PROGRAMAR EM ASSEMBLY (PARTE I)

PROGRAMAR EM ASSEMBLY (PARTE I)(texto recuperado por OCR a partir da revista Spooler)PORQUE PROGRAMAR EM ASSEMBLY ?Muitos utilizadores de computadores pessoais conhecem linguagens de programao como o BASIC, o PASCAL ou o C e do-se por muito satisfeitos. Na realidade, para muitos objectivos de programao, ferramentas como essas podem ser, e so normalmente, mais do que suficientes, ou dito de outro modo. so efectivamente as mais adequadas.Essas linguagens de programao so designadas por linguagens de alto nvel, o que significa que quem as utiliza programa a um elevado nvel de distanciamento do equipamento. Outra forma de as designar por linguagens procedurais pois permitem-nos descrever as tarefas a serem realizadas de forma orientada directamente para a resoluo do problema.Para elas no h qualquer preocupao com instrues aceites a nvel do processador, registos internos e tudo que tenha a ver com a arquitectura particular de um computador.Na verdade possvel programar em linguagem de alto nvel e ter um conhecimento no muito pormenorizado do computador com que se est a trabalhar.As linguagens de alto nvel tm ainda a vantagem de ser relativamente portveis entre computadores de arquitecturas diferentes, se que se pode falar de portabilidade satisfatria nos nossos dias em que os programas tendem a ser grandes e complexos procurando tirar o maior partido dos computadores em que iro ser executados. Mas, como o leitor j adivinhou, nem tudo so rosas com as linguagens de alto nvel. Se assim fosse, no s este artigo no faria sentido, como no se venderiam mundialmente milhares de obras sobre a outra linguagem, a linguagem de baixo nvel.Muitos utilizadores e a totalidade dos programadores deparar, tarde ou cedo, com a necessidade de resolver um problema especfico de codificao para o qual as linguagens de alto nvel no oferecem qualquer soluo ou. se oferecem, esta no satisfatria. A frequncia de aparecimento desses problemas no to invulgar como primeira vista possa parecer. Para um programador de aplicaes de gesto podem aparecer ocasionalmente, mas para um programador de sistemas operativos, aparecero a todo o momento. E a sua resoluo passar normalmente por possuir um elevado conhecimento dos meandros de como o equipamento funciona e de como actuar sobre ele. A melhor via para realizar essa aprendizagem comear a estudar a nica linguagem que o computador entende.Ora bem. mas todos sabemos que os computadores internamente - os seus componentes fsicos e circuitos electrnicos, todo esse conjunto que se designa por hardware, s conhecem uma linguagem que constituda por zeros e uns, a linguagem binria ou cdigo mquina.Felizmente, no nos devemos alarmar, pois longe vo os dias em que se programava directamente em binrio. Nos nossos dias j ningum o faz!Um programa binrio praticamente ininteligvel para ns humanos, mesmo que contenha apenas 2 ou 3 instrues. Mas nos primeiros tempos da era dos computadores, nos anos 40 e 50, houve quem o fizesse, naqueles grandes computadores de vlvulas que j passaram Histria.Tentou-se, em alternativa, programar em hexadecimal, que uma base de numerao em que se comea a contar no zero e se termina no F (que significa 15 em numerao decimal). Base esta que tem uma relao simples com a base binria, pois por cada grupo de 4 dgitos binrios temos l em hexadecimal. Porm, a programao em hexadecimal tambm era extraordinariamente complicada e demorada.Finalmente encontrou-se a soluo, o Assembly.O Assembly uma linguagem de smbolos, designados mnemnicas.Cada mnemnica tem a sua correspondncia em um comando elementar inteligvel pelo computador. Cada mnemnica uma instruo Assembly.Normalmente todos os comandos que podem ser dados em binrio podem ser dados em Assembly com a mesma eficincia. Mas talvez seja melhor, neste momento, dar uma pequena espreitadela ao quadro seguinte, sem qualquer preocupao especial de compreender:

Certamente que, se o leitor nada sabia de Assembly, continuou sem saber aps a visualizao do quadro, mas no fique preocupado por causa disso, pois Roma e Pavia no se fizeram num dia e, no seguimento deste artigo e nos seguintes, tudo comear a fazer sentido. O quadro que acabou de ver apresenta-nos um extracto de um programa muito simples.O formato do quadro algo parecido com o que nos apresenta o programa DEBUG que acompanha o sistema operativo MS-DOS quando carregamos na tecla 'U'. Mas vamos explicar um pouco o quadro:Os valores da coluna de titulo Hexadecimal so directamente inteligveis, ou melhor, o seu equivalente na base binria directamente inteligvel por um computador da famlia IBM PC. As mnemnicas Assembly da coluna Instruo em Assembly tem o mesmo objectivo, mas so inteligveis por ns humanos, e apenas por ns. O programa acima executa como se segue:1) Mover (note o MOV na coluna de instrues em Assembly) para um registo designado por AH o valor 20 (hexadecimal). E aqui o leitor pensar, e com razo, que no s no sabe o que um registo como AH no lhe diz nada. O assunto ser desenvolvido a seu tempo mas, por hoje, fique com a ideia que a UCP (Unidade Central de Processamento) do computador dividida em pequenas unidades de armazenagem designadas por registos. Os registos so de 16 bits (2 bytes) nos processadores 8086 e 80286. Todos tm um nome.Um deles chama-se Accumulator e recebe a abreviatura AX.O registo AX pode ser controlado por inteiro ou por metades. Se forem os primeiros 8 bits designa-se registo AL (Accumulator Low), se forem os ltimos designa-se por AH (Accumulator High). Repare que no se utilizou o termo