Лабораторные работы по системному ПО

Лабораторные работы по системному ПО

СИСТЕМНОЕ ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ

Методические указания к лабораторному практикуму для студентов всех форм

обучения специальности ???

1998г.

Лабораторная работа № 1.

Изучение архитектуры ЭВМ. Машинное исполнение, Требования языка Ассемблер.

Цель работы. Объяснить особенности технических средств микрокомпьютера

и организации программного обеспечения. Изучить машинный язык, ввод команд

в память и выполнение программ. Показать основные требования к программам

на языке Ассемблер и этапы ассемблирования, компоновки и выполнения

программы.

Общие сведения.

Написание ассемблерных программ требует знание организации всей системы

компьютера. В основе построения логики блоков компьютера лежат понятия бита

и байта. Они являются теми средствами, благодаря которым в компьютерной

памяти представляются данные и команды. Программа в машинном коде состоит

из различных сегментов: Для определения данных, для машинных кодов и для

сегмента, называемого стеком , для хранения адресов. Для выполнения

арифметических действий, пересылки данных и адресов компьютер имеет 14

регистров.

Машинные коды имеют различную длину: 1,2 или 3 байта. Машинные команды

находятся в памяти непосредственно друг за другом. Основной формат

кодирования команд Ассемблера имеет следующий вид:

[метка] команда [операнды]

Метка (если имеется), команда и операнд (если имеется) разделяется, по

крайней мере, одним пробелом или символом табуляция.

С целью стандартизации в микрокомпьютерах используется стандартный

американский код для обмена информацией ASCII.

Содержание задания.

1. Имеется команда:

ECS: 100 B8 04 30 05 00 30 СВ

Что делает данная программа?

2. Напишите программу, выполняющую следующую операцию:

• Пересылка значения 25Н в регистре AL

• Сдвиг содержимого регистра AL на 1 бит влево

• Пересылка значения 15Н в регистр BL

• Умножение содержимого регистра AL на содержимое регистра BL

3. Для сегментов кода, данных и стека даны имена CDSEA, DATSEA и STKSEA

соответственно. Сформируйте директиву ASSUME.

Лабораторная работа № 2

Логика и организация программы

Цель работы: раскрыть механизм передачи управления в программе (циклы и

переходы) для логических сравнений и программной организации.

Общие сведения.

Большинство программ содержат ряд циклов, в которых несколько команд

повторяются до достижения определенного требования, и различные проверки,

определяющие, какие из нескольких действий следует выполнять. Эти действия

включают управление по адресу команды, которая не находится непосредственно

за выполняемой в текущий момент командой. Передача управления может

осуществляться вперед для выполнения новой группы команд или назад для

повторения уже выполненных команд.

Некоторые команды могут передавать управление, изменяя нормальную

последовательность шагов непосредственной модификацией значения смещения в

командном указателе.

Одна из команд, используемых для передачи управления - команда JMP. Эта

команда выполняет безусловный переход, т.е. обеспечивает передачу

управления при любых обстоятельствах. Пример оформления команды

JMP A20,

Команда указывает на то, что управление должно быть передано команде с

меткой A20. Для выполнения определенного количества циклов используется

команда LOOP. В каждом цикле команда LOOP автоматически уменьшает

содержимое регистра СХ на 1. Пока значение в СХ не равно 0, управление

передается по адресу, указанному в операнде, и если в СХ будет 0,

управление переходит на следующую после LOOP команду. Пример оформления

команды:

LOOP A20.

Для передачи управления подпрограмме используется команда CALL XXX,

например

CALL A20.

В результате действия команды CALL управление передается процедуре A20

и начинается ее выполнение. Достигнув команды RET, управление передается на

команду, непосредственно следующую за CALL A20.

Содержание задания.

1. Напишите программу для вычисления 12 чисел Фибоначчи:

1,1,2,3,5,8,13,...(каждое число в последовательности представляет собой

сумму двух предыдущих чисел). Для организации цикла используйте команду

LOOP.

