Assembler для DOS, Windows и UNIX

608 Pages·2004·13.691 MB·Russian

by  Зубков С.В.

Зубков С. В.
Assembler^
^^_ ^ш тят »* у \JM\\J О V_. U.
дня DOS, Windows
ilCTCUMIP
УДК 004.438Assembler
ББК 32.973.26-018.1
3-91
Зубков С. В.
3-91 Assembler для DOS, Windows и UNIX / Зубков Сергей Владимирович. - 3-е
изд., стер. - М. : ДМК Пресс ; СПб. : Питер, 2004. - 608 с. : ил. -
(Серия «Для программистов»).
ISBN 5-94074-259-9
В книге освещаются все аспекты современного программирования на ассембле-
ре для DOS, Windows 95/NT и UNIX (Solaris, Linux и FreeBSD), включая созда-
ние резидентных программ и драйверов, прямое программирование периферий-
ных устройств, управление защищенным режимом и многое другое. Детально
рассматривается архитектура процессоров Intel вплоть до Pentium III. Все главы
иллюстрируются подробными примерами работоспособных программ.
Издание ориентировано как на профессионалов, так и на начинающих без опыта
программирования.
Все права защищены. Любая часть этой книги не может быть воспроизведена
в какой бы то ни было форме и какими бы то ни было средствами без письменного разреше-
ния владельцев авторских прав.
Материал, изложенный в данной книге, многократно проверен. Но, поскольку вероятность на-
личия технических и просто человеческих ошибок все равно существует, издательство не может
гарантировать абсолютную точность и правильность приводимых сведений. В связи с этим изда-
тельство не несет ответственности за возможные ошибки, связанные с использованием книги.
© Зубков С. В., 2004
ISBN 5-94074-259-9 © ДМК Пресс, 2004
Зубков Сергей Владимирович
Assembler
для DOS, Windows и UNIX
Главный редактор Захаров И. М.
[email protected]
Научный редактор Шалаев Н. В.
Литературный редактор Космачева Н. А.
Верстка А/щ-Заде В. X.
Дизайн обложки Антонов А. И.
Подписано в печать 12.11.2003. Формат 70хЮО'/ .
16
Гарнитура «Петербург». Печать офсетная.
Усл. печ. л. 49,4. Тираж 3000 экз. Зак. № 3501
Издательство «ДМК Пресс», 105023, Москва, пл. Журавлева, 2/8
Web-сайт издательства: www.dmk.ru
Internet-магазин: www.abook.ru, www.dmk.ru
Ордена Трудового Красного Знамени
ГУП Чеховский полиграфический комбинат
Министерства Российской Федерации по делам печати,
телерадиовещания и средств массовых коммуникаций
142300, г. Чехов Московской области
Тел. [phone], факс [phone]
Содержание
Введение и
Глава 1, Предварительные сведения 13
1.1. Что нужно для работы с ассемблером 13
1.2. Представление данных в компьютерах 14
1.2.1. Двоичная система счисления 14
1.2.2. Биты, байты и слова 15
1.2.3. Шестнадцатеричная система счисления 16
1.2.4. Числа со знаком 17
1.2.5. Логические операции 18
1.2.6. Коды символов 18
1.2.7. Организация памяти 19
Глава 2. Процессоры Intel в реальном режиме 20
2.1. Регистры процессора 20
2.1.1. Регистры общего назначения 20
2.1.2. Сегментные регистры 22
2.1.3. Стек 22
2.1.4. Регистр флагов 23
2.2. Способы адресации 24
2.2.1. Регистровая адресация 24
2.2.2. Непосредственная адресация 25
2.2.3. Прямая адресация 25
2.2.4. Косвенная адресация 25
2.2.5. Адресация по базе со сдвигом 26
