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Arquitetura de Computadores: Assembly

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  • 1. ASSEMBLY Prof.ª Ms. Elaine Cecília Gatto Disciplina: Arquitetura de Computadores Curso: Engenharia de Computação
  • 2. Introdução ● É linguagem de montagem; ● É utilizada para programar um computador de baixo nível; ● O programa é montado dentro do processador; ● Não é uma linguagem de máquina ● Linguagem de máquina: ● Utilizada por um MICROPROCESSADOR para controlar funções de um computador digital.
  • 3. Introdução ● MICROPROCESSADOR: ● É um circuito que possui a capacidade de executar diversos tipos de funções distintas; ● É usado em um computador.
  • 4. Introdução ● Linguagem de máquina: ● Só aceita e manipula informações numéricas expressas em notação de códigos binários; ● Assembly: ● Linguagem de programação que surgiu entre a década de 40 e 50; ● Objetivo: facilitar o trabalho de codificação de um programa de computador; ● É composta por códigos alfabéticos muito mais fáceis de se utilizar que códigos binários ou hexadecimais;
  • 5. Introdução ● Mnemônicos: ● São as instruções da linguagem Assembly; ● ASSEMBLER: ● É o nome dado ao programa montador; ● É o programa utilizado para compilar um programa escrito em linguagem de montagem, tornando-o executável; ● É o ambiente de programação; ● É responsável por traduzir o programa-fonte para o programa-objeto; ● PORTANTO: assembler é diferente de assembly!
  • 6. Introdução ● Compiladores disponíveis para a linguagem Assembly: ● MASM (microsoft) ● MASM (ibm) ● TASM (borland) ● EMU8086 (http://www.emu8086.com/)
  • 7. Introdução ● Saber programar em linguagem Assembly significa conhecer e saber usar melhor os requisitos mais íntimos de um microprocessador, e por conseguinte, saber controlar melhor as funções de um computador digital. ● É usada na criação e desenvolvimento de rotinas escritas nas formas de DLLs, drivers, programas embutidos (computadores de bordo), etc. ● Algumas linguagens de alto nível possuem algum tipo de interação com rotinas de programas escritos em Assembly. ● Códigos Assembly são rápidos e pequenos (compilado) mas o código-fonte é extenso
  • 8. Introdução ● Assembly é totalmente dependente de hardware ● Um código Assembly para INTEL não é o mesmo que um para a AMD. ● Portanto, não é portável. ● EMU8086: ● Ambiente de programação; ● Programa de simulação do modo de operação interna de um microprocessador padrão 8086; ● Modo gráfico;
  • 9. NIBBLE ● É um conjunto numérico de 4 bits; ● Representa-se até 16 valores diferentes; ● É a menor estrutura numérica manipulada internamente em um computador digital; ● Usa-se nibble para facilitar a representação de valores binários em formato hexadecimal;
  • 10. BYTE ● É um conjunto de oito bits; ● Representa-se numericamente até 256 valores diferentes; ● Um byte é formado pelo conjunto de dois nibbles; 7 6 5 4 3 2 1 0 Bits mais significativos Bits menos significativos Nibble 1 Nibble 2
  • 11. WORD ● Representa um conjunto de 16 bits; ● Representa-se numericamente até 65.356 valores diferentes (de 0 a 65.356); ● É formado por dois bytes; ● É formado por quatro nibbles; ● Também pode ser representado valores numéricos entre - 32.766 até 32.767; ● Representação de numeros inteiros; ● Representação de deslocamento de segmento; 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 Bits mais significativos Nibble 3 (mais significativo) Nibble 2 Nibble 1 Nibble 0 (menos significativo)
