Arquitetura e organização de computadores

Arquitetura e organização de computadores

Programação em linguagem assembly

Aula 17Prof. Diovani Milhorim

Linguagem Assembly

Assembly é uma linguagem de baixo nível, chamada freqüentemente de “linguagem de montagem”

É uma linguagem considerada difícil, principalmente porque o programador precisa conhecer a estrutura da máquina para usá-la

Linguagem Assembly

A linguagem Assembly é atrelada à arquitetura de uma certa CPU, ou seja, ela depende completamente do hardware

Cada família de processador tem sua própria linguagem assembly (Ex. X86, ARM, SPARC, MIPS)

Por essa razão Assembly não é uma linguagem portável, ao contrário da maioria das linguagens de alto nível

Linguagem Assembly

As primeiras linguagens Assembly surgiram na década de 50, na chamada segunda geração das linguagens de programação

A segunda geração visou libertar os programadores de dificuldades como lembrar códigos numéricos e calcular endereços

Linguagem Assembly

Assembly foi muito usada para várias aplicações até os anos 80, quando foi substituída pelas linguagens de alto nível

Isso aconteceu principalmente pela necessidade de aumento da produtividade de software

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Atualmente Assembly é usada para manipulação direta de hardware e para sistemas que necessitem de performance crítica

Device drivers, sistemas embarcados de baixo nível e sistemas de tempo real são exemplos de aplicações que usam Assembly.

Linguagem Assembly

A linguagem Assembly é de baixo nível, porém ainda precisa ser transformada na linguagem que a máquina entende

Quem faz isso é o Assembler. O Assembler é um utilitário que traduz o código Assembly para a máquina

Assembler é o compilador Assembly é a linguagem.

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Exemplo:

Antes -> mov al, 061h (x86/IA-32)

Depois -> 10110000 01100001

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Em Assembly é comum representar os números na forma hexadecimal. Isso acontece porque é interessante visualizar o número na forma de dados

A representação hexadecimal facilita o tratamento de números muito grandes.

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Um algarismo hexadecimal pode ser representado por quatro algarismos binários

Logo um byte pode ser representado como dois números hexa, um word como quatro números hexa e um dword como oito números hexa

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BinárioBinário HexaHexa DecimalDecimal TipoTipo

1000000010000000 80 80 128 128 bytebyte

100000000001000000000000001 00001

8001 8001 32.769 32.769 word word

111111111111111111111111111 11111 FFFF FFFF 65.535 65.535 word word 111111111111111111111111111111111111111111111111111111 1111111111

FFFFFFFFFFFFFFF F

4.294.964.294.967.295 7.295

dword dword

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Em assembly trabalha-se diretamente com os registradores do processador.

Nos processadores Intel, existem apenas 8 registradores de uso geral

São eles:

EAX, EBX, ECX, EDX, ESI, EDI, ESP, EBP

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Os registradores ESP e EBP só devem ser usados preferencialmente para trabalhar com a pilha

EAX -> Chamado de “Acumulador”, geralmente é usado para operações aritméticas e para guardar resultados

EBX -> Chamado de “Base”, geralmente é usado para armazenar dados em geral e para endereços de memória

ECX -> Chamado de “Contador”, como o nome já diz é usado como contador, principalmente para controlar loops

EDX -> Chamado de registrador de dados, é usado geralmente para guardar o endereço de uma variável na memória

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ESI e EDI -> Respectivamente “Source Index” e “Destination Index”, são menos usados do que os registradores descritos anteriormente. Geralmente usa-se ESI e EDI para movimentação de dados, com ESI guardando o endereço fonte de uma variável e EDI guardando o endereço destino. Não podem ser acessados em nível de Byte.

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ESP e EBP -> Respectivamente “Stack Pointer” e “Base Pointer”, só devem ser usados para manipulação da pilha. O Registrador ESP guarda a referência para o topo da pilha, enquanto o registrador EBP é usado para “andar” pela pilha

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Todos os programas fazem uso da pilha em tempo de execução, porém nas linguagens de alto nível não é preciso se preocupar com o funcionamento da pilha

Já em Assembly, o programador precisa saber trabalhar com a pilha, pois ela é uma ferramenta importante

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Registrado de estado (flag)

Um registrador de estado é uma coleção de bits que indicam o estado de várias operações matemáticas. Os bits são comumente chamados de flags (bandeiras) e são usados durante testes de condição e ramificação de programas. A número de bits, sua ordem e a interpretação dada a eles depende de cada processador.

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Formato do registrador Flag

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Nos processadores Intel as flags mais importantes do principal registrador de estado têm o seguinte significado:

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Estrutura de um programa assembly.

Vamos entender como se estrutura um programa em assembly.

Como padrão de editor e compilador utilizares o MASM32 (microsoft assembly) disponibilizado gratuitamente pela microsoft.

O programa é dividido em várias áreas, cada uma com suas diretivas próprias.

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É necessário inicialmente para que o compilador possa escolher o conjunto de instruções compatíveis indicar o tipo de CPU.