2. Напишите программу для вычисления сумму первых 15 нечетных чисел

Фибоначчи с первыми 5 четными числами Фибоначчи. Суммы должны вычисляться в

подпрограммах.

Лабораторная работа .№ 3

Изучение экранных операций

Цель работы: Объяснить требования для вывода информации на экран, а

также для ввода данных с клавиатуры.

Общие сведения.

Данные, предназначенные для вывода на экран и ввода с клавиатуры, имеют

ASCII - формат. Для выполнения ввода и вывода используется команда INT,

которая прерывает обработку программы, передает управление в DOS или BIOS

для определенного действия и затем возвращает управление в прерванную

программу для продолжения обработки. Имеются два типа прерываний: команда

BIOS INT 10Н и команда DOS INT 21H.

Команда INT 10Н включает в себя установку курсора в любую позицию и

очистку экрана. Ниже приведены примеры установки курсора на S - ю строку и

12 столбец.

MOV АН, 02 ; запрос на установку курсора

MOV ВН, 00 ; экран 0

MOV DH, 05 ; строка 05

MOV DL, 12 ; столбец 12

INT 10Н ; передача у правления в BIOS

И очистки всего экрана

MOV АН, 0600 ; АН 06 (прокрутка) AL 00 (весь экран)

MOV BH, 07 ; нормальный атрибут

MOV СХ, 0000 ; верхняя левая позиция

MOV DX, 184FH ; нижняя правая позиция

INT 10H ; передача управления в BIOS

Значение 02 в регистре АН указывает команде INT 10Н на выполнение

операции установки курсора. Значение 06 в регистре АН указывает на

выполнение операции очистки экрана.

Вывод на экран в DOS требует определения текстового сообщения в области

данных, установки в регистре АН значения 09 и указания команды DOS INT 21H.

В процессе выполнения операции конец сообщения определяется по ограничителю

($), как показано ниже:

INT 10H DB 'имя студента?', ‘$’

.

.

MOV АН, 09 ; запрос вывода на экран

LEA DX, INT 10Н ; загрузка адреса со общения

INT 21H ; вызов DOS

Для ввода данных с клавиатуры, область ввода требует наличия списка

параметров, содержащего спецификацию полей, которые необходимы при

выполнении команды INT: максимальная длина вводимого текста; поле, куда

команда возвращает действительную длину введенного текста в байтах. Для

запроса на ввод необходимо поместить в регистр АН номер функции – 10(OAH),

загрузить адрес списка параметров в регистр DX и выполнить INT 21H.

Содержание задания.

1. Напишите программу вывода на экран набора символов ASCII - кода.

2. Напишите программу, запрашивающую ввод имени, а затем отображающую в

средине экрана введенное имя.

Лабораторная работа № 4

Изучение команд обработки строк

Цель работы: Объяснить назначение специальных цепочечных команд,

используемых для обработки специальных символьных данных.

Общие сведения.

Для обработки строковых данных ассемблер имеет пять команд обработки

строк:

MOVS - переслать один байт или одно слово из одной области памяти в

другую;

LODS - загрузить из памяти один байт в регистр AL или одно слово в

регистр АХ;

STOS - записать содержимое регистра AL или АХ в память;

CMPS - сравнить содержимое двух областей памяти размером в один байт

или в одно слово;

SCAS - сравнить содержимое регистра AL или АХ с содержимым памяти.

Префикс REP позволяет этим командам обрабатывать строки любой длины.