subregisto.Outro registo designa-se por BX (Base Register) e o que se disse para o AX aplica-se a ele, isto , pode ser considerado dividido em dois registos de 8 bits, o BH e o BL.Mas continuando a nossa anlise:2) Mover tambm, mas agora o valor 30 (hexadecimal) para o registo BH.3) Somar (Diz-se ADD em ingls) o contedo do registo AH com o contedo do registo BH e deixar o resultado em AH.Naturalmente que na primeira iterao AH ficar com o valor 50 (hexadecimal).4) Agora comparamos (Note CMP de Compare) se o contedo do registo AH igual ou no a B0 (corresponde a saber se igual a 176 em decimal).A comparao feita subtraindo AH de B0 sem devolver o resultado, mas apenas sinalizando para um registo especial de nome flags o que se passou. O registo flags tambm de 16 bits e cada um desses bits ora fica a 0 ora a l consoante o que se passou na instruo que acabou de ser executada. No nosso caso se houver igualdade de AH com B0 o stimo bit do registo flags e que designado por zero flag assume o valor l.5) Chegamos agora a um ponto de deciso. Se a comparao no der igual saltamos de novo para a instruo existente no endereo 104 (e que j vimos qual era) para ser executada de novo. Se a comparao der igual seguimos em frente e executamos as duas instrues seguintes que terminam o programa e nos trazem de novo para o prompt do DOS.A instruo JNZ (JUMP IF NOT ZERO) actuou, por conseguinte, verificando no registo flags se o resultado da instruo anterior foi zero, isto se o contedo de AH igual a B0.Experimente transcrever as mnemnicas acima para o DEBUG teclando 'A' e escrevendo-as uma a uma. No se preocupe com os valores constantes das colunas de endereos ou de smbolos hexadecimais, mas apenas com as mnemnicas. Execute o programa em cmara lenta teclando sucessivamente 'P' e verifique que os valores de alguns registos se alteram aps cada instruo.Pode gravar o programa para uso posterior ou para execut-lo do prompt do DOS, e fazer muitas outras coisas com o DEBUG, pelo que vale bem a pena ler o manual do MS-DOS para ver como trabalha esta pequena prola. possvel que, no decorrer das suas experincias com o DEBUG, o computador ocasionalmente pendure e tenha de carregar na tecla de Reset.Normalmente isso inconsequente, pois sei de pessoas que destruram os dados do disco com outros programas que no o DEBUG (no conheo nenhuma mas natural que existam).Tenha contudo em ateno que alguns comandos do DEBUG so extremamente perigosos e no devero ser utilizados sem uma perfeita compreenso da sua aco e do que se pretende atingir. Estou a lembrar-me de um, o que permite a escrita em sectores absolutas do disco - se possvel nunca o use.A aprendizagem das instrues de Assembly fcil pois as mnemnicas esto organizadas por classes de instrues de cdigo mquina de um modo que faz sentido para ns humanos. Por exemplo, todas as aces que implicam um movimento de bytes de um local de armazenamento para outro representam-se pela mnemnica MOV seguida de qualquer outra coisa.O MOV pode ser de transferncia entre registos do processador, de transferncia da memria para os registos ou vice-versa, de carregamento de um valor constante para um registo, etc. Deste modo, com o conhecimento de umas poucas dezenas de mnemnicas, podemos realizar quase qualquer programa em Assembly.E fique desde j consciente que a mnemmica mais usada precisamente o MOV e que alguns programas chegam a ter mais de 50% de MOV's.Outra mnemnica muito usada ADD e que j vimos tambm.A mnemnica CMP fundamental para a instruo que se lhe segue e que normalmente uma instruo de salto condicional para.As instrues de salto condicional actuam verificando o que se passa nas flags. No nosso exemplo, e como se viu, foi o bit zero flag do registo flags que foi testado.Uma ideia muito difundida, mas largamente errada, a de que a programao em Assembly algo que se assemelhar muito a construir um edifcio, tendo que cuidar pessoalmente da colocao de cada tijolo, de cada prego, de cada janela, de cada porta, enfim, de cada pormenor.Nada mais errado: a programao em Assembly bastante produtiva, como ir reconhecer se continuar a seguir estes artigos.Nesta famlia de computadores, o que toma o Assembly to produtivo que nenhuma outra linguagem consegue fazer um uso to eficiente das centenas de rotinas j feitas e prontas a ser usadas e que se encontram espera de serem invocadas dentro do nosso computador.Um grupo dessas rotinas faz parte do BIOS (Basic Input Output System) e reside fisicamente no ROM do computador. O outro grupo vem com o sistema operativo MS-DOS. Tanto umas como outras esto amplamente documentadas em muitos livros.Ainda em relao ao nosso mini-programa acima, note o modo airoso como este terminado:MOV AH,4CINT 21So 4 bytes e o DOS encarrega-se de tudo quanto necessrio para arrumar a casa antes de libertar a memria e lhe apresentar de novo o prompt. Podamos ter terminado o programa de outros modos, por exemplo apenas com 2 bytes:INT 20O que no nosso caso serviria bem, pois no havia grandes arrumaes a fazer, designadamente fechar outros programas abertos de dentro do nosso.Tanto num caso como noutro invocamos rotinas do MS-DOS para executar o trabalho.Contudo note que o Assembly no se substitui s linguagens de alto nvel nem estas se substituem ao Assembly: cada qual tem o seu mbito prprio e vamos ver qual .QUANDO, ONDE E O QUE PROGRAMAR EM ASSEMBLY?De um modo geral, quanto mais se souber do computador com o qual se est a trabalhar, mais eficiente ser o nosso trabalho de produzir programas.As linguagens de alto nvel no foram concebidas com o objectivo de