Разработка программы на Ассемблере

о ПК.

Реализовать меню, в котором пользователю предлагается выбор из трёх пунктов:

1 – сбор сведений о системе;

2 – тест памяти;

3 – выход.

Сбор сведений должен осуществляться в виде списка устройств с текущим состоянием. Состояние от названия устройства должно отделяться двоеточием. Список устройств и возможных их состояний см. в таблице 1.

Пункт «тест памяти» должен осуществлять проверку ячеек памяти на работоспособность. Существует два типа неисправностей ячеек памяти:

  • «постоянные нули»;

  • «постоянные единицы».

Вид неисправности «постоянные нули» заключается в следующем: предположим, что бит №4 в байте, изображенном на рис. 1 – неисправный. В данный момент в байт записано число ноль (восемь нулей в двоичной системе cсчисления), если считать содержимое этого байта, то на выходе получиться ноль – вроде бы он исправен.


7 6 5 4 3 2 1 0

0 0 0 0 0 0 0 0

рис. 1


Но это лишь только видимость, если в этот байт записать число FFh (восемь единиц в шестнадцатеричной системе счисления), что в двоичной системе счисления эквивалентно восьми единицам, то получится картина, представленная на рис. 2. В этом случае, если считать содержимое этого байта, на выходе получиться EFh, то есть, записывая в бит №4 единицу, мы при считывании все равно получаем ноль. Следовательно бит № 4, а значит и байт, неисправен.


7 6 5 4 3 2 1 0

1 1 1 0 1 1 1 1

рис. 2


Вид неисправности «постоянные единицы» схож с видом «постоянные нули». Разница состоит лишь в том, что в виде «постоянные нули» неисправные биты находятся всегда в нулевом состоянии, а в виде «постоянные единицы» в единичном.

В связи с этим необходимо реализовать проверку ячеек памяти на два вида неисправностей: «постоянные нули» и «постоянные единицы».


2.2. Описание структуры программы


Программа была реализована с помощью нескольких пользовательских процедур и макросов (см. таблицу 2).

Довольно часто в программах, особенно больших, приходится несколько раз решать одну и ту же подзадачу и поэтому приходится выписывать одинаковую группу команд, решающих эту подзадачу. Чтобы избежать повторного выписывания такой группы команд, ее обычно выписывают один раз и оформляют соответствующим образом, а затем в нужных местах программы просто передают управление на эти команды, которые, проработав, возвращают управление обратно. Такая группа команд, которая решает некоторую подзадачу и которая организована таким образом, называется процедурой.

Нередко бывает полезным предварительное(до начала трансляции) преобразование текста программы. Например, может потребоваться, чтобы какой-то фрагмент программы был продублирован несколько раз или чтобы в зависимости от некоторых условий в тексте программы были сохранены одни фрагменты и удалены другие. Подобную возможность предоставляют так называемые макросредства. Расширение языка ассемблера за счет этих средств обычно называют макроязыком.

Программа, написанная на макроязыке, транслируется в два этапа. Сначала она переводится на, так сказать, чистый язык ассемблера, т.е. преобразуется к виду, где нет никаких макросредств. Этот этап называется макрогенерация, его осуществляет специальный транслятор – макрогенератор. На втором этапе полученная программа переводится на машинный язык. Это этап ассемблирования, его осуществляет ассемблер.


Таблица 2

Таблица процедур и макросов

Название Тип Назначение
Movcur Макрос Перемещает курсор
Clrscr Макрос Очищает экран
Print Макрос Выводит на экран строку
Press Макрос Реализует задержку
ShowQuestion Процедура Выводит на экран меню
SborSved Процедура Осуществляет сбор сведений

TestMem

 Процедура Осуществляет тест памяти

При выполнении программы на экран выводится аннотация, пользователь, ознакомившись с программой, нажимает на любую клавишу, и на экран выводится меню (с помощью процедуры ShowQuestion), в котором пользователь может выбрать интересующий его пункт меню:

  • сбор сведений о ПК;

  • тест памяти;

  • выход.

Если выбран первый пункт, выполняется процедура ShowSved. Внутри данной процедуры реализована очистка экрана, с помощью макроса ClrScr, а также диагностика оборудования и задержка, реализованные с помощью макроса press. После выполнения данной процедуры программа переходит в начало, т.е. в меню.

