Лекции по курсу "Проектирование ассемблеров, компоновщиков, макропроцессоров

7. Операнды

Операнды — это объекты, над которыми или при помощи которых выполняются действия, задаваемые инструкциями или директивами. Машинные команды могут либо совсем не иметь операндов, либо иметь один или два операнда. Большинство команд требует двух операндов, один из которых является источником, а другой — приемником (операндом назначения). В двухоперандной машинной команде возможны следующие сочетания операндов:

• регистр — регистр;
• регистр — память;
• память — регистр;
• непосредственный операнд — регистр;
• непосредственный операнд — память.

Здесь важно подчеркнуть, что один операнд может располагаться в регистре или памяти, а второй операнд обязательно должен находиться в регистре или непосредственно в команде. Непосредственный операнд может быть только источником.

Для приведенных ранее правил сочетания типов операндов есть исключения, которые касаются:

• команд работы со стеком, которые могут переносить данные из памяти в стек, также находящийся в памяти;
• команд типа умножения, которые, кроме операнда, указанного в команде, неявно используют еще и второй операнд.

Операндами могут быть числа, регистры, ячейки памяти, символьные идентификаторы. При необходимости для расчета некоторого значения или определения ячейки памяти, на которую будет воздействовать данная команда или директива, используются выражения, то есть комбинации чисел, регистров, ячеек памяти, идентификаторов с арифметическими, логическими, побитовыми и атрибутивными операторами.

Рассмотрим классификацию операндов, поддерживаемых транслятором ассемблера.

• Операнд задается неявно на микропрограммном уровне. В этом случае команда явно не содержит операндов. Алгоритм выполнения команды использует некоторые объекты по умолчанию (регистры, флаги в FLAGS и т. д.). Например, команда XLAT неявно обращается к регистру AL и строке в памяти по адресу, определяемому парой регистров DS:BX.


• Операнд задается в самой команде (непосредственный операнд). Это может быть число, строка, имя или выражение, имеющее некоторое фиксированное (константное) значение. Физически непосредственный операнд находится в коде команды, то есть является ее частью. Для его хранения в команде выделяется поле длиной до 32 битов. Непосредственный операнд может быть только вторым операндом (источником). Операнд-приемник может находиться либо в памяти, либо в регистре. Например, команда mov ax,0ffffh пересылает в регистр АХ шестнадцатеричную константу 0ffffh. Команда add sum,2 складывает содержимое поля по адресу sum с целым числом 2 и записывает результат по месту первого операнда, то есть в память. Если непосредственный операнд — имя, то оно не должно быть перемещаемым, то есть зависеть от адреса загрузки программы в память. Такое имя можно определить оператором EQU или "=". Например:

num	equ	5	;вместо num ассемблер
			;везде подставляет 5
imd = num-2		;вместо num ассемблер 
			;везде подставляет 3
	mov	al,num	;эквивалентно mov   al,5, 
			;здесь 5 - непосредственный операнд
	add	[si],imd	;сложение [si]:= [si]+3,
			;здесь imd - непосредственный операнд



• Адресные операнды задают физическое расположение операнда в памяти путем указания двух составляющих адреса: сегмента и смещения. К примеру:

	mov	ax,0000h
	mov	ds,ax
	mov	ax,ds:0000h		;записать слово в ах из области
				;памяти по физическому 
				;адресу 0000:0000



• Перемещаемые операнды — любые символьные имена, представляющие некоторые адреса памяти. Эти адреса могут обозначать местоположение в памяти некоторой инструкции (если операнд — метка) или данных (если операнд — имя области памяти в сегменте данных). Перемещаемые операнды отличаются от адресных тем, что они не привязаны к конкретному адресу физической памяти. Сегментная составляющая адреса перемещаемого операнда неизвестна и определяется после загрузки программы в память для выполнения. К примеру:
  
  

  
  data	segment
  mas_w	dw	25 dup (0)
  	...
  
  code	segment
  
  	...
  
  	lea	si,mas_w	; mas_w - перемещаемый операнд
  	...
  