2.2.6. Косвенная адресация с масштабированием 26
2.2.7. Адресация по базе с индексированием 27
2.2.8. Адресация по базе с индексированием
и масштабированием 27
2.3. Основные непривилегированные команды 28
2.3.1. Пересылка данных 28
2.3.2. Двоичная арифметика 34
2.3.3. Десятичная арифметика 38
•ВЯШ Assembler для DOS, Windows и UNIX
2.3.4. Логические операции 41
2.3.5. Сдвиговые операции 43
2.3.6. Операции над битами и байтами 45
2.3.7. Команды передачи управления 47
2.3.8. Строковые операции 54
2.3.9. Управление флагами 57
2.3.10. Загрузка сегментных регистров 59
2.3.11. Другие команды 59
2.4. Числа с плавающей запятой 63
2.4.1. Типы данных FPU 63
2.4.2. Регистры FPU 65
2.4.3. Исключения FPU 67
2.4.4. Команды пересылки данных FPU 68
2.4.5. Базовая арифметика FPU 70
2.4.6. Команды сравнения FPU 74
2.4.7. Трансцендентные операции FPU 76
2.4.8. Константы FPU 78
2.4.9. Команды управления FPU 78
2.5. Расширение IAMMX 82
2.5.1. Регистры ММХ 82
2.5.2. Типы данных ММХ 83
2.5.3. Команды пересылки данных ММХ 83
2.5.4. Команды преобразования типов ММХ 84
2.5.5. Арифметические операции ММХ 85
2.5.6. Команды сравнения ММХ 88
2.5.7. Логические операции ММХ 88
2.5.8. Сдвиговые операции ММХ 89
2.5.9. Команды управления состоянием ММХ .'. 90
2.5.10. Расширение AMD 3D 90
2.6. Расширение SSE 91
2.6.1. Регистры SSE 91
2.6.2. Типы данных SSE 92
2.6.3. Команды SSE 92
2.6.4. Определение поддержки SSE 105
2.6.5. Исключения 105
Глава 3. Директивы и операторы ассемблера юе
3.1. Структура программы 106
3.2. Директивы распределения памяти 108
3.2.1. Псевдокоманды определения переменных 108
3.2.2. Структуры 109
Содержание . ^
3.3. Организация программы 110
3.3.1. Сегменты 110
3.3.2. Модели памяти и упрощенные директивы
определения сегментов 112
3.3.3. Порядок загрузки сегментов 114
3.3.4. Процедуры 115
3.3.5. Конец программы 115
3.3.6. Директивы задания набора допустимых команд 116
3.3.7. Директивы управления программным счетчиком 116
3.3.8. Глобальные объявления 117
3.3.9. Условное ассемблирование 118
3.4. Выражения 120
3.5. Макроопределения 121
3.5.1. Блоки повторений 123
3.5.2. Макрооператоры 124
3.5.3. Другие директивы, используемые в макроопределениях 124
3.6. Другие директивы 125
3.6.1. Управление файлами 125
3.6.2. Управление листингом : 125
3.6.3. Комментарии 126
Глава 4. Основы программирования для MS DOS 127
4.1. Программа типа COM 128
4.2. Программа типа EXE 130
4.3. Вывод на экран в текстовом режиме 131
4.3.1. Средства DOS 131
4.3.2. Средства BIOS 134
4.3.3. Прямая работас видеопамятью 139
4.4. Ввод с клавиатуры 140
4.4.1. Средства DOS 140
4.4.2. Средства BIOS 148
4.5. Графические видеорежимы 151
4.5.1. Работа с VGA-режимами 151
4.5.2. Работа с SVGA-режимами 155
4.6. Работас мышью 166
4.7. Другие устройства 171
4.7.1. Системный таймер 171
4.7.2. Последовательный порт 178
4.7.3. Параллельный порт 181
Assembler для DOS, Windows и UNIX
4.8. Работа с файлами 182
4.8.1. Создание и открытие файлов 183
4.8.2. Чтение и запись в файл 186
4.8.3. Закрытие и удаление файла 187
4.8.4. Поиск файлов 188
4.8.5. Управление файловой системой 192
4.9. Управление памятью 193