В случае выбора второго пункта, выполняется процедура TestMem, тестирующая оперативную память ПК. Также внутри данной процедуры реализованы очистка экрана и задержка перед выходом в меню.

Если выбран третий пункт, программа, не очищая экран, передает управление операционной системе DOS .


2.3. Описание алгоритма решения задачи


Если в оперативной памяти ПК имеется 2 в 20 степени ячеек, то для ссылок на эти ячейки нужны 20-разрядные адреса; их принято называть физическими адресами. Ясно, что при большом объеме памяти большим будет и размер физических адресов, а это ведет к увеличению длины команд и к увеличению размера программ в целом. Это плохо. Чтобы сократить размеры команд, поступают следующим образом.

Память условно делят на участки, которые принято называть сегментами. Начальные адреса сегментов могут быть любыми, но на длину сегментов накладывается ограничение: размер любого сегмента не должен превышать 64Кб.

В этих условиях физический адрес А любой ячейки памяти можно представить в виде суммы A=B+ofs, где В – адрес сегмента, а ofs – смещение относительно адреса В.

Таким образом ,если в команде надо указать физический адрес А, то адрес сегмента B – “прячем” в так называемый сегментный регистр, а в команде указываем лишь этот регистр и слагаемое ofs. Это даёт экономию размера команд.

В связи с этим максимальный объем сегмента равен 64Кб, а минимальный равен 16 байтам.

Процедура теста памяти реализована с помощью вложенного цикла. Первый цикл увеличивает на единицу модификационный регистр BP до тех пор, пока BP меньше 0A000h (это последний сегмент 640 Кб). Внутри этого цикла реализован еще один цикл - он увеличивает на единицу модификационный регистр SI до тех пор, пока он меньше 16. Внутри вложенного цикла осуществляется непосредственно проверка памяти на неисправные биты: сначала происходит проверка на «постоянные единицы» - в сегмент по адресу BP со смещением SI записывается ноль (что в двоичной системе счисления означает восемь нулей), затем осуществляется проверка этого значения, т.е. нуля. Если это значение равно нулю, значит память исправна, в противном случае - не исправна. Затем происходит проверка на «постоянные нули»: по тому же адресу записывается число FFh (что в двоичной системе счисления означает восемь единиц), затем осуществляется проверка этого значения. Если значение равно FFh, значит память исправна, в противном случае - неисправна.


2.4. Отладка и тестирование


Тестирование производилось с помощью отладчика Turbo Debugger корпорации Borland. Была выполнена трассировка всей программы. Трассировка – это процесс пошагового выполнения команд с листингом состояний всех регистров, флагов, сегмента данных на момент выполнения каждой команды.

В ходе трассировки были обнаружены следующие ошибки:

неправильное определение состояния математического сопроцессора - неправильно указанная маска очистки, так называемого слова «equpment list», получаемого с помощью прерывания 11h;

“зависание” при вызове процедуры TestMem - ошибка в реализации алгоритма теста памяти – неправильно указанная метка перехода во вложенном цикле.

Кроме того, было обнаружено множество ошибок в синтаксисе команд.

Так как программа писалась на одном компьютере, проверить её на правильность определения конфигурации ПК не представлялось возможным, поэтому, после завершения программы, она выполнялась на разных ПК с разными конфигурациями: в ходе этого теста ошибок обнаружено не было – все аппаратные средства определялись правильно.

Также невозможно было проверить программу на правильность теста памяти на практике, потому что она выполнялась на всех ПК с исправной памятью, а попытки найти ПК с заведомо неисправной оперативной памятью не увенчались успехом. Тем не менее теоретически тест должен работать правильно.


2.5. Инструкция к пользователю


Для запуска программы выполните файл с именем «kurs». Вашему вниманию представиться аннотация – внимательно прочитайте её, а затем нажмите любую клавишу на клавиатуре (например, enter). Затем на экране высветится меню, изображенное на рис. 3.



