всегда отводится под знак. Он называется бит S — Signum (знак — лат.):
S = 0 - для ПОЛОЖИТЕЛЬНЫХ чисел;
S = 1 - для ОТРИЦАТЕЛЬНЫХ чисел.
| S | Информационное поле числа {ОД} |
| .... 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 10 | |
| Знак | Биты |
РИС. 2.2. Формат представления для 32-битного знакового числа.
Поэтому под информацию отводится всегда на ОДИН бит МЕНЬШЕ.
А теперь немного отвлечемся на небольшую задачку: что получится, если мы исходное десятичное число 12345 лишим последней цифры 5? Получим число 1234. В программировании это называется сдвиг вправо на один десятичный разряд. И наше число получилось в 10 раз меньше! Совершенно аналогично происходит и с двоичным числом, если мы его сдвинем на один, но двоичный, разряд вправо. Исходное число уменьшится в 2 раза! Попробуйте сделать это сами, например, было число 111001101b, а стало11100110b. Действительно ли оно уменьшилось в два раза? Забегая немного вперед, можно сказать, что сдвиги — ОЧЕНЬ важная деталь в программировании вообще, и в Ассемблере в частности.
Если вы поняли эту маленькую задачку, значит, разобрались, почему максимальный диапазон для ПОЛОЖИТЕЛЬНЫХ знаковых чисел получается в два раза меньше. Например, для ПОЛОЖИТЕЛЬНОГО знакового данного, которому отведен один байт информации, получается следующее:
0111 1111b → 7Fh → 127d
А как быть с ОТРИЦАТЕЛЬНЫМИ числами? Здесь может быть НЕСКОЛЬКО вариантов решений. Ребята из фирмы IBM решили взять за основу представление отрицательных чисел в ДОПОЛНИТЕЛЬНОМ коде, суть которого заключается в следующем:
1) Берем МОДУЛЬ отрицательного числа (т.е. число положительное) и по известным Вам алгоритмам переводим dec→hex;
2) Делаем инверсию hex-кода (т.е. нули становятся единицами, а единицы — нулями);
3) К полученному hex-коду добавляем 1.