Префикс кодируется непосредственно перед цепочечной командой, например REP

MOVS В. Для использования префикса REP необходимо установить начальное

значение в регистре СХ. При выполнении цепочечной команды с префиксом REP

происходит уменьшение на одно значение в регистре СХ до 0. Таким образом,

можно обрабатывать строки любой длины. В следующем примере выполняется

пересылка 20 байт из STRING1 в STRING2. Предположим, что оба регистра DS и

ES инициализированы адресом сегмента данных:

STRING1 DB 20DUP('*')

STRING2 DB 20DUP (")

……

CLD ; сброс файла DF

MOV СХ, 20 ; счетчик на 20 байт

LEA DI, STRING2 ; адрес "куда"

LEA SI, STRING1 ; адрес "откуда"

REP MOVSB ; переслать данные

Для команды LODS адрес памяти определяется регистрами DS:SI. В

зависимости от значения флага DF происходит увеличение или уменьшение

значения в регистре SI. Поскольку одна команда STOS также увеличивает или

уменьшает адрес в регистре DI на 1 для байта или на два для слова.

Практическая польза команды STOS с префиксом REP- инициализация области

данных конкретным значением. Длина области (в байтах или словах )

загружается в регистр СХ. Команда CMPS сравнивает содержимое одной области

памяти ( адресуемой регистрами DS : SI ) с содержимым другой области (

адресуемой регистрами ES : DI ). В зависимости от флага DF команда CMPS

также увеличивает или уменьшает адреса в регистрах SI и DI на 1 для байта

или на два для слова. При использовании префикса REP в регистре СХ должно

находится значение длины сравниваемых полей. Команда CMPS может сравнивать

любое число байтов или слов.

Рассмотрим процесс сравнения двух строк содержащих их имена Jean и

JOAN. Сравнение побайтово слева направо приводит к следующему

J : J равно

Е : 0 не равно ( Е<0 )

А : А равно

N : N равно

Сравнение всех четырех байтов заканчивается сравнением N:N -

равно/нуль. Так как имена " не равны ", операция должна прекратиться, как

только будет обнаружено условие " не равно". Для этих целей команда REP

имеет модификацию. REPE, которая повторяет сравнение до тех пор, пока

сравниваемые элементы равны или регистр СХ не равен нулю. Кодируется

повторяющееся однобайтное сравнение следующим образом :

REPE CMPSB.

Команда SCAS отличается от команды CMPS тем, что сканирует строку на

определенное значение байта или слова. Команда SCAS сравнивает содержимое

области памяти (адресуемой регистрами ES:DI ) с содержимым регистра AL или

АХ. В зависимости от значения флага DF команда SCAS также увеличивает или

уменьшает адрес в регистре DI на 1 для байта или на 2 для слова. При

использовании префикса REP и значения длины в регистре СХ команды SCAS

может сканировать строки другой длины. Команда SCAS особенно полезна в

текстовых редакторах, где программа должна сканировать строки, выполняя

поиск знаков пунктуации. Так как команда SCAS В должна продолжать

сканирование до тех пор, пока результат сканирования "не равно" или регистр

СХ не равен нулю, то используется префикс REPNE:

REPNE SCAS В.

Содержание задания:

1.Замените в строке STRING символ & на символ пробела

STRLEN EQIU 15: длина поля STRING

STRING DB ‘THE TIVE & IS NOW’

2. Имеются следующие определения:

DATASG SEGMENT PARA

CONAME DB 'SPASE EXPLORES INS'

PRLINE DB20DUP(")

Используя команды обработки строк, выполнить:

а) пересылку данных из CONAME в PRLINE слева направо;

б) пересылку данных из CONAME в PRLINE справа налево;

в) загрузку третьего и четвертого байтов области CONAME в регистр

АХ;

г) сохранение содержимого регистра АХ в области по адресу PRLINE

+5;

д) сравнение данных в области CONAME и PRLINE;

е) сканирование области CONAME и поиск в ней символа " пробел ".

Если символ будет найден, то переслать его в регистр ВН.

Лабораторная работа № 5

Изучение обработки двоичных данных, данных в форматах ASCII и BCD, таблиц.

Цель работы: Дать сведения об операциях сложения, вычитания, умножения

и деления двоичных чисел, рассмотреть ASCII и BCD - форматы данных и дать

сведения между этими форматами и двоичным форматом. Раскрыть требования для

определения таблиц, организации поиска в таблице в таблицах и сортировки

элементов таблицы.