1 – Сведения о системе

2 - Тест памяти

3 – Выход


Ваш выбор ? :

рис. 3


Для того, чтобы получить краткие сведения о вашем ПК - нажмите клавишу «1», затем «Enter» на вашей клавиатуре, и на экран высветится список устройств с текущем состоянием. Для возврата в меню нажмите любую клавишу.

Для того, чтобы протестировать оперативную память вашего ПК – нажмите клавишу, «2» затем «Enter» на вашей клавиатуре, и на экране высветится сообщение о состоянии памяти вашего ПК. Для возврата в меню нажмите любую клавишу.

Для того, чтобы выйти из программы - нажмите клавишу «3», затем «Enter» на вашей клавиатуре.


2.6. Заключение о результатах проектируемой задачи


В ходе выполнения поставленной в курсовом проекте задачи были приобретены навыки реализации сложных ассемблерных программ с использованием макросов и процедур. Кроме того, был получен огромный опыт и умение работы с CMOS (область памяти, где хранятся сведения о конфигурации ПК) на низком уровне, т.е. с использованием прерывания BIOS 11h и 70h порта, а также опыт использования дополнительных сегментных регистров и регистров модификаторов.

Реализованная программа может быть полезна при диагностике оборудования на относительно старых моделях ПК, поскольку в программе используется система команд 8086 процессора, который был выпущен в 1979 г. корпорацией Intel, и сейчас эта модель процессора является устаревшей.


Приложение № 1


7.1 СИСТЕМЫ СЧИСЛЕНИЯ

Любое неотрицательное число в позиционной системе счисления (СС) может быть представлено в виде:

                    
D = Cn-1*bn-1 + Cn-2*bn-2 + ... + C1*b1 + C0*b0 + C-1*b-1 + C-2*b-2 +..,     

где D - десятичный эквивалент числа, Ci - значение i-го разряда, b - основание системы счисления,b в степени i - вес i-го разряда и n число разрядов целой части числа. В вычислительной технике ниболее распространены: двоичная (BIN), десятичная (DEC), шестнадцатиричная (HEX) и непозиционная двоично-десятичная (BCD) системы счисления. В BCD системе вес каждого разряда равен степени 10, как в десятичной системе, а каждая цифра i-го разряда кодируется 4-мя двоичными цифрами. Восьмиричная СС (OCT) применяется реже. Первые 16 чисел представлены в таблице 1.

Двоичное число 10010011 = 1 * 2^7 + 1 * 2^4 + 1 * 2^1 + 1 * 2^0 = 147 (DEC). Для перевода числа из двоичной системы в 16 - ную, его необходимо разбить начиная справа на группы по 4 двоичных цифры и каждую группу представить 16 - ной цифрой из таблицы. Для обратного перевода каждая HEX цифра заменяется четверкой двоичных, незначащие нули слева отб- расываются. Двоично-десятичное число можно записывать и десятичными цифрами, например 1997, и двоичными - 0001 1001 1001 0111. Каждое десятичное число можно представить в виде BCD, например 19(DEC) = 19(BCD), но их двоичные представления не равны: 19(DEC) = 10011(BIN), а 19(BCD) = 1 1001(BIN). Не каждая запись из нулей и единиц имеет двоично-десятичный эквивалент. Например, 11001001(BIN)  = ?(BCD) = C9(HEX) = 201(DEC), т.к. десятичной цифры 12 = 1100 несуществует!


7.2 МАШИННОЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЕ ИНФОРМАЦИИ

Микропроцессоры обрабатывают упорядоченные двоичные наборы. Минимальной единицей информации является один бит.

     

Далее следуют - тетрада (4 бита), байт ( byte 8 бит), двойное слово (DoubleWord 16 бит) или длинное (LongWord 16 бит) и учетверенное слова. Младший бит обычно занимает крайнюю правую позицию.


7.3 ЧИСЛА С ФИКСИРОВАННОЙ ТОЧКОЙ


Такие числа могут быть как целыми, так и дробными. Точка мысленно фиксируется рядом с любым разрядом. Если она располагается справа от младшего бита, то число целое, если слева от старшего - число дробное. Далее будут рассматриваться только целые числа с фиксированной точкой, для нецелых чисел чаще применяется показательная форма, о которой пойдет речь дальше.