dar resposta a toda e qualquer necessidade. Quando estivermos em dvida devemos sempre seguir a velha regra que diz que, para qualquer problema especfico, os meios ideais so os globalmente mais vantajosos.Se conseguirmos resolver o problema a contento com uma linguagem como o BASIC, devemos faz-lo sem qualquer hesitao. Ao fim e ao cabo rpido escrever um programa em BASIC.Uma instruo em BASIC corresponde normalmente a dezenas ou centenas de instrues em Assembly. Existem programas-ferramenta chamados compiladores que transformam as instrues que escrevemos em BASIC (referimo-nos naturalmente a verses de BASIC que suportam compilao), e que constituem o cdigo fonte, em instrues de binrio directamente inteligveis pelo computador e ainda acrescentam tudo o que necessrio para o programa poder ser carregado em memria e executado. Porm, existem programas que no devem ser escritos, pelo menos integralmente em BASIC, e quem diz BASIC, diz PASCAL, 'C' ou qualquer linguagem de alto nvel, designadamente:l) Se existir necessidade de limitar o tamanho dos programas.Isto, porque os compiladores nunca produzem cdigo muito eficiente, existe muita redundncia, muito cdigo que nunca chega a ser executado.Por exemplo, os programas destinados a ficar residentes em memria aps passarem o controle para o DOS, e designados por TSR (do ingls Terminute and Stay Resident), devero ser o mais curtos possveis.Numa linguagem de alto nvel altamente compacta como o 'C', praticamente impossvel construir um TSR, mesmo muito rudimentar, que ocupe para si um espao de memria inferior a 15 KB, e este valor crescer muito rapidamente se falarmos de PASCAL ou BASIC.Em Assembly o mesmo TSR pode ocupar pouco mais de 256 bytes e no ocupa menos porque o MS-DOS reserva para si exactamente 256 bytes no inicio de cada programa numa zona designada por PSP (Program Segment Prefix). Poderia eventualmente ocupar at menos de 256 bytes, mas isso obrigaria a entrar no terreno do PSP, pelo que o leitor fica desde j alertado que no pratica recomendvel.2) Se for necessrio que o programa seja rpido e atender a uma exigente temporizao da sua execuo.Os programas de comunicaes e todo o tipo de aplicaes em que exista necessidade de apertado controle em tempo real.3) Se houver necessidade de controlar o hardware, de dialogar directamente com os chips, de espreitar continuamente para dentro da memria e alterar os seus valores, de fazer uso directo das muitas rotinas que o DOS e o ROM-BIOS pem disposio do programador.E mesmo que para tal existam solues nas linguagens de alto nvel, deve-se ter em ateno que, se o programa que estiver a desenvolver se destinar a ser comercializado e a concorrncia apresentar um programa curto e rpido que faa o mesmo que o seu longo e lento programa, isso pode causar-lhe vrias dificuldades. E aqui surge a necessidade da programao em Assembly.O ASSEMBLY1) Programas integralmente realizados nessa linguagem.Normalmente so programas pequenos, raramente com mais de 10 KB.Existem contudo excepes a essa regra, inclusiv programas com centenas de kilobytes.2) Criao de rotinas ou mdulos que podem ser ligadas com programas em linguagem de alto nvel.Normalmente essas rotinas executam aces crticas cuja adequada conduo no pode ser realizada pelo repertrio de instrues da linguagem de alto nvel.E, de facto, a importncia da linguagem Assembly, ao contrrio do que seria de esperar, cada vez maior nos nossos dias. A maioria dos compiladores modernos possuem interface para ligao de mdulos escritos em linguagem Assembly, quer directamente quer aps a sua passagem a cdigo objecto (ver mais adiante a referncia a OBJ).E os compiladores mais recentes vo um passo mais adiante e permitem a incorporao directa de instrues em Assembly no seio de programas fonte escritos na linguagem de alto nvel. Incluem-se neste grupo as recentes verses do Turbo Pascal e Turbo 'C'.E antes de continuar uma pequena nota:Alguns autores classificam algumas linguagens, incluindo a linguagem 'C', por linguagem de mdio nvel. Sem discutir a correco do termo, com o qual pessoalmente concordamos, confirmamos que na realidade as linguagens de mdio nvel substituem em muitas situaes o Assembly.O sistema operativo MS-DOS e ambientes de lanamento de programas como o Windows foram, em larga escala, escritos em 'C'. Contudo, essas linguagens de mdio nvel no substituram integralmente a linguagem Assembly, e as instrues que possuem para execuo a baixo nvel so, quase sempre, mais complicadas que as mnemnicas de Assembly, e, curiosamente, no dispensam o seu conhecimento.AS FERRAMENTAS PARA PROGRAMAR EM ASSEMBLYSe a sua deciso neste momento for de que vale a pena aprender Assembly, ento dever ter ao seu dispor um certo conjunto de ferramentas.Nada de muito complicado nem dispendioso.l) A ferramenta base designa-se por Assemblador, ou Assembly em ingls (os brasileiros utilizam o termo montador).Mais do que entrar em anlises semnticas, o importante aqui saber que o Assemblador para o Assembly o que o Compilador para uma linguagem de alto nvel.Muita gente sabe que o MS-DOS distribudo com um pequeno programa designado por DEBUG, mas poucos aprendem a trabalhar com ele, ou sabem sequer para que serve. Bem, o DEBUG o programa mais poderoso dos utilitrios que acompanham o MS-DOS, um autntico prodgio de poder.J atrs falmos do DEBUG e vimos que contm um Assemblador, mas ficamos por aqui. O DEBUG embora valente, no passa de um canivete suo, uma ferramenta multiuso mas primitiva.No campo dos verdadeiros Assembladores comeamos por citar um que de shareware e de nome A86 (que significa, segundo o seu autor, Assemblador para a famlia de processadores 80x86 da Intel). extremamente fcil aprender a trabalhar com o A86, pois ele dispensa quase totalmente o conhecimento prvio daquilo que se designa por pseudo-operadores. Estes no so instrues Assembly, mas directivas para os Assembladores e so a causa nmero um de desnimo para muitos que tentam iniciar-se no estudo do Assembly.Exemplo de pseudo-operadores so os clebres ASSUME, os PROC, os ENDP, etc.E como o A86 demonstra muito bem, possvel construir programas algo sofisticados sem utilizar qualquer desses quebra-cabeas. Se os quiser utilizar muito bem, o A86 conhece-os tambm, seno, confie no bom senso do A86 que ele procede como se os pseudo-operadores l estivessem e normalmente acerta.O A86 tem muitos pontos a seu favor e, naturalmente, algumas pequenas limitaes. Mas, em nossa opinio, um principiante ter toda vantagem em conhecer este programa-ferramenta, pois permitir-lhe- um evoluir rpido para um conhecimento bastante elevado de linguagem Assembly. E, aps esse conhecimento ser obtido, o tema dos pseudo-operadores toma-se muito mais fcil, quase intuitivo.No mbito dos Assembladores ditos profissionais devemos citar os mais conhecidos: O MASM e o TASM. O MASM produto da Microsoft e considerado implicitamente a referncia que qualquer dos outros Assembladores no pode perder de vista. Eles podem superar aqui e ali o MASM mas, acima de tudo, tm de poder afirmar que so 100% (ou quase) compatveis com o MASM. Mesmo que no gostemos do MASM. devemos conhec-lo, pois ele constitui a linguagem comum que todos temos de ter em qualquer rea do conhecimento e o Assembly no excepo.O MASM foi, durante muitos anos, praticamente o nico Assemblador profissional disponvel no mercado.O TASM surgiu em 1988. um produto da Borland Internacional e, em nossa opinio, o melhor existente actualmente. Curiosamente, tanto o TASM como o MASM, nas verses mais recentes, tm aliviado bastante as suas exigncias em matria de directivas requeridas pelo Assemblador e aceitam uma forma simplificada dessas directivas baseada nos modelos de memria das linguagens de alto nvel, forma essa que pode ser usada na grande maioria dos programas.Os Assembladores actuam sobre o cdigo Assembly, isto , mnemnicas Assembly como as que vimos atrs e que escrevemos com um simples editor de texto como o EDIT do MS DOS 5.0. ou qualquer outro que produza texto no formatado, ou ASCII puro. Designa-se esse cdigo por programa fonte (do ingls source code). Quando o MASM ou o TASM operam sobre esse programa. o resultado no de imediato um programa executvel com extenso COM ou EXE, mas sim um programa intermdio designado por programa objecto e que tem normalmente a extenso OBJ.O A86, por seu lado, pode produzir tambm OBJ, mas por omisso construir de imediato um executvel COM, ou em alternativa um BIN, que um programa binrio puro que carregado num endereo de memria de deslocamento zero. Devido existncia dos OBJ, necessrio termos outra ferramenta que o linker, ou ligador (ou linkeditor se o leitor for brasileiro).2) O linker.O MASM tem o seu linker de nome LINK, e o TASM tem o TLINK. Se tiver um OBJ produzido pelo A86. ento pea emprestado um ou outro para ligar o programa. A existncia de programas OBJ uma fatalidade que tem a ver com:- O programa pode ter referenciado rotinas ou variveis de outros programas-mdulo, ou funes que existem em bibliotecas de rotinas (libraries em ingls) e necessrio ligar tudo isso num nico programa para que este possa funcionar.- A estrutura de memria dos computadores baseados no 80x86 permite que os programas sejam carregados em qualquer ponto dessa memria para serem executados. Assim, outra funo do linker fabricar um cabealho (ou Header em ingls) que oriente o DOS no carregamento e relocao das vrias partes do programa em memria. Deste modo, o resultado do trabalho do linker acaba por ser um programa com a extenso EXE, que congrega tudo o que necessrio para poder ser executado.Mas alguns programas EXE tm a caracterstica de no terem exigncias particulares em matria de relocao, pois a sua imagem em memria pode ser idntica sua imagem em ficheiro (file ou ficha so termos comuns, mas usaremos ficheiro por estar mais divulgado).Num caso desses poderemos fazer uso de outra das ferramentas que o:3) EXE2BIN.Este programa transforma (quando possvel) os ficheiros EXE em COM (ou noutras extenses mais arrevesadas como SYS, mas no compliquemos desnecessariamente nesta fase). Se dispuser do TLINK, o EXE2BIN no necessrio, pois basta usar o switch /t do TLINK para que o ficheiro venha com a extenso COM. Se o nome EX2BIN no lhe estranho e nunca utilizou Assembly, talvez isso se deva a que algumas verses do MS-DOS trazem esse programa includo. Porque s o EXE2BIN acompanhar o MS-DOS, porqu s vezes o EXE2BIN e o LINK e outras vezes nem um nem outro, um mistrio no revelado pela Microsoft.Que outras ferramentas existem? Algumas outras, mas estas chegam para comear.No artigo de hoje cobrimos um largo territrio para quem partida muito pouco ou nada soubesse de Assembly. Mas toda a panormica que demos ir ajud-lo muito nos prximos nmeros, nos quais falaremos de arquitectura dos PC, segmentao de memria, interrupes, servios do DOS e do BIOS e, simultaneamente, iremos aprofundando os nossos conhecimentos de Assembly sempre devidamente ilustrados com programas exemplo.

