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Das Assembler-Buch
Grundlagen, Einführung und Hochsprachenoptimierung
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Die Reihe Programmer’s Choice
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Trutz Eyke Podschun
Das Assembler-Buch
Grundlagen, Einführung und
Hochsprachenoptimierung
ADDISON-WESLEY
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Die Deutsche Bibliothek – CIP-Einheitsaufnahme
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5 4 3 2 1
05 04 03 02
ISBN 3-8273-1929-3
© 2002 by Addison-Wesley Verlag, ein Imprint der Pearson Education Deutschland GmbH
Martin-Kollar-Str. 10-12, D-81829 München/Germany
Alle Rechte vorbehalten
Einbandgestaltung: Christine Rechl, München
Titelbild: Polystichum falcatum, Sichelförmiger Punktfarn. © Karl Blossfeldt Archiv –
Ann und Jürgen Wilde, Zülpich / VG Bild-Kunst, Bonn 2002
Lektorat: Christiane Auf, [email protected]
Korrektorat: Simone Meißner, Fürstenfeldbruck
Herstellung: Monika Weiher, [email protected]
Satz: text&form GbR, Fürstenfeldbruck
Druck und Verarbeitung: Bercker Graphischer Betrieb, Kevelaer
Printed in Germany
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Inhaltsverzeichnis
Vorwort 11
Einleitung 21
Teil 1: Einführung in die Assembler-
Programmierung 27
1 Assembler-Befehle – Oder: was macht ein Compiler
mit »I := 0«? 29
1.1 CPU-Operationen 30
1.1.1 Arithmetische Operationen 45
1.1.2 Logische Operationen 63
1.1.3 Operationen zum Datenvergleich 69
1.1.4 Bitorientierte Operationen 74
1.1.5 Operationen zum Datenaustausch 86
1.1.6 Operationen zur Datenkonvertierung 99
1.1.7 Verzweigungen im Programmablauf: Sprungbefehle 101
1.1.8 Andere bedingte Operationen 117
1.1.9 Programmunterbrechungen durch
Interrupts/Exceptions 120
1.1.10 Instruktionen zur gezielten Veränderung des
Flagregisters 125
1.1.11 Operationen mit »Strings« 127
1.1.12 Präfixe 134
1.1.13 Adressierungs-Befehle 141
1.1.14 Spezielle Befehle 143
1.1.15 Verwaltungs-(System-)Befehle 166
1.1.16 Obsolete Befehle 180
1.1.17 Privilegierte Befehle 182
1.1.18 CPU-Exceptions 183
1.2 FPU-Operationen 187
1.2.1 Grundlegende arithmetische Operationen 205
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6 Inhaltsverzeichnis
1.2.2 Trigonometrische Operationen 218
1.2.3 Andere transzendente Operationen 224
1.2.4 Operationen zum Datenvergleich und
Datenklassifizierung 230
1.2.5 Operationen zum Datenaustausch 238
1.2.6 Operationen zur Datenkonversion 250
1.2.7 Verwaltungsbefehle 253
1.2.8 Obsolete Operationen 267
1.2.9 FPU-Exceptions 268
1.2.10 FPU-Emulation 271
1.3 SIMD-Operationen 272
1.3.1 SIMD, die Erste: MMX 274
1.3.2 MMX-Exceptions 306
1.3.3 MMX-Emulation 306
1.3.4 SIMD, die Zweite: SSE 307
1.3.5 SIMD, die Dritte: SSE2 343
1.3.6 Exceptions unter SSE/SSE2 360
1.3.7 Sind die SIMD verfügbar? 365
1.3.8 3DNow!, die Erste: das AMD-SSE 368
1.3.9 3DNow!, die Zweite: das AMD-SSE2 379
1.3.10 3DNow!, die Dritte: das Intel-SSE 382
1.3.11 Exceptions unter 3DNow!, 3DNow!-X und
3DNow! Professional 382
1.3.12 Ist 3DNow! verfügbar? 382
2 Hintergründe und Zusammenhänge 385
2.1 Stack 385
2.1.1 Der Stack – ein Stapel Daten 386
2.1.2 Stack frames – Verwaltung eines Stapels 389
2.1.3 Stack Switching 393
2.2 Speicherverwaltung 394
2.2.1 Speicherorganisation 394
2.2.2 Segmente 395
2.2.3 Die Betriebsmodi des Prozessors 399
2.2.4 Segmenttypen, Gates und ihre Deskriptoren 407
2.2.5 Deskriptorentabellen 427
2.2.6 Selektoren 429
2.2.7 Hardwareunterstützung für Deskriptoren und
Deskriptortabellen 431
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Inhaltsverzeichnis 7
2.2.8 Zugriffe auf den Speicher: VonAdressenund
Adressräumen 434
2.2.9 Beziehungskisten: Von der effektiven zur
logischen Adresse 435
2.2.10 Speichersegmentierung: Von der logischen zur
virtuellen Adresse 438
2.2.11 Paging: Von der virtuellen zur physikalischenAdresse 441
2.2.12 Auslagerungsdatei 457
2.2.13 Das 32-Bit-Betriebssystem Windows 458
2.3 Multitasking 462
2.4 Schutzmechanismen 467
2.4.1 Schutzmechanismen im Rahmen der
Speichersegmentierung 468
2.4.2 Schutzmechanismen bei Zugriff auf die Peripherie 483
2.5 Exceptions und Interrupts 486
2.5.1 Interrupts 486