Естественным представлением целого неотрицательного числа является двоичная система счисления. Кодирование отрицательных чисел производится тремя наиболее употребительными способами, в каждом из которых крайний левый бит - знаковый. Отрицательному числу соответствует единичный бит, а положительному - нулевой. Каждый способ оценивается по скорости и затратам на выполнение сложения и изменения знака числа, т.к. вычитание есть сложение с измененным знаком одного операнда.

  • 1.Прямой код. Изменение знака производится просто, путем инверсии бита знака. Пусть 00001001 = 9, тогда 10001001 = -9. Если при сложении двух чисел в этом коде знаки совпадают, то трудностей нет. Если знаки различаются необходимо найти наибольшее число, вычесть из него меньшее, а результату присвоить знак наибольшего слагаемого.

  • 2.Обратный код, инверсный или дополнительный "до 1". Изменение знака производится просто - инверсией всех бит: 00001001 = 9, а 11110110 = -9. Сложение также выполняется просто, т.к. знаковые биты можно складывать. При переносе единицы из левого (старшего) бита, она должна складываться с правым (младшим). Например: 7 + (-5) = 2.


00000111 = 7

11111010 =-5 (инверсия 00000101 = 5)

1 00000001

1

00000010 = 2

Сложение в обратном коде происходит быстрее, т.к. не требуется принятие решения, как в предыдущем случае. Однако суммирование бита переноса требует дополнительных действий. Другим недостатком этого кода является представление нуля двумя способами, т.к. инверсия 0...00 равна 1. ..11 и сумма двух разных по знаку, но равных по значению чисел дает 1...11.Например: (00001001 = 9) + (11110110 = -9) = 11111111. Кстати, из этого примера понятно почему код называется дополнительным "до 1". Этих недостатков лишен ---

  • 3.Дополнительный или дополнительный "до 2" код. Число с противоположным знаком находится инверсией исходного и добавлением к результату единицы. Например, найти код числа -9.


00001001 = 9 11110111 =-9

11110110 - инверсия 00001000 - инверсия

1 1

11110111 =-9 00001001 = 9

Проблемы двух нулей нет. +0 = 00000000, -0 = 11111111 + 1 = 00000000 (перенос из старшего бита не учитывается).Сложение производится по обычным для неотрицательных чисел правилам.


00001001 = 9

11110111 =-9

1 00000000

Из этого примера видно, что в каждом разряде двух равных по модулю чисел складываются две единицы, что и определило название способа. Этот метод применяется наиболее часто, и когда говорят о дополнительном коде, то имеется в виду дополнительный "до 2-х" код.


7.4 ДИАПАЗОН ЦЕЛЫХ ЧИСЕЛ С ФИКСИРОВАННОЙ ТОЧКОЙ


Беззнаковые числа: 0 <= D <= 2^n - 1. n - число разрядов

Байт: 0 - 255 (DEC) Слово: 0 - 65535

00..0 - 11..1 (BIN) 00..0 - 11..1

0 - FF (HEX) 0 - FFFF


Числа со знаком:-2^(n-1) <= D <= +2^(n-1)-1. n - число

разрядов.

Байт: -128 - +127 (DEC) Слово: -32768-+32767

10..0 - 01..1 (BIN) 10..0 - 01..1

80 - 7F (HEX) 8000 - 7FFF


7.5 ЧИСЛА С ПЛАВАЮЩЕЙ ТОЧКОЙ (ВЕЩЕСТВЕННЫЕ)


Вещественные числа хранятся и используются в ЭВМ в показательной форме, т.е. в виде двух составляющих: мантиссы и порядка. Различия в способах такого представления чисел заключаются в количестве байтов отводимых под порядок и мантиссу и небольших отличиях в форме их хранения. Например в четырехбайтовом формате под мантиссу отводится 3 байта и один байт для хранения порядка (КВ - короткий вещественный формат).

D = ±M * 2^(E-127)

Последовательность расположения байтов

в различных ЭВМ может быть разной. D - десятичный эквивалент числа  , M - нормализованная мантисса, Е - смещенный порядок, SM - бит знака мантиссы.