PROGRAMAR EM ASSEMBLY (PARTE II)(texto recuperado por OCR a partir da revista Spooler)Afirmmos no artigo anterior que no existe melhor alternativa para aprofundar o nosso conhecimento sobre um computador do que o estudo da sua linguagem Assembly. Uma das razes que a programao em Assembly depende em absoluto, e indissocivel, da realidade fsica desse computador.Reservmos o artigo de hoje, exactamente, para fazer uma pequena apresentao desse sujeito que d pelo nome de PC (e entendamos aqui por PC, o IBM PC e seus compatveis e descendentes) pois muitas das suas peculiaridades so decisivas para se saber como falar com ele atravs do Assembly. Se j no tem muitas dvidas de que mesmo importante aprender Assembly, ento encha-se de coragem e avance na leitura.A ARQUITECTURA DOS PCl- Viso geralMuito simplificadamente, um computador pessoal pode ser entendido como um sistema de cinco unidades funcionais: a unidade de entrada, a unidade de memria, a unidade aritmtica, a unidade lgica e a unidade de sada.As unidades de entrada e sada esto em contacto com o mundo exterior ao sistema e esse mundo constitudo, ou pode s-lo, pelo teclado, o monitor, o rato, o disco rgido e as drives de disquete, a impressora, o modem, uma placa de fax, um CD-ROM e, enfim, qualquer outro perifrico presente ou que o futuro nos possa trazer.As unidades de entrada e sada comunicam com o resto do sistema atravs de portos (em ingls diz-se Input/Output ports), os quais no devem ser confundidos com as conhecidas portas de comunicao srie e paralela que todos os PC normalmente possuem e que nos permitem acrescentar ao sistema, perifricos tais como impressoras ou modems.Nos PC as unidades aritmtica e lgica esto agrupadas naquilo que se convencionou chamar a Unidade Central de Processamento, abreviadamente CPU (do ingls Central Processing Unit) mas mais vulgarmente microprocessador (ou simplesmente processador).Para o PC nos ser til necessita de actuar sobre um tipo de informao que d pelo nome de programas os quais so constitudos por comandos que ele entende, e designados instrues, as quais, quando passadas para o microprocessador de um modo sequencial (sequencialmente no significa obrigatoriamente que a instruo anterior esteja ordinalmente posicionada antes), vo actuar sobre outro tipo de informao designada por dados.Os programas e os dados so introduzidos no sistema pela unidade de entrada e armazenados na memria. Os PC guardam indistintamente na mesma memria, tanto os programas como os dados, cabendo ao programador a responsabilidade de fazer o computador diferenciar entre os dois tipos de informao.Todo este esquema de funcionamento foi idealizado h muitos anos por um senhor chamado Von Neumann, e por isso podemos dizer que um PC uma mquina classificvel como tendo arquitectura de Von Neumann.Parte da memria designa-se por RAM (Random Access Memory) e outra parte designa-se por ROM (Read Ony Memory). RAM memria que permite leitura e escrita e pode ser tambm chamada de RWM (Read/Write Memory), embora este termo tenha cado um pouco em desuso. ROM a memria que s permite leitura. O ROM normalmente j vem de fbrica com todos os programas e dados que ir conter durante toda a sua vida (como excepo regra existe um tipo especial de ROM, designado EPROM, cuja informao pode ser substituda com o auxlio de equipamento especial). O ROM tambm Random Access Memory mas no RAM no mesmo sentido que se d hoje a este termo!Tanto a RAM como o ROM so constitudos por uma larga sequncia de localizaes cujo contedo l byte (8 bits). Cada uma dessas localizaes tem um endereo. O endereo expresso por um nmero que define univocamente o byte dessa localizao, mas tambm podemos juntar 2 bytes seguidos (nos PC chama-se um word) ou 4 bytes seguidos (nos PC chama-se um doubleword) e aced-los simultaneamente com um nico endereamento.Nos PC as vrias unidades so ligadas por um conjunto de circuitos elctricos designados por BUS (h quem diga barramento ou via), os quais so constitudos por linhas de sinal, cada uma delas podendo transportar l bit de informao. Existe o Bus de Controle, o Bus de Endereamento e o Bus de Dados.Qualquer dado que viaje do microprocessador para a memria ou para as unidades de entrada e sada, ou entre qualquer das outras partes componentes do sistema, f-lo sempre atravs do Bus de Dados.Mas antes desse dado viajar, o seu endereo, no caso de se tratar de uma clula de memria ou de um porto, colocado previamente no Bus de Endereamento.Por sua vez. o Bus de Controle ajuda a coordenar toda essa louca correria de um lado para o outro. Para toda esta orquestra acertar o passo existe tambm um metrnomo, isto . um gerador de frequncias constantes designado clock generator (traduzido normalmente por relgio).O microprocessador e todos os outros componentes trabalham a uma frequncia que sempre uma fraco da frequncia do clock.Naturalmente que todos estes conceitos do pano para mangas e a sua explicao em pormenor daria garantidamente para se escrever um livro bastante volumoso. Porm, se conseguiu apreender o que foi dito at aqui (se que no sabia j), ento possui uma base mnima para poder prosseguir.Existem ainda outros componentes do sistema com certa importncia para o programador, mas vamos deixar a sua abordagem para uma outra ocasio.Para a iniciao programao em Assembly essencial, contudo, ter uma ideia um pouco mais aprofundada sobre dois dos componentes do sistema: o CPU (que integra as unidades lgica e aritmtica) e o modo como ele est organizado, e a memria e a sua estrutura interna.No artigo de hoje falaremos precisamente sobre o primeiro deles, o CPU.2- 0 CPUO CPU ou microprocessador constitudo por pequenos locais de armazenamento designados registos. Do ponto de vista do programador o melhor enfoque