  
  В этом фрагменте mas_w — символьное имя, значением которого является адрес первого байта области памяти размером 25 слов. Полный физический адрес этой области памяти будет известен только после загрузки программы в память для выполнения.


• Счетчик адреса — специфический вид операнда. Он обозначается знаком $. Специфика этого операнда в том, что когда транслятор ассемблера встречает в исходной программе этот символ, то он подставляет вместо него текущее значение счетчика адреса. Значение счетчика адреса, или, как его иногда называют счетчика размещения, представляет собой смещение текущей машинной команды относительно начала сегмента кода. При обработке транслятором очередной команды ассемблера счетчик адреса увеличивается на длину сформированной машинной команды. Важно правильно это понимать. К примеру, обработка директив ассемблера не влечет за собой изменения счетчика, так как директивы ассемблера, в отличие от его команд, — это лишь указания транслятору на выполнение определенных действий по формированию машинного представления программы, и для них транслятором не генерируется никаких конструкций в памяти. В качестве примера использования в команде значения счетчика адреса можно привести следующий фрагмент:
  

  
  	jmp	$+3	; безусловный переход на команду mov
  	cld 		; длина команды cld составляет 1 байт
  	mov	al,1
  

  
  При формировании выражения для перехода, подобного $+3, нужно помнить о длине самой команды, в которой это выражение используется, так как значение счетчика адреса соответствует смещению в сегменте команд данной, а не следующей за ней команды. В нашем примере команда JMP занимает два байта. Нужно быть осторожным, длина этой и других команд зависит от того, какие в ней используются операнды. Команда с регистровыми операндами будет короче команды, один из операндов которой расположен в памяти. В большинстве случаев эту информацию можно получить, зная формат машинной команды и анализируя колонку файла листинга с объектным кодом команды.


• Регистровый операнд — это просто имя регистра. В программе на ассемблере можно использовать имена всех регистров общего назначения:
  
  1. 16-разрядные регистры АХ, ВХ, СХ, DX, SI, DI, SP, ВР;
  2. 8-разрядные регистры АН, AL, BH, BL, CH, CL, DH, DL;
  3. сегментные регистры CS, DS, SS, ES.


• Операнд — порт ввода-вывода. Помимо адресного пространства оперативной памяти процессор поддерживает адресное пространство ввода-вывода, которое используется для доступа к устройствам ввода-вывода. Объем адресного пространства ввода-вывода составляет 64 Кбайт. Для любого устройства компьютера в этом пространстве выделяются адреса. Конкретное значение адреса в пределах этого пространства называется портом ввода-вывода. Физически порту ввода-вывода соответствует аппаратный регистр (не путать с регистром процессора), доступ к которому осуществляется с помощью специальных команд ассемблера IN и OUT. Например,
  

  
  	in	al,60h	; ввести байт из порта 60h
  
  

  Регистры, адресуемые с помощью порта ввода-вывода, могут иметь разрядность 8 или 16 бит, но для конкретного порта разрядность регистра фиксирована. Команды IN и OUT работают с фиксированной номенклатурой объектов. В качестве источника информации или получателя применяются так называемые регистры-аккумуляторы АХ, AL. Выбор регистра определяется разрядностью порта. Номер порта может задаваться непосредственным операндом в командах IN и OUT или значением в регистре DX. Последний способ позволяет динамически определить номер порта в программе. Например,

  
  	mov	dx,20h	;записать номер порта 20h в регистр dx
  	mov	al,20h	;записать значение 20h в регистр al
  	out	dx,al	;вывести значение 20h в порт 20H
   
  

• Операнд находится в стеке.


• Операнд располагается в памяти. Это наиболее сложный и в то же время наиболее гибкий способ задания операндов. Он позволяет реализовать прямой и косвенный варианты адресации, являющиеся основными видами адресации.