  • 12. Double Word ● É um conjunto de dois words; ● Um conjunto de 32 bits; ● Formada por um conjunto de quatro bytes ou oito nibbles; ● Representa-se 4.294.967.296 valores numéricos diferentes; ● Representa-se também numeros entre -2.147.483.648 e 2.147.483.647; ● Utilizado para representar: ● Valores inteiros de 32 bits ● Valores de ponto flutuante de 32 bits; ● Endereços segmentados;
  • 13. Quad Word ● É um conjunto de dois double words; ● É um conjunto de 64 bits; ● É formado por dois double words, ou quatro words, ou oito bytes ou ainda dezesseis nibbles; ● Representa-se 18.446.744.073.709.551.616 valores numéricos diferentes; ● Representa-se -9.223.372.036.854.7756.808 à - 9.223.372.036.854.7756.808 ● Usado em microprocessadores de 64 bits;
  • 14. Registradores  Utilizados para armazenar os valores que serão manipulados por um programa;  A arquitetura X86 da Intel é formada por 14 registradores  Cada um manipula 16 bits  São divididos em quatro grupos funcionais:  Registradores gerais: AX, BX, CX, DX;  Registradores de segmento: CS, DS, ES, SS  Registradores de ponteiros: SI, DI, SP, BP, IP  Registradores de estado: F
  • 15. Registradores ● AX: accumulator extended ● BX: base extended ● CX: counter extended ● DC: data extended ● Cada registrador tem 16 bits de dados ● Cada registrador pode ser dividido em 2 duas partes com 8 bits cada um
  • 16. Registradores REGISTRADORES DE USO GERAL AX AH AL BX BH BL CX CH CL DX DH DL Registradores de Segmento CS (Code Segment) DS (Data Segment) ES (Extra Data Segment) SS (Stack Segment) Registradores Ponteiros SI (Source Index) DI (Destination Index) SP (Stack Pointer) BP (Base Pointer) IP (Instruction Pointer)
  • 17. Registradores REGISTRADORES DE ESTADO F O D I T S Z A P C flags 1 1 1 1 1 5 4 3 2 1 0 9 8 7 6 5 4 3 2 1
  • 18. Registradores ● Esquema da estrutura interna de cada registrador geral
  • 19. AX ● AX (AH – AL) pode ser utilizado em: ● operações aritméticas ● Acessos de portas de entrada e saída; ● Chamadas de interrupções ● Transferência de dados ● Etc
  • 20. BX ● BX: BH-BL ● Pode ser utilizado como ponteiro para acessar a memória no sentido de obter algum valor de retorno ou mesmo definir valores que serão usados para auxiliar operações aritméticas efetuadas com o registrador ah
  • 21. CX ● CX (CH-CL): ● Usado para receber alguns valores de interrupções ● Principal finalidade: ● servir como contador de laços de repetição e operações de deslocamento registradas em CL
  • 22. DX ● DX (DH-DL): ● Operações aritméticas ● Acessos de portas de entrada e saída ● Algumas chamadas de interrupções
  • 23. Registradores de Segmento ● Tem 16 bits ● Usados para acessar uma determinada área de memória (OFFSET) ● São utilizados para auxiliar o microprocessador a encontrar o caminho pela memória do computador ● Não podem ser divididos em grupos de 8 bits
  • 24. CS ● Usado para apontar para uma área de memória que contém o segmento de código de programa que se encontra em execução ● Obs.: a mudança do valor existente nesse registrador pode resultar em travamento do computador
  • 25. DS ● usado para apontar para a área de memória que estiver sendo utilizada no armazenamento dos dados do programa em execução ● A mudança no valor existente nesse registrador de segmento pode ocasionar a obtenção de dados incorretos
  • 26. ES ● Usado para determinar um segmento extra de endereço de dados distante da área em que se está operando ● Por exemplo: necessário quando é preciso acessar a memória do vídeo