a dar ao CPU precisamente o de v-lo como um conjunto de registos.O microprocessador do PC original foi baptizado de 8088 e era caracterizado por ter registos internos de 16 bits, mas utilizar um Bus de Dados de apenas 8 bits.Pouco tempo depois apareceu o 8086 que era muito semelhante ao 8088, mas podia usar um Bus de Dados de 16 bits.Na altura algumas pessoas referiam-se ao 8088 como um falso processador de 16 bits (o que lembra a polmica dos nossos dias entre o 80386DX e o 80386SX).Contudo, a verdade que o 8088 idntico ao 8086 a nvel de registos internos e deve ser considerado um processador de 16 bits. apesar de a transferncia de words de e para a memria ser efectuada atravs de 2 acessos consecutivos.Tanto o 8088 como o 8086 tm um Bus de Endereamento de 20 linhas (numeradas de 0 a 19) e a sua capacidade de enderear memria assim de 2 elevado a 20, o que corresponde a l megabyte, 1024 kilobytes ou 1048576 bytes.Os registos do 8088/8086 so mostrados na gravura seguinte:Na linha de evoluo dos microprocessadores 8088 e 8086, e devido ao sucesso dos computadores que os tomaram por base, a Intel desenvolveu o 80286, o qual tambm constitudo por registos de 16 bits e um Bus de Dados de 16 bits, mas possui um Bus de Endereamento de 24 linhas.O 80286 possui mais alguns registos que o 8088/8086 o que, aliado capacidade de endereamento de 16 megabytes, lhe permite trabalhar naquilo que se designa por modo protegido.Contudo, mantm plena compatibilidade a nvel dos mesmos registos j existentes no 8088/8086, quando trabalha em modo real.Depois do 80286 apareceram os 80386 e 80486 que so microprocessadores de 32 bits e tem um Bus de Dados de 32 bits para acesso memria e, eventualmente, tambm s unidade de entrada e de sada (se em arquitectura EISA), e um Bus de Endereamento tambm de 32 bits. O 80386SX possui um Bus de Dados de apenas 16 bits para acesso memria e um Bus de Endereamento de 24 bits, mas considera-se tambm um microprocessador de 32 bits pois internamente idntico aos outros e integralmente compatvel com eles.Todos os modelos 80386 (incluindo o SX) e 80486, e s a titulo de curiosidade, possuem um espao de endereamento lgico de at 64 trilies (2 elevado 46a potncia) de bytes em estrutura segmentada, ou um mximo de 4 bilies de bytes num nico segmento. E no necessrio haver correspondncia em memria fsica para esse endereo ser produzido, o espao em disco tambm serve, como se v pelas verses 3 do Windows, porque este milagre conseguido atravs de um mecanismo assaz complicado e que se designa globalmente por virtualizao de memria.Apesar destes microprocessadores melhorarem em muito a capacidade de actuao em modo protegido comparativamente ao 80286 e implementarem ainda um novo modo de trabalho designado por modo virtual 86 (parecido com o modo real e na pratica indiferencivel pelos programas executveis sobre o MS-DOS, pelo que tudo o que dissermos sobre o modo real tambm se aplica ao modo virtual), acima de tudo mantiveram tambm a compatibilidade a nvel de registos com os velhinhos 8088/8086 quando trabalham no modo real.O mximo divisor comum de todos os processadores da famlia , como j verificou, o trabalho em modo real. E. como nos nossos dias, 95% dos programas existentes foram feitos para trabalhar apenas em modo real, extremamente importante comear por conhecer como trabalham os microprocessadores desta famlia nesse modo.Deixemos apenas a salvaguarda que os 80386 e 80486 possuem ainda outros registos internos que podem ser utilizados em modo real e que no existiam nos modelos anteriores: contudo, na prtica, os programas que pretendam correr em todos os computadores da famlia no devero fazer uso deles.Para efeito do nosso estudo os registos podem ser divididos em 4 grupos tal como se v na figura esquerda, e assim teremos:a) Registos de utilizao geralDesignam-se por registos de utilizao geral os registos AX, BX, CX e DX.Cada um deles por sua vez subdivisvel em dois registos, compreendendo quer a parte dos ltimos 8 bits (parte alta) quer a parte dos primeiros 8 bits (parte baixa) do registo original.Por exemplo, parte alta do registo AX d-se o nome de registo AH (Accumulator High) e sua parte baixa d-se o nome de registo AL (Accumulator Low), e de modo idntico seria para os outros registos deste grupo.O programador relativamente livre de escolher, com alguma arbitrariedade, qualquer um destes registos para muitas operaes aritmticas e lgicas, mas existem contudo grupos de instrues em que tal j no pode acontecer. Isto significa que, embora haja uma certa flexibilidade, os registos de utilizao geral tm uma certa vocao.Assim o AX vocacionado para multiplicar e dividir, o BX o nico neste grupo que pode conter um endereo de memria para aceder a dados, o CX utilizado como contador de iteraes em vrias instrues e o DX o nico que pode especificar o endereo de um porto nas instrues que permitem o seu acesso.b) Registos Ponteiro e Registos de IndexaoQuando a Intel iniciou o projecto do 8088, partiu da premissa que as linguagens de programao de alto nvel com futuro nos PC seriam aquelas que, como o Pascal (a linguagem C tambm, mas na altura ainda era pouco popular), passam os dados s subrotinas atravs do stack (tambm designado por pilha) e que usam tambm esse stack para a colocao das variveis locais da subrotina.Nessa linha de pensamento tinha muita lgica que o microprocessador tornasse a vida mais fcil aos compiladores dessas linguagens, disponibilizando registos suficientes para uma correcta manipulao dos dados existentes no stack.Para quem ande um pouco arredado destas