"Programación en Ensamblador del microprocesador Pentium (I)"

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1 PRÁCTICA 3 "Programación en Ensamblador del microprocesador Pentium (I)" ÍNDICE El microprocesador Pentium Inserción de ensamblador en Visual Studio Facilidades para la depuración de programas El altavoz del PC Enunciado de la práctica Cuestionario de la práctica OBJETIVOS Mostrar cómo es un programa en ensamblador. Aprender a depurar programas en ensamblador, aprovechando el entorno de programación Visual Studio. Estudiar un mecanismo sencillo de control de un periférico. CONOCIMIENTOS PREVIOS Empleo del entorno de programación Microsoft Visual Studio, específicamente las opciones de manejo de ficheros, de compilación, de ejecución paso a paso y de monitorización de variables. Sintaxis y utilización del juego de instrucciones básicas del microprocesador Pentium Puedes encontrar una presentación sobre la práctica en: Asignatura: Introducción a los Ordenadores y la Telemática Presentación: Entorno Visual Studio II

2 3.1. EL microprocesador Pentium En la actualidad la mayoría de los ordenadores que se fabrican son del tipo PC (Personal Computer). Este tipo de ordenador fue inicialmente comercializado por IBM y se caracteriza por disponer de uno (o varios) procesadores de la familia 80x86. El primer procesador de esta familia fue el Intel 8086, que era un ordenador de 16 bits de longitud de palabra. Con el tiempo fueron saliendo nuevos procesadores con más prestaciones, aunque con un juego de instrucciones compatible con el 8086, lo que les permitía ejecutar directamente los programas que habían sido escritos para este ordenador. Los procesadores más conocidos de esta familia son 80286, 80386, 80486, Pentium, Pentium II, Intel Core 2, La presente práctica se realizará con un procesador Pentium II que dispone de 32 bits de longitud de palabra. Dentro del Pentium existen varios registros que pueden almacenar datos, direcciones de memoria, indicadores de estado, etc. Solo se dispone de cuatro de propósito general que reciben los nombres EAX, EBX, ECX y EDX. Su lenguaje ensamblador consta de las siguientes instrucciones fundamentales (se indican solo las más utilizadas): Transferencia de datos: Aritméticas: MOV destino, origen destino origen En las operaciones de suma y resta no se trabaja con registro acumulador. Sin embargo en lugar de indicar los tres posibles operandos de una instrucción aritmética, se indican solo dos. ADD destino, operando destino destino + operando SUB destino, operando destino destino - operando El las operaciones de multiplicación y división si se emplea registro acumulador (AX). MUL operando EAX EAX x operando DIV operando EAX EAX operando Control de flujo: JMP dirección salto incondicional JZ dirección saltar si cero JNZ dirección saltar si no cero JS dirección saltar si signo JNS dirección saltar si no signo JC dirección saltar si acarreo JNC dirección saltar si no acarreo Entrada / Salida: OUT [puerto], operando escribe en un puerto de salida IN operando, [puerto] lee de un puerto de entrada

3 3.2. INSERCIÓN DE ENSAMBLADOR EN VISUAL STUDIO El entorno de programación Visual Studio nos permite insertar fragmentos de código ensamblador dentro de un programa en C. Esto puede ser de utilidad cuando deseemos tener un control total sobre el ordenador o cuando queramos mejorar el tiempo de ejecución de un programa. La inserción de código ensamblador debe tener en cuenta los siguientes puntos. En primer lugar, las instrucciones en ensamblador deben introducirse dentro de la siguiente estructura: _asm {... Si recordamos, en ensamblador podemos controlar el flujo del programa mediante instrucciones de salto. Estas instrucciones precisan como operando la dirección de memoria en la que se encuentra la siguiente instrucción a ejecutar del programa. Cuando escribimos programas en ensamblador resulta muy difícil conocer las direcciones donde se quiere saltar. Puesto que, primero, la ubicación en memoria de un programa se determina dinámicamente en el momento en que se carga en memoria y, segundo, el cómputo del salto ha de tener en cuenta el número de octetos que resulta de la codificación del programa. Por esta razón, los puntos de salto del flujo de un programa se señalan mediante etiquetas. Las etiquetas son nombres simbólicos que señalan direcciones de memoria. Se colocan precediendo a la instrucción a la que apuntan, y se les añade :. Para referirnos a las etiquetas, en las instrucciones de salto, escribimos el nombre sin :. Por ejemplo, el siguiente programa decrementa sucesivamente el contenido de AX hasta que llega a cero. _asm { asm MOV AX, 5 etiqueta1: asm SUB AX, 1 asm JNZ etiqueta1 Los datos con los que queramos trabajar en un programa, tendremos que almacenarlos en determinadas posiciones de memoria. En lenguaje ensamblador para hacer uso de esta información tendremos que indicar la dirección donde se encuentra esta información. Para hacer más cómodo este proceso, en lenguajes de programación de alto nivel como el C o el Pascal, estos datos se almacenan en variables a las que se les da un nombre. Sin embargo, el compilador tendrá que almacenar cada variable en una posición de memoria y accederá a ella mediante su dirección. Desde una instrucción en ensamblador podremos acceder a las posiciones de memoria donde se almacena una variable simplemente escribiendo su nombre. Por ejemplo, almacena en el registro AX el valor contenido en la posición de memoria donde se almacena la variable var1, es decir 10. En realidad, lo que realiza el compilador es determinar la posición de memoria en la que se ha almacenado la variable var1 y sustituir su nombre simbólico por la dirección.