  • 27. SS ● Usado para identificar a área de memória que será usada como pilha, com o objetivo de armazenar dados temporários para a execução de um determinado programa ● Algumas vezes pode conter o mesmo valor encontrado no registrador de segmento DS ● A mudança do valor pode trazer resultados imprevisíveis relacionados aos dados
  • 28. Registradores de Deslocamento ● Registradores de apontamento ● Registradores de deslocamento ● Registradores de índice ● Associados ao acesso de uma determinada posição de memória previamente conhecida ● Não podem ser divididos em grupos de 8 bits ● Quatro registradores são manipuláveis, apenas o IP não é
  • 29. IP ● Apontador da próxima instrução ● Possui o valor de deslocamento do código da próxima instrução a ser executada ● É de uso interno do microprocessador ● Guarda o deslocamento da próxima instrução de um programa ● O valor só pode ser lido
  • 30. SI e DI ● Utilizados para manipular índices de uma tabela ● SI: ● usado para a leitura dos dados de tipo string de uma tabela ● DI: ● usado para a escrita de dados do tipo string em uma tabela ● Usado na definição de endereçamento distante associado ao registrador de segmento ES
  • 31. SP e BP ● Permitem acesso à pilha de programa ● Pilha de programa: ● memória para armazenamento de dados ● Possibilita armazenar dados em memória, sem utilizar registradores gerais ● É um mecanismo que armazena dados de cima para baixo ● BP: armazena o endereço da base da pilha ● SP: armazena o endereço do topo da pilha
  • 32. Registrador de Estado ● Meio para sinalização de efetivação de operações lógicas, aritméticas, manipulação de blocos e interrupções ● Indicam o estado de comportamento do microprocessador quando da execução de alguma instrução Assembly ● Tem 16 bits ● Cada flag define ou sinaliza um estado de comportamento particular
  • 33. Registrador de Estado ● O flag está vinculado ao fato de uma ação ser ou não executada ● 1: indica que o flag está setado (habilitado). Quando uma ação é executada, indica que a ação ocorreu ● 0: indica que o flag não está setado (desabilitado). A ação em questão não sofreu nenhum tipo de alteração.
  • 34. Registrador de Estado ● C = Carry (vai um / empresta um) ● P = Parity ● A = Auxiliary Carry ● Z = Zero ● S = Sign ● T = Trap ● I = Interrupt Enable ● D = Direction ● O = Overflow
  • 35. Registrador de Estado ● Flags utilizadas para indicar os resultados obtidos em operações aritméticas ou lógicas: ● CF = Carry Flag ● PF = Paity Flag ● AF = Auxiliar Flag ● ZF = Zero Flag ● SF = Signal Flag ● OF = Overflow Flag
  • 36. Registrador de Estado ● Flags utilizados para as tarefas de controle: ● TF = Trap Flag ● IF = Interrput Flag ● DF = Direction Flag
  • 37. CF (bit 0) ● Passa para o valor 1 quando a operação aritmética ultrapassar a capacidade de armazenamento daquele valor (quando precisar do VAI UM ou EMPRESTA UM) ● Se não ocorrer nenhuma movimentação de VAI UM ou EMPRESTA UM, então o valor será 0. ● Exemplo: 255 + 1 = 256. Se a faixa de valores é de 0 a 255, então o resultado está fora, e o flag CF sofre a mudança para 1.
  • 38. PF (bit 2) ● Indica se a paridade do byte inferior do resultado é par ou ímpar após a execução de uma operação aritmética ou lógica resultar ou não um par de bits 1 ● 1: paridade par ● 0: paridade ímpar
  • 39. AF (bit 4) ● Indica a sinalização de carry do bit 3 para o bit 4 de uma adição com valores decimais (vai um) ● Indica a sinalização de carry do bit 4 para o bit 3 de uma subtração com valores decimais (empresta um) ● Ambos são representados por sequencias numericas escritas em formato BINARY CODE DECIMAL (BCD) ● 1: ocorreu a operação de vai um ● 0: não ocorreu a operação de vai um