coisas: nos PC o stack uma rea da memria que o sistema operativo ou o programa em execuo reservou primariamente para o microprocessador poder guardar os endereos de retomo das subrotinas, mas que pode tambm servir para as finalidades acima indicadas.O stack funciona como uma pilha de pratos que esto para lavar na cozinha. O que chegou em ltimo lugar est no topo da pilha e lavar-se- primeiro (e o primeiro da pilha pode ter muito que esperar at ser lavado).Curiosamente, nos PC a pilha est virada ao contrrio e o seu topo tem, por conseguinte, o endereo de memria mais baixo. Para saber qual o topo do stack o processador utiliza um registo ponteiro de nome SP (Stack Pointer).E para saber qual o endereo de uma rea dentro do stack que contm os dados passados subrotina (ou as variveis locais), o processador socorre-se de outro registo ponteiro de nome BP (Base Pointer).Uma das primeiras aces que muitas subrotinas produzidas em linguagens de alto nvel executam (em programa j compilado naturalmente) passarem para o registo BP o valor do topo do stack, de modo a poderem aceder aos dados no stack, e fazem isso copiando para esse registo o contedo de SP.Mas, muitas outras vezes, ns no queremos manipular dados no stack, mas sim em reas da memria especificamente reservadas para dados.Podemos, por exemplo, desejar efectuar uma movimentao de um grupo de dados entre duas dessas reas. Para essa finalidade existem dois registos classificados como registos de indexao e que so o SI (Source Index) e o DI (Destination Index).A razo do nome indexao ser posta em evidncia quando estudarmos as instrues de movimentao de strings.Tanto os registos Ponteiro como os de Indexao trabalham em conjunto com os registos de Segmento, que sero explicados mais abaixo.Por ltimo, e ainda neste grupo, temos o IP (Instruction Pointer) que guarda o endereo da instruo que vai ser executada dentro do registo de segmento de cdigo CS.O IP faz parte da unidade de controlo do microprocessador e os programas no podem alterar directamente o seu valor, embora possam contudo faz-lo indirectamente com instrues que alterem a sequncia da execuo de um programa, isto , instrues que provoquem saltos para outros locais dentro do programa.c) Registos de SegmentoMuitas pessoas desistem primeira do estudo da linguagem Assembly, no por qualquer eventual dificuldade no entendimento do conjunto de instrues Assembly, que extraordinariamente simples e muito mais reduzido do que o de qualquer linguagem de alto nvel. Tambm no sequer pela necessidade de ter de conhecer as directivas que necessrio dar ao Assemblador para que ele entenda bem o que ns pretendemos.O que muitas pessoas tem mais dificuldade em assimilar que a memria tratada pelos processadores desta famlia como estando dividida em compartimentos de 64 KB (em modo real, pois em modo protegido podem ser maiores ou menores), designados, muito naturalmente, por segmentos.A necessidade dos segmentos radica num facto muito simples.A Intel pretendia que o microprocessador 8088/8086 pudesse enderear l MB (que corresponde a 2 elevado 20 potncia) de memria, mas este processador dispunha apenas de registos de 16 bits que, no mximo, permitem construir um endereo compreendido entre O e 65535 (isto uma quantidade de endereos correspondentes a 2 elevado 16a potncia).Como naquele tempo no se tomava vivel a construo de um processador com alguns registos de 20 bits (pelo menos os que endeream memria), encontrou-se uma soluo alternativa e que, embora de grande engenho e arte, no deixa de ser um pouco confusa mesmo para quem j tenha alguma prtica de programao em Assembly noutros tipos de microcomputadores.Nos PC cada posio de memria determinada por um conjunto de 2 registos, o primeiro dos quais um dos registos (e existem 4 deles no 8088/8086 e 80286) designados por registo de segmento e o segundo um dos outros que vimos atrs como tendo capacidade para enderear memria.Os registos de segmento percorrem a memria a passadas de 16 bytes (tambm se diz 1 pargrafo) de cada vez, e os outros a passadas de apenas l byte.E para cada localizao de memria existe sempre um registo de segmento que nos d um valor dito valor de segmento, e um registo dos outros que nos d um valor dito valor do deslocamento (ou offset) dentro desse segmento.Contudo, v-se facilmente que o mesmo local de memria pode ficar representado por mais de um par de valores segmento/deslocamento, na realidade pode ser representado por at 4096 pares diferentes.Por exemplo, imagine-se que o registo CS (um registo de segmento designado por Code Segment) tem o valor 16000 (em decimal), e que o registo IP tem o valor 3000 (em decimal).Isto significa, nem mais nem menos, que estamos a apontar (neste caso para a instruo em execuo) para o endereo absoluto de memria 259000 (16000x16+3000).Imagine-se agora que CS continha 16001 e que IP continha 2984. Se fizer as contas, obtm tambm o endereo absoluto de memria 259000.Uma confuso muito comum imaginar-se que os segmentos se encontram espaados de 64 KB, de tal modo que um computador com 640 KB de RAM possui 10 segmentos. Isso no correcto, pois os segmentos podem estar parcialmente sobrepostos como se viu no exemplo acima. E qualquer segmento pode iniciar-se em qualquer pargrafo (mltiplo de 16 bytes) da memria.Se neste momento est perfeitamente confuso ento considere-se uma pessoa normal, pois os conceitos de segmentao da memria, registos de segmento e deslocamento dentro do segmento no so de imediato intuitivos. Encha-se de coragem e continue em frente, pois se h quem demore apenas alguns