4 main() { int var1 = 10; _asm{ MOV AX, [var EL ALTAVOZ DEL PC. Los ordenadores PC disponen de un periférico mediante el que se pueden realizar avisos sonoros: el altavoz (o PC-Speaker). La unidad de salida que controla el altavoz es sumamente sencilla. No podemos controlar la tensión aplicada al altavoz, sino sólo si se aplica o no tensión. La unidad de salida del altavoz está conectada al puerto número 97, donde podremos escribir un valor de 8 bits. De estos 8 bits solo es útil el segundo bit menos significativo, si ponemos un 1 en este bit, estaremos aplicando tensión al altavoz, si ponemos un 0, no aplicaremos tensión. Por lo tanto, si utilizamos la instrucción OUT [97],2 sacaremos por el puerto del altavoz el valor binario , lo que ocasionará que se aplique tensión al altavoz y este desplazará su membrana hacia fuera. Si por el contrario, escribimos OUT [97],0 sacaremos por el puerto del altavoz el valor binario , lo que ocasionará que no se aplique tensión al altavoz y este desplazará su membrana hacia dentro. El sonido es una variación de presión que se propaga a través de un medio (por ejemplo el aire). Cuando la cuerda de una guitarra es pulsada, esta se pone a vibrar y percibimos una nota musical. Lo que está ocurriendo, es que la cuerda de la guitarra está golpeando de forma continua el aire, haciendo cambiar permanentemente la presión ejercida sobre el aire, estos cambios de presión se transmiten hasta nuestro oído que es capaz de captarlos. Si esta vibración es muy rápida (con una frecuencia grande) el sonido percibido es agudo. Si por el contrario, la vibración es lenta (con una frecuencia baja) el sonido es grabe. Esta variación de presión puede ser provocada de forma similar por el altavoz del PC. Si conseguimos que la membrana del altavoz vibre, conseguiremos que emita un sonido similar al de la cuerda de la guitarra. Para obtener esta vibración tendremos que aplicar tensión al altavoz y más tarde la retirarla, repitiendo esto alternativamente.

5 3.4. ENUNCIADO DE LA PRÁCTICA. 1) Copia a tu unidad W la carpeta IOT_P3, con el proyecto de la práctica, que encontrarás en \\dcomlabsv\practicas\iot\. 2) Pincha dos veces sobre el fichero tono.sln que encontrarás dentro de esta carpeta. Se abrirá la solución tono en el entorno Microsoft Visual Studio con un programa similar al siguiente: int main() { int duracion, periodo, cont; duracion = 1000; periodo = ; _asm{ MOV ebx, [duracion] bucle: MOV AL, 2 out [97], AL MOV [cont], [periodo] retardo1: SUB [cont], 1 JNZ retardo1 MOV AL, 0 out [97], AL MOV [cont], [periodo] retardo2: SUB [cont],1 JNZ retardo2 SUB ebx,1 JNZ bucle 3) Añade la ventana de visualización de los registros: Debug / Windows / Registers (Alt+5) 4) Ejecuta paso a paso el programa (Botón Step Over ó F10) ó utilizando Break Points (Pulsando sobre la barra de la derecha del código y aparecerá un punto rojo) hasta comprender su funcionamiento. 5) Contesta al cuestionario de la práctica. 6) Ejecuta el programa para comprobar qué realiza. 7) Modifica el programa de forma que produzca 60 pitidos consecutivos, con la variable periodo tomando los valores 10000, 20000, 30000,..., para cada uno de los tonos emitidos. Para resolver este ejercicio has de introducir un bucle de manera que el programa que ya tienes se repita 60 veces. Tras cada pasada del bucle modifica el valor de periodo.

6 3.5. CUESTIONARIO 1.- Suponiendo que cada instrucción tarda en ejecutarse 1 microsegundo, representa en la siguiente gráfica la evolución de voltaje aplicado al altavoz con respecto al tiempo: (ojo, la escala es en milisegundos) V t (mseg) 2. Si las siguientes tres instrucciones aparecen en cualquier programa. Qué finalidad crees que pueden tener? MOV [cont], [periodo] retardo1: SUB [cont], 1 JNZ retardo1 Qué crees que ocurriría si no se hubieran incluido estas 3 instrucciones? 3.- Qué realiza este programa? 4.- Qué podemos controlar mediante los valores introducidos en las variables: periodo: duración: 5.- Cuántas instrucciones en ensamblador ejecuta exactamente el programa? (contando repeticiones) 6.- Indica qué nuevas instrucciones has añadido para realizar el punto 7 de la práctica:

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