Общие сведения.

Несмотря на то, что мы привыкли к десятичной арифметике, компьютер

работает только с двоичной арифметикой. Команды ADD и SUB выполняют

сложение и вычитание байтов или слов, содержащих двоичные данные. Вычитание

осуществляется в компьютере по методу сложения с двоичным дополнением:

для второго операнда устанавливаются обратные значения битов и

прибавляется 1, а затем происходит сложение с первым операндом.

Операция умножения для без знаковых данных выполняется командой MUL, a

знаковых - IMUL. Существуют две основные операции умножения, умножение

байта на байт. Множимое находится в регистре AL, а множитель в байте памяти

или в однобайтовом регистре. После умножения произведение находится в

регистре АХ.

Умножение слова на слово. Множимое находится в регистре АХ, а множитель

- в слове памяти или в регистре. После умножения произведение образуется в

двойном слове, левая часть произведения - в регистре DX, правая часть - в

регистре АХ. В единственном операнде команд MUL и INMUL указывается

множитель.

Операция деления для без знаковых данных выполняется командой DIV, а

знаковых - INDIV. Существуют две основные операции деления:

Деление слова на байт. Делимое находится в регистре АХ, а делитель в

байте памяти или однобайтном регистре. Для деления остаток получается в

регистре АН, а частное - в AL.

Деление двойного слова на слово. Делимое находится в регистровой паре

DX:AX, а делитель - в слове памяти или в регистре. После деления остаток

получается в регистре DX, а частное в регистре - АХ.

Данные, вводимые с клавиатуры, имеют ASCII - формат, например, буквы

SAM имеют в памяти шестнадцатеричное представление 53414DH. С помощью

следующих ассемблерных команд можно выполнять арифметические операции

непосредственно над числами в ASSCII - формате:

ААА - коррекция для сложения ASCII кода;

AAD - коррекция для деления ASCII кода;

ААМ - коррекция для умножения ASCII кода;

AAS - коррекция для вычитания ASCII кода.

Эти команды кодируются без операндов и выполняют автоматическую

коррекцию в регистре АХ. Коррекция необходима, так как ASCII – код

представляет так называемый распакованный десятичный формат, в то время как

компьютер выполняет арифметические операции в двоичном формате.

Например, сложение и коррекция кодируются следующими командами:

ADD AL, BL ; сложить числа в регистрах AL и-BL

ААА ; коррекция для сложения ASCII- кодов.

Если сжать число в ASCII - формате, сохраняя только правые цифры

каждого байта, то получим BCD - формат (двоично - десятичный формат). Можно

выполнять сложение и вычитание в BCD - формате. Для этого служат две

корректирующие команды:

DAA - десятичная коррекция для сложения;

DAS - десятичная коррекция для вычитания.

Во многих прикладных программах используется табличная организация

данных, например, имена, описания, размеры. Определение и использование

таблиц включает одну новую команду ассемблера XLAT. Таким образом

использование таблиц - это дело техники и применение знаний, полученных

ранее. Для облегчения табличного поиска большинство таблиц определяются

систематично, т.е. элементы таблиц имеют одинаковый формат, одинаковую

длину и восходящую или нисходящую последовательность элементов. Пример

описания таблицы:

MONTAB DB 'JAN', 'FEB', 'MAR', ..., 'DEC'.

Команда XLAT транслирует содержимое одного байта в другое

предопределенное значение. С помощью команды XLAT можно проверить

корректность содержимого элементов данных. Команда XLAT предполагает адрес

таблицы в регистре ВХ, а транслируемый байт (например, поля ASCHO) - в

регистре AL. Следующие команды выполняют подготовку и трансляцию байта:

LEA ВХ, XLTBL

MOV AL, ASCHO

XLAT.

Команда XLAT использует значение в регистре AL в качестве

относительного адреса в таблице, т.е. складывает адрес в ВХ и смещение в

AL.