minutos a ganhar a percepo correcta destes conceitos, a maioria demora horas ou dias (quando no mais).Fique neste momento ciente que nem tudo mau a respeito da segmentao: na verdade, os processadores 80286 e superiores, quando a trabalhar em modo protegido, segmentam a memria para poderem isolar programas (genericamente designados em modo protegido por processos) e as suas partes umas das outras e assim implementarem a virtualizao da memria e a independncia dos processos.Os PC 8088/8086 e o 80286 possuem 4 registos de segmento e so eles o CS (Code Segment ou Segmento de Cdigo), o DS (Data Segment ou Segmento de Dados), o ES (Extra Segment ou Segmento Extra) e o SS (Stack Segment ou Segmento da Pilha).O valor contido em cada um destes registos define uma rea de 64 KB.O CS trabalha conjuntamente com o IP para apontar para a instruo que vai ser executada pelo programa.Do valor contido no registo CS diz-se que o valor corrente do segmento de cdigo.Se o conjunto de instrues de um programa for maior que 64 KB necessrio. pelo menos uma vez, e algures dentro desse programa, alterar o valor de CS. Ao contrrio dos outros registos de segmento, o valor de CS apenas altervel indirectamente (de modo semelhante ao IP), por exemplo por instrues que provoquem um tipo de salto designado FAR (para longe).O DS contm o valor corrente do segmento de dados.O ES pode ser considerado tambm como um segmento de dados mas de carcter auxiliar para possibilitar a execuo de certas instrues.O SS o segmento do Stack.Nas instrues Assembly que endeream memria existe sempre um segmento considerado o default para essa instruo.Por exemplo, instrues que endeream o stack fazem uso dos registos SP ou BP e assumem implicitamente que o segmento default o SS. Isso significa que no necessrio mencionar o nome do segmento na instruo.A ttulo ilustrativo, a instruo MOV AX,[BP] significa que o registo AX ficar com o contedo da posio de memria endereada pelo valor do registo BP dentro do segmento SS.Contudo, a instruo pode ser compelida a utilizar outro segmento que no o default, atravs de uma indicao explcita do nome do segmento.No caso acima, se escrevssemos MOV AX,DS:[BP] o registo AX ficaria carregado com o contedo da posio de memria endereada pelo valor do registo BP dentro do segmento de dados DS.Diz-se num caso destes que houve uma derrogao (em ingls override) do segmento default.d) O registo FlagsTodos os processadores desta famlia reservam um registo cujo objectivo se assemelha ao de um painel de controle. constitudo por flags (sinalizadores) que podem assumir apenas um de dois resultados, 0 ou l. Cada flag ocupa um bit no registo Flags. Os flags cumprem trs finalidades genricas:Uns servem para prestar informao complementar sobre o que se passou na execuo da ltima instruo (Status Flags), outros para controlar o comportamento do microprocessador na execuo de certas instrues (Control Flags), e ainda outros para auxiliar internamente a operao do processador (System Flags).Nos processadores 8088/8086 e 80286 o registo Flags de 16 bits.Como pode verificar pela figura, nem todos os bits so utilizados, pois alguns so considerados reservados para eventual utilizao por futuros membros da famlia. Vamos conhec-los ento um pouco melhor:CF - um status flag. Aps uma operao aritmtica reflecte se houve transporte do ltimo bit, isto , se vai um. Se CF for 1 representa-se essa situao por CY e se for 0 representa-se por NC.PF - E um status flag. Aps uma operao lgica ou aritmtica se o resultado tiver nmero impar de bits 1 este flag ser 0 (e representa-se PO, parity odd), se for par ser 1 (e representa-se por PE, parity even).AF - outro status flag. Indica se houve transporte do bit 3 (isto o quarto bit, pois eles contam-se a partir do 0). Em caso positivo representa-se por AC e em caso negativo por NA. Este flag pouco utilizado na prtica pelos programas.ZF - Mais um status flag. Indica se o resultado de uma operao 0. Se for 0 o flag apresenta-se com o valor 1 e representa-se por ZR em caso contrrio por NZ.SF - Tambm um status flag e indica se o resultado de uma operao positivo ou negativo. Se negativo representa-se por NG e se for positivo por PL.TF - um system flag. utilizado pelo processador quando executa instrues passo a passo como por exemplo de dentro do programa DEBUG.IF - Outro system flag. Sinaliza se os interrupts podem ser atendidos. O conceito de interrupt (interrupo) ser explanado no prximo artigo.No caso de poderem ser atendidos, este flag apresenta o valor 1 e representa-se por EI (enable interrupts), e em caso contrrio por DI (disable interrupts).DF - Trata-se de um control flag. Se o valor do bit for 0 (e representa-se por UP) ento algumas instrues que envolvem os registo de indexao (designadas instrues string) incrementam automticamente esse registos posicionando-os no byte seguinte da string. Em caso contrrio, isto se o bit for 1 (e representa-se por DN), os registos de indexao so decrementados.OF - um status flag. Indica se o resultado da operao aritmtica ultrapassou a capacidade do byte ou word que deveria receber esse resultado. Se assim for escreve-se OV (overflow) e em caso contrrio NV (not overflow).E terminamos aqui a pequena apresentao que queramos fazer deste componente fundamental do PC que o CPU.A etapa de hoje foi crucial para criar as bases necessrias para chegar fala com o PC atravs do Assembly e, embora saibamos que ela se revestiu de grande dificuldade para muitos dos leitores, temos a certeza que ir facilitar em muito a compreenso do que se ir seguir nos prximos artigos.