Разработка программ на языке ассемблера требует хороших знаний архитектуры всей системы, включая режимы адресации данных, структуры памяти и системы команд процессора. Поэтому анализ возможностей ассемблера мы будем проводить в тесной взаимосвязи с архитектурой процессоров Intel Pentium. Напомню, что мы рассматриваем язык ассемблера, основанный на разработке фирмы Microsoft версии 6.14 и выше. Он включает в себя множество параметров, команд и директив, анализ которых займет много времени. Поэтому здесь будут рассмотрены только наиболее важные языковые конструкции, без знания которых создавать программы невозможно. Для такого анализа нужно четко понимать, как данные представляются в компьютере и каковы общие принципы их обработки, поэтому начнем именно с этого.

3.1. Представление данных в компьютере

В основе работы компьютера лежат понятия бита и байта – именно они представляют данные и команды в памяти. Минимальной единицей информации в компьютере является бит. Бит может принимать одно из двух значений: 0 или 1 – и является составным элементом для более информативных единиц данных. Минимальный объем информации, к которому имеется доступ в памяти компьютера, составляет один байт (8 двоичных разрядов, или битов), при этом говорят о байтовой организации памяти (хотя теоретически память может быть организована и по-другому). Все байты оперативной памяти нумеруются начиная с нуля. Местоположение каждого байта в памяти характеризуется его номером или, по-другому, адресом. Схематически байт представляет собой структуру данных, изображенную на рис. 3.1.

Рис. 3.1. Представление байта

Старший бит байта имеет номер 7, младший – 0. В оперативной памяти машины байты данных располагаются по возрастанию адресов (рис. 3.2).

Рис. 3.2. Адресация памяти

Исключение составляет специальная область памяти, называемая стеком, – в ней байты данных располагаются в сторону убывания адресов. Более подробно мы рассмотрим стек в последующих главах.

Редко случается так, что для представления данных требуется один байт. Во многих случаях данные нужно представить большим числом байтов. Если данные можно представить двумя байтами, то говорят, что они представлены словом. О данных, требующих для представления 4 байта, говорят, что они имеют размерность двойного слова. Наконец, данные могут быть представлены восемью (учетверенное слово) или шестнадцатью (двойное учетверенное слово) байтами. Во всех этих случаях расположение байтов соответствует правилу: младший байт располагается по младшему адресу, а старший байт – по старшему (рис. 3.3).

Нумерация байтов в обычных, двойных и учетверенных словах начинается с младшего (нулевого) байта и заканчивается 1, 3 и 7-м байтом соответственно. В документации часто используется такой способ расположения байтов, когда старшие байты располагаются слева, а младшие – справа. Пример такого расположения байтов в двойном слове показан на рис. 3.4.

Рис. 3.3. Представление данных различной размерности в памяти

Крайний слева байт принято называть старшим, а крайний справа – младшим. Такой порядок расположения байтов связан с обычной для нас формой записи чисел, когда в многоразрядном числе слева находятся старшие разряды, а справа – младшие. Следующее число опять начнется со старшего разряда и закончится младшим. Однако в памяти компьютера данные располагаются в более естественном порядке непрерывного возрастания номеров байтов, и, таким образом, каждое слово или двойное слово в памяти начинается с младшего байта и заканчивается старшим (см. рис. 3.4).

Рис. 3.4. Расположение байтов двойного слова

Вкратце напомню, как интерпретируются числовые данные в компьютере. Комбинируя двоичные цифры (биты), можно представить любое числовое значение. Значение двоичного числа определяется относительной позицией каждого бита и наличием единичных битов. Рассмотрим восьмибитовое число (байт), представленное следующим образом:

10100101

Поскольку мы имеем дело с двоичной системой счисления, то это число можно представить так:

Значение этого числа в десятичной системе равно 165. Таким образом, любое двоичное число, имеющее и разрядов, можно представить в виде

Здесь k может принимать одно из двух значений: 0 или 1. Разрядность и двоичного числа определяется архитектурой системы и обычно кратна восьми. Сразу замечу, что мы рассматриваем двоичное представление целых чисел, являющееся базисом для понимания вычислительных операций с любыми другими типами чисел, такими, например, как вещественные числа или, в терминологии ассемблера, «числа с плавающей точкой».

В арифметических операциях задействованы положительные и отрицательные целые и вещественные числа, поэтому необходимо каким-то образом различать их знаки. Знак двоичного числа указывается старшим или, как его называют, знаковым битом числа. Положительные числа имеют в старшем разряде нулевой бит, а отрицательные числа – единичный. Отрицательные двоичные числа выражаются двоичным дополнением, то есть для представления отрицательного двоичного числа необходимо инвертировать все его биты и к результату прибавить 1.

В следующем примере находится двоичное представление числа -61. Положительное число 61 представляется как 00111101, а процесс преобразования показан далее:

Несколько слов об операции сложения. Она выполняется по простым правилам:

0 + 0 = 0 1+0=1

0 + 1 = 1

1 + 1 = 0 + 1 (бит переноса)

Как и в десятичной системе счисления, при выходе за пределы разрядной сетки для данного разряда образуется единица переноса в следующий разряд. Это продемонстрировано на рис. 3.5.