  • 40. ZF (bit 6) ● 1: indica se o resultado após uma operação aritmética ou lógica é igual a zero ● 0: indica se o resultado após uma operação aritmética ou lógica é diferente de zero ● Usado também para obtenção de resultado de comparação após uma ação lógica ● Se os valores comparados forem iguais é sinalizado com o valor 1
  • 41. SF (bit 7) ● Mostra a obtenção de um resultado negativo ou positivo após uma operação aritmética de complemento 2, não ocorrendo o estouro (overflow) ● 0: resultado positivo ● 1: resultado negativo
  • 42. TF (bit 8) ● Possibilita uma interrupção especial após executar uma única instrução, com a finalidade de acompanhar passo a passo a execução individual das instruções de um determinado programa em operações de debug ● 1: indica a execução da ação passo a passo da própria instrução em foco. Após essa ação ocorre uma interrupção e seu valor torna-se zero. ● 0: se estiver em zero ocorre o contrário
  • 43. IF (bit 9) ● Habilita ou desabilita o reconhecimento à chamada de interrupções por meio da instrução INT. ● 1: se estiver uma ocorrência de interrupção habilitada ● 0: se não estiver uma ocorrência de interrupção habilitada
  • 44. DF (bit 10) ● Aponta a direção das operações de manipulação de blocos da direita para a esquerda ou vice-versa em string. ● 0: indica que os registradores de índice serão incrementados ● 1: indica que os registradores de índice serão decrementados
  • 45. OF (bit 11) ● Indica a obtenção de um valor muito grande após uma operação aritmética ou lógica ● Estouro de capacidade quando um número positivo for muito grande ou um número negativo for muito pequeno para ser processado ● Estouro da capacidade quando os valores estão fora da faixa de valores permitida para a operação do microprocessador ● 0: quando ocorrer o estouro ● 1: quando não ocorrer
  • 46. INTERRUPÇÕES ● Ação do computador executar suas tarefas e ter a capacidade de interrompê-las a quaisquer momento, para realizar outras tarefas solicitadas, retornando ao que estava fazendo anteriormente ● Extremamente importante para o fucionamento ADEQUADO de um COMPUTADOR
  • 47. INTERRUPÇÕES ● Interrupções tornam possível controlar vários dispositivos associados ao computador ● O funcionamento da interrupção ocorre pela comunicação entre dispositivos externos e o microprocessador ● INT: ● instrução utilizada para interrupções
  • 48. INTERRUPÇÕES ● Faixa de valores de INT: ● 00h – FFh (número hexadecimal) ● Total de 256 interrupções possíveis ● Tabela de interrupções: ● Fica armazenada nos primeiros 1024 bytes da memória (endereço físico de 0 a 1023) ● É um conjunto de vetores indexados aos registradores CS e IP ● Cada vetor ocupa 4 bytes (2 bytes para cada registrador)
  • 49. INTERRUPÇÕES ● ISR: ● Interrupt Service Routine – outro nome para a tabela de interrupções ● Possui o endereço das funções de cada uma das interrupções existentes ● Três categorias: ● Interrupção por hardware ● Interrupção por exceção ● Interrupção por software
  • 50. INTERRUPÇÃO POR HARDWARE ● Possibilita acionar periféricos externos ● Faixa de valores: ● 08h a 0Fh ● IRQ: ● Interrupt request ● Linha pela qual a interrupção se conecta com o microprocessador ● São controladas por rotinas do S.O. ou da ROM-BIOS
  • 51. INTERRUPÇÃO POR HARDWARE ● Máximo de dispositivos externos: oito (se for um microprocessador intel 8086. processadores mais atuais manipulam mais dispositivos) ● Este tipo de interrupção é gerenciada pelo próprio comptuador ● Não é possível mudar seu estado de comportamento
