Linguagem de Montagem Assembly

Especificações

● O programa em Assembly● Fica sobre a camada do Sistema Operacional● Efetua chamadas ao Sistema Operacional

● O montador● Chama-se Assembler● Traduz a linguagem de montagem para a

linguagem da máquina

Compilando um programa...

/* oimundo.c */

#include <stdio.h>

int main(){ printf (“Olá Mundo!\n”);}

Passos da compilação

Arquitetura de uma máquina

CPU – Unidade Central de Processamento

● Unidade de Controle ● Unidade Aritmética e Lógica● Conjunto de registradores

● Funcionam como uma memória de acesso extremamente rápido dado

● Não dependem da memória principal (acesso requer sem barramento)

● Instruções de transferência de dados transferem dados entre memória e registradores

● Os operandos de diversas instruções geralmente devem estar em registradores

● Exemplos de registradores● PC (program counter): contém o endereço da próxima instrução a ser executada

● Instruction register: onde é copiada cada instrução a ser executada

Barramentos e Dispositivos de E/S

● Barramentos:● “conduítes” elétricos que carregam a informação

entre os vários componentes da máquina● Projetados para transportar palavras

● Dispositivos de E/S:● Conexão da máquina com o mundo externo● Conectados ao barramento de E/S por

controladores (chipsets no próprio dispositivo ou na placa mãe) ou adaptadores (quando placa separada).

Hierarquia de memória

Execução de um programa

Representação de Dados

Representação Binária

● Exemplo: 1521310 = 11101101101101

2

● Vantagens:● Implementação eletrônica

– Possibilidade de armazenar elementos com dois estados– Transmissão eletrônica confiável (robustez a ruídos)– Implementação eficiente de operações aritméticas

Bases NuméricasHexadecimal Decimal Binário

0 0 0000

1 1 0001

2 2 0010

3 3 0011

4 4 0100

5 5 0101

6 6 0110

7 7 0111

8 8 1000

9 9 1001

A 10 1010

B 11 1011

C 12 1100

D 13 1101

E 14 1110

F 15 1111

Palavra (WORD)

● Cada máquina tem seu tamanho de palavra:● número de bits ocupados por um valor inteiro● número de bits de endereços

● A maioria das atuais máquinas tem palavra de 32 bits (4 bytes)

● Diferentes tipos de dados (p.ex. char, double)podem ocupar uma fração ou múltiplo do tamanho da palavra, mas sempre um número inteiro de bytes

Tamanho dos Tipos em C

● Tamanho em bytes dos tipos em C● Int → 4 bytes● long int → 8 bytes● Char → 1 byte● Short → 2 bytes● Float → 4 bytes● Double → 8 bytes● long double → 8 bytes● Ponteiro → 8 bytes

Obs.: sizeof( Tipo ) → retorna o tamanho do Tipo

Memória Orientada à Palavras

● Memória é um vetor de bytes (cada um com um endereço)mas o acesso ocorre palavra a palavra

● Endereço corresponde ao primeiro byte da palavra

● Endereços de palavras subsequentes diferem de 4 em máquina de 32 bits

Ordenação de Bytes

● Como organizar os bytes de uma palavra (4 bytes)?● Big Endian (computadores Sun, Mac)

– byte menos significativo com maior endereço

● Little Endian (computadores Alpha, PCs)– Byte menos significativo no menor endereço

● Exemplo● variável x tem valor 0x01234567 (hexa)● Endereço &x é 0x100

Ordenação de Bytes

● Transparente para o programador C● Relevante quando analisamos o código de

máquina● Exemplo (litte endian):

01 05 64 94 04 08 → add 0x8049464

● Importante também para a transmissão de dados entre máquinas big e little endian

Verificação – Big ou Little?

#include <stdio.h>

typedef unsigned char *byte_ptr;

void mostra (byte_ptr inicio, int tam) {int i;for (i=0;i<tam;i++)

printf("%.2x", inicio[i]);printf("\n");

}void mostra_int (int num) {

mostra((byte_ptr) &num, sizeof(int));}

Caracteres

● Usa-se uma tabela para mapear inteiros (não negativos) em símbolos

● Tabelas mais comuns:● ASCII – codificação em 8 bits● UNICODE – codificação em 16 bits

● Em C, tipo char define apenas 1 byte● Pode-se manipular um char como um int

● Exemplo: if (c > ‘0’) val = c – ‘0’;

Operadores bit a bit

● Podem ser aplicados a qualquer tipo C● Baseados na Álgebra Booleana● E (AND)

● A & B = 1 quando A=1 e B=1

● OU (OR)● A | B = 1 quando A=1 ou B=1

● Negação (NOT)● ~A = 1 quando A = 0

● Ou exclusivo (XOR)● A ^ B = 1 quando A=1 e B=0 ou A=0 e B=1

Exemplos

Swap sem terceira variável

Exercícios

● Para x=0x66 e y=0x93, faça● x & y● x | y● ~x | ~y● x & !y● x && y● x || y● !x || !y● x && ~y