Se a CPU é do tipo 80386 em diante (80386, 80486, Pentium, etc). Trabalhar com o conjunto de instruções do 386 costuma ser mais do que suficiente

Como é que passamos essa informação para o compilador? Usando uma diretiva apropriada:

.386 ---> para processadores do tipo 80386

.486 ---> para processadores do tipo 80486

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Ainda precisamos indicar qual é o modelo de memória que deve ser usado. Um executável é carregado na memória de acordo com o modelo de memória definido durante a compilação. Na época dos computadores de 16 bits, o programa era carregado na memória em segmentos de tamanho predefinido.

Com o advento dos 32 bits, os executáveis passaram a ser carregados na memória em endereços contíguos. Imagine um segmento único de memória contendo o executável, uma tripa enorme com a sequência de instruções. Este modelo de memória foi denominado FLAT, ou seja, modelo plano ou contínuo.

Usa-se a diretiva:.MODEL FLAT

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Passagem de parâmetros para funções:

A forma de envia parâmetros precisa ser definida previamente: se houver mais de um parâmetro, podemos enviá-los de frente para trás ou de trás para frente, ou seja, da esquerda para a direita ou da direita para a esquerda.

Veja um exemplo:Suponha que uma função espere receber dois parâmetros (param1 e param2). Podemos enviá-los na sequência param1, param2 ou na sequência param2, param1.

A primeira convenção de passagem de parâmetros é conhecida como PASCAL e a segunda como convenção C.

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Os parâmetros recebidos são guardados temporariamente num registrador da CPU chamado de pilha (stack).

Como o conteúdo da pilha é alterado quando uma função é chamada ou quando a própria função alterá-lo, é preciso fazer um ajuste de pilha em cada retorno de função. Na convenção de passagem de parâmetros do tipo Pascal, a função chamada é a responsável pelo ajuste da pilha antes do retorno. Na convenção C, a rotina chamadora é a responsável.

Existe uma terceira convenção de passagem de parâmetros denominada STDCALL (abreviação de STanDard CALL - chamada padrão). Usando esta convenção, os parâmetros são enviados da direita para a esquerda (como na convenção C) mas a função chamada é a responsável pelo ajuste da pilha. A STDCALL é um híbrido das convenções Pascal e C.

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Os sistemas win32 utilizam exclusivamente a convenção de passagem de parâmetros STDCALL.

Podemos e devemos completar a diretiva acima com:

.MODEL FLAT, STDCALL

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Inicialização de dados e variáveis.

Diretiva .DATA. Tudo que o compilador encontrar nas linhas subsequentes, até encontrar outra diretiva, ele vai considerar como variáveis (dados) inicializados.

Diretiva .DATA? Declaração de variáveis não inicializadas, ou seja, fazemos com que o assembler ponha determinados nomes de variáveis na lista de variáveis, mas sem valores definidos.

Diretiva .CONST. Declaração de dados de valores fixos, as assim chamadas constantes.

Os dados declarados são os chamados dados globais (variáveis e constantes).sEnquanto o programa estiver sendo executado, estes dados ficam preservados. Só são destruídos quando o programa termina.

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386 .MODEL FLAT, STDCALL .DATA

... (aqui vão os dados inicializados) .DATA?

...(aqui vão os dados não inicializados) .CONST

... (aqui ficam as constantes) .CODE

inicio: ... (aqui está todo o código do programa)

end inicio

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Processo de criação do executável:

O processo de criação em um executável assembly passa pela compilação e link de endereços e recursos

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Processo de criação do executável:

Arquivos envolvidos:

Os arquivos de recursos (.rc) só são necessários quando se quer utilizar recursos adicionais, como menus e bitmaps. Isto significa que podem ou não estar presentes no seu projeto

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O código fonte dos recursosComo todo código fonte, este também é um arquivo texto produzido com um editor de texto. Deve conter palavras e números que o sistema operacional usa para montar os recursos do programa que será executado os quais, geralmente, são menus, diálogos e tabelas de strings. Também serve de fonte de referência para outros arquivos como ícones, bitmaps e cursores. Maiores detalhes em como criar um arquivo de recursos você encontra nos tutoriais.

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O arquivo objeto dos recursosO arquivo de recursos compilado é como se fosse um "arquivo objeto" dos recursos. Normalmente não se usa este termo, mas a comparação é perfeitamente válida. Este arquivo é produzido por um compilador de recursos, o qual formata as instruções contidas num arquivo .rc (palavras e números), convertendo-o num arquivo .res pronto para ser inserido na seção de recursos de um executável final por um linker.

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O executávelO arquivo executável é o arquivo final que pode ser executado pelo sistema operacional. Geralmente está no formato PE, reconhecido pelo Unix, Linux, Windows, etc. O programa é produzido por um linker, o qual usa um ou mais arquivos .obj e .res e os combina num executável final. O formato PE também exige que o executável tenha um cabeçalho com informações a respeito do arquivo .exe. O linker fornece estas informações.

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Arquivos DLLEste tipo de arquivo contém funções e dados que outros executáveis podem utilizar quando estiverem rodando. São úteis quando contêm funções que serão chamadas repetidas vezes por vários executáveis. Ao invés de repetir estas funções em cada um dos executáveis, estes utilizam uma fonte comum: as DLLs. O acrônimo DLL origina-se de Dinamic Link Library - Biblioteca de Vínculo Dinâmico.

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