Содержание задания

1. Имеются следующие данные:

DATAX DW 0148H

DW 2316H

DATAY DW 0237H

DW 4052H

Закодируйте команды для сложения:

а) слово DATAX со словом DATAY;

б) двойного слова, начинающегося по адресу DATAX , на слово DATAY.

2. Поле UNPAK содержит 01040705 в распакованном десятичном формате.

Напишите цикл, который преобразует это содержимое в ASCII - формат,

т.е. 31343735.

3. Поле ASCA содержит значение 313733 в ASCII - формате, а другое поле

ASCB содержит 35. Напишите программу, перемножающую эти числа в ASCII -

формате и записывающую произведение в поле ASCPRO.

4. Определите 3 отдельные связанные таблицы, содержащие следующие

данные:

а) числовые элементы - 06,10,14,21,24;

б) элементы наименований - видеокассеты, приемники, модемы,

клавиатура, дискеты;

в) цены - 93.95, 82.25, 90.67, 85.80, 13.85.

Составьте программу, позволяющую вводить числовой элемент (ITEMIN) и

количество (QTYIN) с клавиатуры. Разработайте программу табличного поиска

элемента, равного ITEMIN. Выделите из таблиц наименование и цену.

Рассчитайте стоимость (количество х цена) и выведите на экран наименование

и стоимость.

Лабораторная работа № 6

Изучение свойств дисковой памяти

Цель работы: изучить основные требования к программированию функций DOS

для обработки дисковых файлов; функций BIOS для записи и чтения дисковых

файлов.

Общие сведения.

Обработка дисковых файлов в базовой DOS включает определение блока

управления файлом (FCB - FILE CONTROL BLOCK), который описывает файл и его

записи. Передача адреса блока FCB в DOS обязательна для всех дисковых

операций ввода - вывода. Для выполнения операций ввода - вывода на диске в

DOS необходимо определить блок FCB в области данных, который используется

главным образом для обработки файлов в текущем каталоге. Блок FCB содержит

описание файла и его записей в приведенном ниже формате. Пользователь

должен инициализировать байты 0... 15 и 32...36, байты 16...31

устанавливаются DOS:

Байты назначение

0 Указывает дисковод: Код 01 - для дисковода А;

02- для В и т.д.

1...8 Имя файла

9...11 Тип файла для дополнительной идентификации

12...13 Номер текущего блока

14...15 Логический размер записи

16...19 Размер файла

20...21 Дата

22...31 Зарезервировано для DOS

32 Текущий номер записи в текущем блоке

33...36 Относительный номер записи

Для ссылки на каждый дисковый файл программа должна содержать правильно

составленный блок управления файлом. Операции ввода - вывода на диск

требуют установки адреса блока FCB в регистре DX. Доступ к полям блока FCB

осуществляется по этому адресу с помощью регистровой пары DS:DX. Для

создания нового файла программа использует функцию 16Н в прерывании DOS INT

21H следующим образом:

MOV АН, 16Н ; создание

LEA DX, FCBNAME ; дискового файла

INT 21H ; вызов DOS

Система DOS осуществляет поиск по имени и типу файла, взятых из

соответствующих полей FCB в оглавлении. Если элемент оглавления, содержащий

необходимое имя (и тип) будет найден, то DOS очищает найденный элемент для

нового использования, если такой элемент не будет найден, то DOS ищет

свободный элемент. Затем операция устанавливает размер файла в 0 и

открывает файл. На этапе открытия происходит проверка доступного дискового

пространства, результат проверки устанавливается в регистре AL:

00 на диске есть свободное пространство

FF на диске нет свободного пространства

Аналогичным образом программа использует в прерывании

DOS INT 21H следующие функции:

15Н - Для последовательной записи на диск;

10Н - Для закрытия файла;

OFH - Открытие файла;

14Н - Для последовательного чтения записей с диска;

21H - Для прямого чтения записи;

22Н - Для прямой записи;

11Н и 12Н - Поиск элементов оглавления;

13Н - Удаление файла;

17Н - Переименование файла;

0ЕН - Установка текущего дисковода

Для определения выводной записи необходимо прежде всего указать

начальный адрес области передачи данных (DTA - DISK TRANSFER AREA). Затем с

помощью функции 1АН необходимо сообщить DOS адрес DTA. Активным может быть

только один DTA.