4.9.1. Обычная память : 193
4.9.2. Область памяти UMB 195
4.9.3. Область памяти НМД 195
4.9.4. Интерфейс EMS 196
4.9.5. Интерфейс XMS 197
4.10. Загрузка и выполнение программ 202
4.11. Командные параметры и переменные среды 208
Глава 5. Более сложные приемы программирования .. 212
5.1. Управляющие структуры 212
5.1.1. Структуры IF...THEN...ELSE 212
5.1.2. Структуры CASE 213
5.1.3. Конечные автоматы 214
5.1.4. Циклы 215
5.2. Процедуры и функции 216
5.2.1. Передача параметров 216
5.2.2. Локальные переменные 221
5.3. Вложенные процедуры 222
5.3.1. Вложенные процедуры со статическими ссылками 222
5.3.2. Вложенные процедуры с дисплеями 223
5.4. Целочисленная арифметика повышенной точности 224
5.4.1. Сложение и вычитание 225
5.4.2. Сравнение 225
5.4.3. Умножение 226
5.4.4. Деление 227
5.5. Вычисления с фиксированной запятой 228
5.5.1. Сложение и вычитание 228
5.5.2. Умножение 228
5.5.3. Деление 229
5.5.4. Трансцендентные функции 229
5.6. Вычисления с плавающей запятой 233
Содержание
5.7. Популярные алгоритмы 238
5.7.1. Генераторы случайных чисел 238
5.7.2. Сортировки 242
5.8. Перехват прерываний 245
5.8.1. Обработчики прерываний 246
5.8.2. Прерывания от внешних устройств 249
5.8.3. Повторная входимость 253
5.9. Резидентные программы 256
5.9.1. Пассивная резидентная программа 256
5.9.2. Мультиплексорное прерывание 262
5.9.3. Выгрузка резидентной программы из памяти 276
5.9.4. Полурезидентные программы 292
5.9.5. Взаимодействие между процессами 297
5.10. Программирование на уровне портов ввода-вывода ....305
5.10.1. Клавиатура 305
5.10.2. Последовательный порт 309
5.10.3. Параллельный порт 315
5.10.4. Видеоадаптеры VGA 316
5.10.5. Таймер 331
5.10.6. Динамик 335
5.10.7. Часы реального времени и CMOS-память 336
5.10.8. Звуковые платы 339
5.10.9. Контроллер DMA 359
5.10.10. Контроллер прерываний 366
5.10.11. Джойстик 371
5.11. Драйверы устройств в DOS 374
5.11.1. Символьные устройства 375
5.11.2. Блочные устройства 384
Глава 6. Программирование в защищенном режиме ... 388
6.1. Адресация в защищенном режиме 388
6.2. Интерфейс VCPI 391
6.3. Интерфейс DPMI 394
6.3.1. Переключение в защищенный режим 394
6.3.2. Функции DPMI управления дескрипторами 395
6.3.3. Передача управления между режимами в DPMI 396
6.3.4. Обработчики прерываний 398
6.3.5. Пример программы 399
И . Assembler для DOS, Windows и UNIX
6.4. Расширители DOS 403
6.4.1. Способы объединения программы с расширителем 403
6.4.2. Управление памятью в DPMI 405
6.4.3. Вывод на экран через линейный кадровый б^фер 406
Глава 7. Программирование для Windows 95/NT 413
7.1. Первая программа 413
7.2. Консольные приложения 416
7.3. Графические приложения 421
7.3.1. Окно типа MessageBox 421
7.3.2. Окна 422
7.3.3. Меню 427
7.3.4. Диалоги 431
7.3.5. Полноценное приложение 436
7.4. Динамические библиотеки 451
7.5. Драйверы устройств 457
Глава 8. Ассемблер и языки высокого уровня 460
8.1. Передача параметров 460
8.1.1. Конвенция Pascal 460
8.1.2. Конвенция С 461
8.1.3. Смешанные конвенции 463
8.2. Искажение имен 463
8.3. Встроенный ассемблер 463
8.3.1. Ассемблер, встроенный в Pascal..... 464