  • 52. INTERRUPÇÕES POR HARDWARE ● 08h: IRQ0. Opera o chip temporizador do sistema. ● 09h: IRQ1. Opera o teclado. ● 0Ah: IRQ2. Interrupção reservada. ● 0Bh: IRQ3. Opera as portas de comunicação COM2. ● 0Ch: IRQ4. Opera as portas de comunicação COM1
  • 53. INTERRUPÇÕES POR HARDWARE ● 0Dh: IRQ5. Opera uma unidade de disco. ● 0Eh: IRQ6. Opera unidade de discos flexíveis. ● 0Fh: IRQ7. Opera porta LPT1 para impressora do tipo paralela
  • 54. INTERRUPÇÃO POR EXCEÇÃO ● Possibilita fazer o controle condicional interno do microprocessador, retornando algum tipo de erro ● Exemplo: divisão por zero ● Faixa de valores: 0 a 7 ● Oito tipos de interrupções
  • 55. INTERRUPÇÃO POR EXCEÇÃO ● 00h: falha de divisão quando o divisor é igual a zero ● 01h: execução passo a passo num processo de debug quando FLAG TF é setado ● 02h: interrupção reservada para a condição de operação para NMI (Non Maskable Interrupt) ● 03h: ocorre na definição da execução de um ponto de parada (Breakpoint) sobre a execução da instrução INT3 ● 04h: ocorre quando há estouro registrado no FLAG OF quando da execução da instrução INTO
  • 56. INTERRUPÇÃO POR SOFTWARE ● Efetua o acionamento de determinadas interrupções desejas por intermédio de um programa em execução, podendo interferir na ação de algum periférico conectado ao microcomputador ● As interrupções mais utilizadas são as da ROM-BIOS
  • 57. INTERRUPÇÃO POR SOFTWARE ● 10h: escrita de caractere no monitor de vídeo ● 13h: operações de leitura e escrita em disco ● 14h: comunicação com porta serial ● 16h: leitura de caractere no teclado ● 17h: operações com impressora ● 19h: ação de reset
  • 58. INTERRUPÇÃO POR SOFTWARE ● 1Ah: retorna a hora do sistema ● 20h: finaliza a operação do sistema ● 21h: operações de leitura e escrita nos periféricos padrão conectados ao sistema ● 33h: utilização do mouse
  • 59. SEGMENTOS E DESLOCAMENTOS ● Memória: tabela de dados ● Linhas: segmentos ● Colunas: deslocamentos (OFFSET) ● Capacidade de endereçar uma memória de até 1MB dividida em 16 blocos com 64KB ● Cada bloco de memória é denominado segmento de memória ● São numerados de 0 a F em hexadecimal
  • 60. SEGMENTOS E DESLOCAMENTOS ● Os segmentos de memória são endereçados de 00000h (1º) a FFFFFh (último) ● O endereço físico é formado por cinco digitos ● 0xxxh referencia o segmento 0h ● 1xxxxh referencia o segmento 1h ● Os segmentos são divididos por deslocamentos ● Deslocamentos variam de 0yyyyh a Fyyyyh
  • 61. SEGMENTOS E DESLOCAMENTOS ● Cada posição de deslocamento tem um total de 16 bits que são manipulados pelos registradores de segmentos ● O segmento de memória é dividido em duas partes: ● 1ª parte: um segmento de 16 bits ● 2ª parte: um deslocamento de 4 bits ● Total do endereço de memória: 20 bits
  • 62. SEGMENTOS E DESLOCAMENTOS ● A posição de memória a ser especificada é definida pelo valor do segmento e pelo seu deslocamento em relação ao início do segmento ● REPRESENTAÇÃO: ● xxxzh:yyyyh ● segmento:deslocamento ● Xxxxh: endereço do segmento ● Yyyyyh: posição do deslocamento desejado
  • 63. SEGMENTOS E DESLOCAMENTOS
  • 64. SEGMENTOS E DESLOCAMENTOS A Figura apresenta uma memória que está armazenando o seguinte texto: “Aprender assembly requer atenção e dedicação” “editora érica ltda” “Quem descobriu o Brasil foi Pedro Álvares Cabral” “D. Pedro I proclamou a independencia”
  • 65. SEGMENTOS E DESLOCAMENTOS O armazenamento de dados na memória ocorre de forma contígua (um dado após o outro) Cada dado ocupa UMA posição de DESLOCAMENTO em relação à UM posição de SEGMENTO O que está no endereço 2h:Eh? Até onde se estende?