7.6 ДИАПАЗОН ПРЕДСТАВЛЕНИЯ ВЕЩЕСТВЕННЫХ ЧИСЕЛ


У нормализованной мантиссы первая значащая цифра (единица) мысленно находится слева от запятой, а справа располагаются 23 разряда - 1,xx..xx. Поэтому Mmax = 1,111..11 = 1 +1/2 +1/4+ 1/8 +...= 2, а Mmin= 1,000..00 = 1 для положительных чисел (SM=0) и -1 и -2 для отрицательных, (SM=1). Порядок числа Emax = 11111110 = 254, а Emin = 00000001 = 1. Теперь нетрудно определить диапазон представления положительных чисел от +Dmax = Mmax * 2^(254-127) = 3,4 * 10^38 до +Dmin = Mmin * 2^(1-127) = 1,17 * 10^(-38). Точность определяется числом достоверных десятичных цифр. При 23 двоичных разрядах мантиссы 2^23 примерно равно 10^7, т.е. достоверными являются только 6-7 значащих десятичных знаков, а не 38. Необходимо отметить, что значения порядка 11111111 и 00000000 по международному стандарту IEEE 754 и 854 предназначены для кодирования денормализованных чисел, отрицательной и положительной бесконечностей, неопределенности и, так называемых Не-чисел.


7.7 ДВОИЧНО-ДЕСЯТИЧНЫЙ КОД


Двоично-десятичный код (ДДК) или Binary Coded Decimal (BCD) может быть упакованным, когда в одном байте хранятся две десятичные цифры, либо неупакованным - по одной цифре в байте.Упакованное число 1996 представляется в виде двух байтов: 0001 1001 и 1001 0110. Для знака числа отводится дополнительный байт, например в формате (ДД) девять байтов отводится для размещения 18-ти цифр, а в старшем бите десятого байта находится знак числа.


7.8 БУКВЕННО-ЦИФРОВОЙ КОД


Для вывода информации на устройства отображения, например дисплей или принтер, а также для ввода или передачи данных используются буквенно-цифровые коды. Буквы, цифры, математические символы, знаки препинания, символы для рисования линий, управляющие символы и некоторые другие кодируются однобайтовыми числами. Существует несколько разновидностей таких кодов, например: ASCII, КОИ-7, КОИ-8, альтернативный код ГОСТ, основной код ГОСТ и другие. ASCII и 7-ми битовый код для обмена информацией (КОИ-7) отображают первые 128 символов и входят в состав остальных кодировок. Дополнительные символы и русский алфавит входят в восьмибитовые расширенные коды (КОИ-8, альтернативный и основной). Общее число символов в этих кодах равно 256. Таблица некоторых кодов приведена ниже. Следует отметить, что нулевой код (NULL) не кодирует цифру ноль и вообще никак не отображается.


Символ ¦ Код(HEX) Символ ¦ Код(HEX) Символ ¦ Код(HEX)

--------+--------- -------+--------- -------+---------

"ничего"¦ 00 "A" ¦ 41 "А" ¦ 81

"0" ¦ 30 "B" ¦ 42 "Б" ¦ 82

"1" ¦ 31 "C" ¦ 43 "В" ¦ 83

.. ¦ .. .. ¦ .. .. ¦ ..

"9" ¦ 39 "Z" ¦ 5A "Я" ¦ 9F

":" ¦ 3A "[" ¦ 5B "а" ¦ A0

_________ASCII кодировка___________/

_______________альтернативная кодировка_______________/

В Internet для русского языка используется кодировка КОИ-8. В настоящее время разработан и используется 16-ти битовый Unicode с 65536 различными симвоволами.


7.9 ВОСЬМИСЕГМЕНТНЫЙ КОД


Служит для отображения образа BCD или HEX цифры высвечиваемой на индикаторе в виде набора 0 и 1. Может быть принято следующее соответствие между битами и сегментами:

Внизу приведен битовый набор для высвечивания цифры 4. Единицы обычно соответствуют светящимся сегментам.


7.10 НЕОДНОЗНАЧНОСТЬ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ ДВОИЧНЫХ НАБОРОВ


Набор единиц и нулей хранящихся в регистре или ячейке памяти (двоичный набор) для микропроцессора ничего не означает. Пусть в регистре находится набор из восьми битов 10000110. Он может быть интерпретирован следующим образом, как: