INTRODUCCIONAL

AMBIENTEDE

BAJO NIVEL

® M.C.C. Sergio Luis Castillo ValerioEsta presentación puede reproducirse libremente

siempre que se mantengan estos derechos de autor.

Máquina Multinivel

Hardware

Lenguaje Ensamblador

Sistema Operativo

Lenguaje Alto Nivel

Aplicación

Bajo Nivel

Lenguaje Máquina

Es el único lenguaje que entiende el hardware de la computadora.

Instrucciones y datos en forma de patrones binarios.

Normalmente expresados en sistema hexadecimal.

Instruction Set: Conjunto de Instrucciones del lenguaje máquina de un procesador.

Lenguaje Ensamblador

Conjunto ordenado y estructurado de mnemónicos de un lenguaje de máquina dado.

Mnemónico: Palabra breve, descriptiva y fácil de recordar.

Características del Ensamblador

Correspondencia 1 a 1 con su lenguaje máquina.

Permite al acceso a todas las instrucciones del procesador y, por tanto, a todos los recursos del hardware.

Permite desarrollar código más rápido y compacto.

Requiere buen conocimiento de la arquitectura del hardware.

Arquitectura 80X86

CPU80X86

MemoriaRAM

Puertos E/S

Bus de Direcciones

Bus de Datos

Bus de Control

Registros

Registro: Conjunto de flip-flops capaz de almacenar, y en algunos casos modificar, información binaria.

Dentro de todo CPU existe un conjunto de registros.

Algunos tienen un uso específico, otros son de uso general.

Los registros de uso general normalmente se utilizan para guardar datos y resultados intermedios.

Registros

Desde el punto de vista del programador, es muy importante conocer el conjunto de registros internos de un procesador y su uso, cuando se programa en bajo nivel.

Esto se debe a que muchas de las instrucciones de lenguaje máquina suponen que los datos están en alguno de los registros o almacenan el resultado en alguno de los registros internos.

Registros de los procesadores 80X86

Registros de Uso General: EAX: Acumulador EBX: Base ECX: Contador EDX: Datos. Estos registros pueden guardar datos de 32, 16 u 8 bits.

32 bits

16 bits

EAX

AX

AH AL

Registros de los procesadores 80X86

ESP: Stack Pointer (Apuntador de Pila) EBP: Base Pointer (Apuntador Base) ESI: Source Index (Indice Fuente u Origen) EDI: Destination Index (Indice Destino) Estos registros pueden almacenar datos de 32 o 16 bits.

32 bits

16 bits

ESP

SP

Registros de los procesadores 80X86

Registros de Segmento CS: Code Segment (Segmento de Código) DS: Data Segment (Segmento de Datos) SS: Stack Segment (Segmento de Pila) ES: Extra Segment (Segmento Extra) FS: Extra Segment (Segmento Extra) GS: Extra Segment (Segmento Extra)

Son registros de 16 bits. Se utilizan para generar las direcciones que el

procesador envía por el bus de direcciones.

Registro de Banderas

Conjunto de bits que nos dan información sobre el estado del procesador y sobre el resultado de la última operación efectuada.

Es el único registro accesible a nivel de bits. Algunos de estos bits son:

CF: Carry flag - ZF: Zero flag SF: Sign flag - OF: Overflow flag IF: Interrupt flag - DF: Direction flag

. . . . . . . . OF DF IF SF ZF CF

Segmentación Técnica utilizada en los procesadores Intel

8088/8086 para generar direcciones de 20 bits usando registros de 16 bits. Para ilustrar esta técnica, suponga que se desea

ubicar la posición de una persona a partir de un punto de referencia, pero utilizando solamente números de 2 dígitos decimales.

100 200 300 400 500 mts

Segmentación Esto se puede realizar si se hace lo

siguiente: Se divide la recta en bloques de 100 metros

cada uno. Se utilizan dos números:

Uno para indicar en cuál bloque está la persona Otro para especificar su posición dentro del bloque.

Posición = Bloque:Posición

100 200 300 400 500 mts0:50 3:45

Segmentación

Para obtener la ubicación real debe realizarse la siguiente operación: Ubicación = Bloque*100 + Posición

Posición1 = 0*100 + 50 = 50 Posición2 = 3*100 + 45 = 345

100 200 300 400 500 mts0:50 3:45

Posición 1 Posición 2

Segmentación En el caso de los procesadores 80X86, los

bloques se llaman SEGMENTOS y la posición se llama DESPLAZAMIENTO

En modo real, cada una se describe con un número de 16 bits.

Operando en modo real Dirección Real = Segmento*16 + Desplazamiento.

La Dirección Real ya es una cantidad de 20 bits.

Esto significa que toda dirección tiene 2 partes: Un Segmento y un desplazamiento.

Segmentación en Modo Protegido

Es importante recalcar que cuando los procesadores 80386 o posteriores operan en modo protegido, la segmentación funciona de manera muy diferente.

Cada segmento puede ser de hasta 4 Gbytes. Maneja memoria virtual, lo que implica un

esquema de paginación. Maneja también multitarea y un esquema de

protección de memoria.

Conjunto de Instrucciones El Conjunto de instrucciones (Instruction

Set) de un procesador está formado por aquellas instrucciones en lenguaje máquina que un procesador puede ejecutar.

CISC vs. RISC CISC: Complex Instruction Set Computer RISC: Reduced Instruction Set Computer

Las instrucciones normalmente se agrupan para describirlas.

Conjunto de Instrucciones Los grupos normalmente son:

Transferencia de datos Aritmética entera binaria Operaciones lógicas Desplazamientos y rotaciones Aritmética BCD Gestión de cadenas Control del sistema Control de flujo del programa Saltos condicionales

Grupos de Instrucciones

Transferencia de datos mov destino,origen - xchg dest,orig in origen - out destino

Aritmética entera binaria add dest,orig - sub dest,orig adc dest,orig - sbb dest,orig mul orig - div orig inc dest - dec dest

Grupos de Instrucciones

Operaciones lógicas not dest - and dest,orig or dest,orig - xor dest,orig

Desplazamientos y rotaciones shl dest,# - shr dest,# rol dest,# - ror dest,#

Aritmética BCD AAA :Ajuste ASCII suma DAA :Ajuste decimal suma. AAM :Ajuste ASCII muliplicación. AAD :Ajuste ASCII división.

Grupos de Instrucciones Gestión de cadenas

rep: Repetir-lodsb:AL=byte{DS:SI} stosb: {ES:SI} = AL cmps: Compara {DS:SI} con {ES:DI}

Control del sistema int # - iret cli: clear Interruption Flag sti: set Interruption Flag clc: clear carry flag stc: set carry flag

Saltos condicionales Control de flujo del programa

jmp objetivo - test dest,orig call procedimiento - ret cmp dest,orig

Saltos condicionales basados en:

Condiciones sobre indicadores

Relaciones aritm₫ticas con signo

Relaciones aritm₫ticas sin signo

Saltos condicionales Condiciones sobre indicadores

je/jne obj: jump if equal/not equal jz/jnz obj: jump if zero/non zero js/jns obj: jump if sign/no sign

Relaciones aritméticas con signo jg/jl obj: jump if greater/less jge obj: jump if greater or equal jle obj: jump if less or equal

Saltos condicionales Relaciones aritméticas sin signo

ja/jb obj: jump if above/below jae/jbe obj: jump if above/below or equal

jna/jnb obj: jump if not above/below

Normalmente se utilizan después de una comparación:

Cmp dest,origjxx objetivo

(Donde xx: Condición de salto)

Nota: La instucción CMP resta el origen al destino y afecta banderas, noguarda el resultado ni altera los operandos.

Programación estructurada

Es posible implementar parcialmente en bajo nivel las estructuras de control que propone la programación estructurada:

If ... then If ... then ... else Repeat .... until While ... do For ... do

If ... then

Ilustraremos estas implementaciones con ejemplos: En pseudocódigo:

En ensamblador

cmp cx,ax ; if (cx > ax)jle fin_sidec cx ; then dec cx

fin_si:

If (cx > ax)then dec cx

If ... then ... else

Pseudocódigo:

Ensamblador:

If (bx < ax) then dec ax else dec bx

cmp bx,ax ; If (bx < ax)jge else1dec ax ; then dec axjmp fin_si1

else1: dec bx ; else dec bxfin_si1:

Repeat ... until

Pseudocódigo:

Ensamblador:

Repeat: inc cx add ax,cxuntil (cx > 100)

Repite1:inc cxadd ax,cx

cmp cx,100 ; until (cx > 100)jle Repite1

While ... do Pseudocódigo:

Ensamblador:

While (bx<200) doinc bxadd ax,bx

end_while

while1: cmp bx,200 ; While (bx<200)jge fin_while1 inc bx add ax,cxjmp while1 ; end_while

fin_while1:

For ... do Una implementación utiliza la instrucción loop

Sintaxis loop: loop objetivo

Semántica:

loop utiliza CX forzosamente

Si (CX ¹ 0) Dec CX Salta a objetivoSino Siguiente instrucción

For ... do Pseudocódigo:

Ensamblador:

For (cx=1 hasta 20) do add ax,bx inc bxend_for

mov cx,20do1:

add ax,bxinc bxloop do1

Nota: Dentro de la imlementación del for ...do no es aconsejable utilizar CX cuando se implementa con loop.