Deslocamento de Bits

● X << K → deslocamento para esquerda– X * 2 K

● X >> K → deslocamento para direita– X / 2 k

● Exemplos

Representação de Arrays

● Alocação contígua na memória● Primeiro elemento (a[0]) corresponde ao menor

endereço de memória● Tipo a[tam] ocupa sizeof(Tipo)*tam bytes● O nome do array equivale a um ponteiro (cujo valor

não pode ser alterado)● Exemplo: int a[tam], a é ponteiro constante tipo

int *, e seu valor é &a[0]● Nomes de arrays passados como parâmetros são

endereços (do array)

Aritmética básica de ponteiros

● Ponteiro é um endereço para um tipo específico de dado. Ex int *, char *, ...

● Em Tipo *pa● *pa significa objeto Tipo apontado por pa.

● pa significa (endereço de objeto).

● Expressão (pa +i) = pa + sizeof(T)*i

● O que significam: pa++, ++pa, (*p)++ ?

● Comparação entre ponteiros (p == q, p >q ) só se são para o mesmo tipo

● Subtração entre dois ponteiros, (p1 – p2), indica o número de elementos entre p1 e p2

● Existe equivalência entre arrays e ponteiros

Exemplos

Alocação de Arrays

Arrays Aninhados

● Declaração “vetor a[4]” equivalente a “int a[4][5]”● Variável a denota array de 4 elementos

● Alocados continuamente● Cada elemento é um vetor de 5 int’s

● Alocados continuamente

● Ordenação é por linha da matriz (elementos do vetor mais externo)

Estruturas Heterogêneas

● O alinhamento de structs na memória segue as regras:● Os campos são alocados na ordem em que aparecem na

declaração;● Cada campo do struct que corresponde a uma palavra (ou

múltiplas palavras) deve ser alocado em um endereço múltiplo de 4; shorts em múltiplos de 2

● O início de cada estrutura tem que estar sempre alinhado em endereços múltiplos de 4

Exemplo de alinhamento

Números Negativos

● Complemento de 2

000, 001, 010, 011, 100, 101, 110, 111

● Overflow

010 + 011

Representação de Números Negativos e Overflow

Programando em Assembly

● Precisa-se saber como interpretar e gerenciar a memória e como usar instruções de baixo nível para o processamento

● Não existem tipos e variáveis (apenas bytes na memória)

● Não tem-se o auxílio da verificação de tipos do compilador, que ajudam a detectar vários erros

● Código assembly é altamente dependente da máquina● perde-se a portabilidade de uma linguagem de alto nível

Diferenças entre Assemblers

Diferenças Intel/Microsoft X GAS

● Operandos em ordem contrária

mov Dest, Src movl Src, Dest

● Constantes não precedidas pelo ‘$’, hexadecimais com ‘h’ no final

100h $0x100

● Tamanho do operando indicado por operando ou sufixo de instrução

sub subl

● – entre outros…

Visão do Programador Assembly

Características do Assembly

● Tipos de dados básicos● Inteiro de 1, 2, ou 4 bytes

● Valores int, short, long int, char

● Endereços (ponteiro sem tipo)

● Não existem tipos de dados complexos como arrays ou structs● Apenas bytes alocados de forma contígua na memória

● Operações primitivas● Funções aritméticas sobre registradores ou dados na memória

● Transferência de dados (mov) entre memória e registradores

– Carregar dado de memória para registrador

– Armazenar dado em registrador para memória

● Controle de fluxo de execução

– Desvios (jump) incondicionais

– Desvios condicionais (dependendo de um bit em EFLAGS)

Tipos de Dados em Assembly

Registradores

● São usados para armazenamento temporário de dados e endereços da memória

● Ex:

Principais Registradores

● Registradores de Dados ou de Uso Geral● EAX, EBX, ECX, EDX● Todos possuem acesso menor. Ex: BX, BH, BL

● Registrador de Ponteiro de Pilha (stack pointer - ESP)● ponteiro da pilha do sistema● é modificado quando um valor é colocado (pushed) ou removido

(popped) da pilha

● Registrador de Ponteiro Base (EBP)● ponteiro base da pilha do sistema● fornece qual a posição inicial que pode ser utilizada pelo programa

Registrador de Sinais (Flags)

EFLAGS● Seus bits são utilizados

● para definir algumas características do processador● indicam o resultado da execução da instrução (status flags)

– 0 → CF: carry flag: indica a presença de um carry out;

– 2 → PF: parity flag: indica se o número é ímpar;

– 6 → ZF: zero flag: indica se o resultado da operação foi zero;

– 7 → SF: sign flag: indica se o sinal é negativo;

– 10 → DF: direction flag;

– 11 → OF: overflow flag: indica se ocorreu overflow;

Exercício

Fazer um programa que converta inteiros para binários utilizando operações bit a bit