  • 66. SEGMENTOS E DESLOCAMENTOS O endereço final será 2Eh. Este é o valor efeitvo. Para se obtê-lo faça 16d (decimal) ou 10h vezes o valor do segmento e some o valor do deslocamento. Portanto: 2h * 10h + Eh = 2Eh
  • 67. SEGMENTOS E DESLOCAMENTOS EXEMPLO DE MEMÓRIA: TABELA DE DADOS DESLOCAMENTOS 00000h 00001h 00002h 00003h 00004h 00005h 00006h 00007h 00008h 00009h 0000Ah 0000Bh 0000Ch 0000Dh 0000Eh 0000Fh 0h 1h 2h 3h 4h 5h 6h 7h 8h 9h Ah Bh Ch Dh Eh Fh 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A B C D E F 4 bits 4 bits 4 bits 4 bits 4 bits 4 bits 4 bits 4 bits 4 bits 4 bits 4 bits 4 bits 4 bits 4 bits 4 bits 4 bits TOTALDE64KB SEGMENTOS 00000h 0h 0 16 bits 00001h 1h 1 16 bits 00002h 2h 2 16 bits 00003h 3h 3 16 bits 00004h 4h 4 16 bits 00005h 5h 5 16 bits 00006h 6h 6 16 bits 00007h 7h 7 16 bits 00008h 8h 8 16 bits 00009h 9h 9 16 bits 0000Ah Ah A 16 bits 0000Bh Bh B 16 bits 0000Ch Ch C 16 bits 0000Dh Dh D 16 bits 0000Eh Eh E 16 bits 0000Fh Fh F 16 bits
  • 68. Endereçamento de Memória ● Função primária: armazenar dados ● Formada por um grande conjunto de células de armazenamento ● Cada célula é formada por um conjunto de 8 bits ● Pode assumir 256 significados ● Cada célula tem um endereço absoluto de posição
  • 69. Endereçamento de Memória ● Cada posição é individual, tem um valor numérico que representa seu endereço ● Em um processador intel 8086 seu endereçamento máximo está na casa dos 640KB ● A região de memória vai de 0KB a 640KB ● Essa região toda está dividida em várias partes reservadas
  • 70. Endereçamento de Memória
  • 71. Endereçamento de Memória ● A área de memória livre para trabalho é menor que 640KB ● 1,5KB dos 640KB é reservado ● O espaço também é utilizado pelos arquivos de controle do sistema ● Informações temporárias dos programas BIOS e vídeo devem ser armazenadas em memória RAM (mesmo que eles estejam gravados em memória ROM)
  • 72. ASSEMBLY ● Denominações semelhantes: ● ASM86 ● X86 ● ASM8086 ● Todos os microprocessadores da família INTEL possuem basicamente o mesmo conjunto de instruções existentes no padrão do microprocessador 8086 e 8088
  • 73. ASSEMBLY ● Assembly 8086 possui 116 instruções (mnemonicos) diferentes destinadas ao controle do microprocessadores ● Os outros microprocessadores INTEL possuem novas, e mais, instruções a cada novo lançamento
  • 74. ASSEMBLY ● Seis grupos funcionais: ● Transferência de dados ● Aritméticas ● Manipulação de bits ● Manipulação de strings ● Controle de programa ● Controle do microprocessadores
  • 75. TRANSFERENCIA DE DADOS ● Instruções destinadas à movimentação de dados ● Podem ser movimentados: ● Entre registradores ● Entre registradores e posições de memória ● Entre registradores e unidades de entrada e saída
  • 76. ARITMÉTICAS ● Instruções destinadas aos cálculos matemáticos básicos: ● Adição ● Subtração ● Multiplicação ● Divisão
  • 77. MANIPULAÇÃO DE BITS ● Instruções que fazem o deslocamento de bits em um registrador ou posição de memória ● As funções de operações lógicas de conjunção (ou), disjunção (e) e negação são incluídas neste grupo
  • 78. MANIPULAÇÃO DE STRINGS ● Fazem o controle de grupos de sequencias de caracteres ● Comparação ● Análise ● Movimentação
  • 79. CONTROLE DE PROGRAMA ● Instruções que controlam a execução do código de programa ● Pode ser: ● Execução sequencial ● Com laços ● Sub-rotinas ● Subprogramas
  • 80. CONTROLE DE PROGRAMA ● Podem manipular as interrupções de um programa em execução ● A interrupção ocorre por vários motivos. Exemplo: ● Aceitar uma entrada de dados via teclado. ● É necessário fazer uma interrupção no programa, para que o dado possa ser digitado, e após aceitar o dado continua sua execução
  • 81. CONTROLE DE MICROPROCESSADOR ● Instruções que possibilitam o acesso dos registradores de controle do microprocessador com o objetivo de mudar seu estado de comportamento