8.3.2. Ассемблер, встроенный в С 464
Глава 9. Оптимизация 465
9.1. Высокоуровневая оптимизация 465
9.2. Оптимизация на среднем уровне 465
9.2.1. Вычисление констант вне цикла 466
9.2.2. Перенос проверки условия в конец цикла 466
9.2.3. Выполнение цикла задом наперед 466
9.2.4. Разворачивание циклов 467
9.3. Низкоуровневая оптимизация 468
9.3.1. Общие принципы низкоуровневой оптимизации 468
9.3.2. Особенности архитектуры процессоров Pentium
и Pentium MMX 471
9.3.3. Особенности архитектуры процессоров Pentium Pro
и Pentium II 472
Содержание
Глава 10. Процессоры Intel в защищенном режиме ... 476
10.1. Регистры 476
10.1.1. Системные флаги 476
10.1.2. Регистры управления памятью 477
10.1.3. Регистры управления процессором 478
10.1.4. Отладочные регистры 480
10.1.5. Машинно-специфичные регистры 481
10.2. Системные и привилегированные команды 482
10.3. Вход и выход из защищенного режима 488
10.4. Сегментная адресация 490
10.4.1. Модель памяти в защищенном режиме 490
10.4.2. Селектор 491
10.4.3. Дескрипторы 491
10.4.4. Пример программы 493
10.4.5. Нереальный режим ....: 497
10.5. Обработка прерываний и исключений 499
10.6. Страничная адресация 509
10.7. Механизм защиты 516
10.7.1. Проверка лимитов 516
10.7.2. Проверка типа сегмента 517
10.7.3. Проверка привилегий 517
10.7.4. Выполнение привилегированных команд 518
10.7.5. Защита на уровне страниц 519
10.8. Управление задачами 519
10.8.1. Сегмент состояния задачи 519
10.8.2. Переключение задач 521
10.9. Режим виртуального 8086 527
10.9.1. Прерывания в V86 527
10.9.2. Ввод-вывод в V86 528
Глава 11. Программирование
на ассемблере в среде UNIX 529
11.1. Синтаксис AT&T 530
11.1.1. Основные правила 530
11.1.2. Запись команд 531
11.1.3. Адресация 532
11.2. Операторы ассемблера 533
11.2.1. Префиксные, или унарные, операторы 533
11.2.2. Инфиксные, или бинарные, операторы 533
Assembler для DOS, Windows и UNIX
11.3. Директивы ассемблера 534
11.3.1. Директивы определения данных 534
11.3.2. Директивы управления символами 535
11.3.3. Директивы определения секций 535
11.3.4. Директивы управления разрядностью 536
11.3.5. Директивы управления программным указателем 536
11.3.6. Директивы управления листингом г. 536
11.3.7. Директивы управления ассемблированием 537
11.3.8. Блоки повторения 537
11.3.9. Макроопределения 538
11.4. Программирование с использованием libc 538
11.5. Программирование без использования libc 540
11.6. Переносимая программа для UNIX 543
Заключение 558
Приложение 1. Таблицы символов 559
1. Символы ASCII 559
2. Управляющие символы ASCII 560
3. Кодировки второй половины ASCII 561
4. Коды символов расширенного ASCII 564
s
5. Скан-коды клавиатуры 565
Приложение 2. Команды Intel 80x86 567
1. Общая информация о кодах команд 567
1.1. Общий формат команды процессора Intel 567
1.2. Значения полей кода команды 567
1.3. Значения поля ModRM 568
1.4. Значения поля SIB : 569
2. Общая информация о скоростях выполнения 570
3. Префиксы 571
4. Команды процессоров Intel 8088 - Pentium III 572
Используемые сокращения 595
ГлОССарИЙ 599
Алфавитный указатель 602