2.5.2 Exceptions 489
2.5.3 Interrupt-Behandlung 489
2.5.4 Emulation von Exceptions 498
2.5.5 CPU-Exceptions 499
2.5.6 FPU-Exceptions 529
2.5.7 SIMD-Realzahl-Exceptions 542
2.5.8 Interrupts und Exceptions im Realund
Virtual8086 Mode 552
Teil 2: Erzeugung und Verwendung von
Assemblermodulen 555
3 Der Stand-Alone-Assembler 557
3.1 Vorbemerkungen 558
3.1.1 Datenbezeichnungen 558
3.1.2 Symbole 558
3.1.3 Expression 559
3.1.4 Qualifizierte Typen 560
3.1.5 Beispiele 560
3.2 Direktiven 561
3.2.1 Direktiven zur Datendeklaration 561
3.2.2 Direktiven zur Typ-Deklaration 570
3.2.3 Direktiven zur Symboldeklaration 598
3.2.4 Direktiven zur Daten- und Codeausrichtung 604
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8 Inhaltsverzeichnis
3.2.5 Direktiven zur Deklaration und Nutzung
vonProzeduren 610
3.2.6 Direktiven zu Scope und Sichtbarkeit 621
3.2.7 Vollständige Segmentkontrolle 627
3.2.8 Vereinfachte Segmentkontrolle 639
3.2.9 Direktiven zur bedingten Steuerung des
Programmablaufs 652
3.2.10 Makros 655
3.2.11 Bedingte Assemblierung 662
3.2.12 Direktiven zur Steuerung von Listings 666
3.2.13 Direktiven zur Anwahl des Befehlssatzes 672
3.2.14 Interaktion mit dem Programmierer 675
3.2.15 Assembler-Einstellungen 679
3.2.16 Verschiedenes 689
3.3 Operatoren 690
3.3.1 Operatoren in Ausdrücken 690
3.3.2 Operatoren für Strings 704
3.3.3 Run-Time-Operatoren 704
3.3.4 Operatoren in Makros 706
3.4 Vordefinierte Symbole 709
3.4.1 Vordefinierte String-Symbole (Textmakros) 709
3.4.2 Vordefinierte Symbole (Numerische Makros) 710
3.4.3 Makros zur Verwaltung von Strings 713
3.4.4 TASM-Symbole für OOP 714
3.5 Assemblermodule in Hochsprachen 714
3.5.1 Erzeugung des Assembler-Quelltextes 715
3.5.2 Assemblierung zum OBJ-File 719
3.5.3 Einbindung in Hochsprachen 720
3.5.4 Aufrufkonventionen 723
3.5.5 Übergabekonventionen 725
3.5.6 FAR und NEAR – eine Frage des Standpunktes 726
3.5.7 Tabus 726
3.6 Assembler und die strukturierte Ausnahme-
behandlung (SEH) 729
4 Der Integrierte Assembler 745
4.1 Programmierung mit dem Inline-Assembler 745
4.2 Inline-Assembler und die strukturierte Ausnahme-
behandlung (SEH) 760
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Inhaltsverzeichnis 9
Teil 3: Anhang 761
5 Anhang 763
5.1 Definitionen und Erläuterungen 763
5.1.1 Befehlssemantik 763
5.1.2 Adress- und Operandengrößen 765
5.1.3 Mnemonics, Befehlssequenzen, Opcodes und Microcode 768
5.1.4 Anwendungen, Programme, Module, Tasks, Prozesse
und Threads 772
5.1.5 »Unschärfen« und Ungenauigkeiten indiesemBuch 776
5.2 Datenformate 778
5.2.1 »Little-Endian«- und »Big-Endian«-Format 781
5.2.2 Binäre Zahlendarstellung und Hexadezimalsystem 782
5.2.3 Elementardaten 788
5.2.4 Gepackte Daten 811
5.2.5 Erweiterte Elementardaten 814
5.2.6 Gegenüberstellung der verschiedenen
Datenbezeichnungen 816
5.3 Speicheradressierung 816
5.4 Ports 827
5.5 Befehls-Decodierung 832
5.5.1 Decodierung des/der Präfixe(s) 832
5.5.2 Decodierung des Opcodes 832
5.5.3 Decodierung eines ModR/M- und ggf. eines SIB-Byte 833
5.5.4 Decodierung einer Adresse oder Konstanten 833
5.6 Tabellen zur Single-Instruction-Multiple-Data-
Technologie (SIMD) 844
5.6.1 Unter SIMD auf Intel-Prozessoren verfügbare
Datenformate 844
5.6.2 Unter SIMD auf Intel-Prozessoren verfügbare
Instruktionen 845
5.6.3 Unter SIMD auf AMD-Prozessoren verfügbare
Datenformate 850
5.6.4 Unter SIMD auf AMD-Prozessoren verfügbare
Instruktionen 851
5.6.5 Entsprechungen und Unterschiede der Intel- und
AMD-SIMD-Befehle 855
5.7 Weitere Register der CPU 856
5.7.1 Kontroll-Register 856
5.7.2 Debug-Register 863
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10 Inhaltsverzeichnis
5.7.3 Modellspezifische Register (MSRs) 867
5.8 FPU-, MMX- und XMM-Umgebung 868
5.9 Historie 874
5.9.1 Pentium 4 874
5.9.2 Pentium III, Xeon 874
5.9.3 Pentium II, Pentium II Xeon, Celeron 875
5.9.4 Pentium Pro 875
5.9.5 Pentium 877
5.9.6 80486 879
5.9.7 80386 / 80387 881
5.9.8 80286 / 80287 890
5.9.9 80186/80188 895
5.9.10 8086 / 8087 896
5.9.11 16-Bit-Protected-Mode 898
5.10 Verzeichnis der Abbildungen und Tabellen 900
5.10.1 Abbildungen 900
5.10.2 Tabellen 906
5.11 ASCII- und ANSI-Tabelle 911
Stichwortverzeichnis 913