MOV АН, 1АН ; установка адреса

LEA DX, DTANAME ; DTA

INT 21H ; вызов DOS

Дисковые операции можно программировать непосредственно на уровне BIOS.

Дисковая операция BIOS INT 13H рассматривает все записи, как имеющие размер

сектора, а адресацию диска осуществляет в терминах действительных номеров

дорожки и сектора. Для дисковых операций чтzения, записи и верификации

необходима инициализация следующих регистров:

АН - тип операции: чтение, запись, верификация или форматирование;

AL - число секторов;

СН- номер дорожки;

CL - номер головного сектора;

DH - номер головки (стороны): 0 или 1 для дискеты ;

DL - номер дисковода: 0=А, 1=В и т. д.

ES: ВХ- адрес буфера ввода- вывода в области данных.

Для указания необходимой дисковой операции необходимо перед INT 13H

загрузить в регистр АН соответствующий код.

АН=00: сброс системы контроллера дисковода

АН=01: определить состояние дисковода

АН=02: чтение секторов

АН=03: запись секторов

АН=04: верификация секторов

АН=05: форматирование дорожек

Содержание задания

1. Напишите программу, которая создает дисковый файл, содержащий записи

из трех элементов: номера товара (пять символов), наименования товара (12

символов) и стоимости единицы товара (одно слово). Ввод этих значений

должен осуществляться с клавиатуры.

2. Напишите программу, которая выводит на экран файл, созданный в

вопросе

3. Напишите программу, выполняющую одно блочное чтение файла с

приведенными ниже данными и выводящую каждую запись на экран:

Номер Цена Наименование

023 00315 Ассемблеры

024 00430 Компоновщики

027 00525 Компиляторы

049 00920 Компрессоры

114 11250 Редакторы

232 05635 Контроллеры

999 00000

4. Измените программу из вопроса 3 так, чтобы цены записывались на диск

в двоичном формате.

5. Напишите команды для BIOS INT 13H, выполняющие чтение одного сектора

в область памяти INDISK, с дисковода А, головки 0, дорожки 6 и сектора 3.

6. Напишите команды для BIOS INT 13H, выполняющие запись трех секторов

из области памяти OUTDISK на дисковод В, головку 0, дорожку 8 и сектор 1.

Лабораторная работа №7

Изучение управления печатью

Цель работы: изучить возможность программ на языке Ассемблер для вывода

информации на печатающее устройство

Общие сведения.

Вывод на принтер несколько проще, чем операции с экраном и диском. Для

печати существует несколько операций, выполняющихся через DOS INT 2IH и INT

17H. Команды, посылаемые на принтер, включают коды "Прогон страницы",

"Перевод строки" и "Возврат каретки".

Принтеры классифицируются по качеству печати. Матричный принтер

формирует символы в виде матрицы точек и обеспечивает нормальный, узкий и

широкий форматы символов. Более совершенные матричные принтеры обеспечивают

точечную графику, наклонный шрифт, жирную печать и двойную плотность, а

также могут печатать графические символы, напри -мер, символы игральных

карт. Высококачественные печатающие устройства ограничены набором символов

на сменной "ромашке" или барабане, но обеспечивают высокое качество печати

и большое разнообразие шрифтов. Лазерные принтеры обладают преимуществами

как для матричной графики, так и для качественной печати текстов.

Стандартные символы управления печатью включают следующие:

08 - возврат на шаг

09 - горизонтальная табуляция

0А - перевод строки

0B - вертикальная табуляция