1929ttl.fm Seite 1 Sonntag, 10. März 2002 8:02 20 Das Assembler-Buch Grundlagen, Einführung und Hochsprachenoptimierung 1929ttl.fm Seite 2 Sonntag, 10. März 2002 8:02 20 Die Reihe Programmer’s Choice Von Profis für Profis Folgende Titel sind bereits erschienen: Bjarne Stroustrup Die C++-Programmiersprache 1072 Seiten, ISBN 3-8273-1660-X Elmar Warken Kylix – Delphi für Linux 1018 Seiten, ISBN 3-8273-1686-3 Don Box, Aaron Skonnard, John Lam Essential XML 320 Seiten, ISBN 3-8273-1769-X Elmar Warken Delphi 6 1334 Seiten, ISBN 3-8273-1773-8 Bruno Schienmann Kontinuierliches Anforderungsmanagement 392 Seiten, ISBN 3-8273-1787-8 Damian Conway Objektorientiertes Programmieren mit Perl 632 Seiten, ISBN 3-8273-1812-2 Ken Arnold, James Gosling, David Holmes Die Programmiersprache Java 628 Seiten, ISBN 3-8273-1821-1 Kent Beck, Martin Fowler Extreme Programming planen 152 Seiten, ISBN 3-8273-1832-7 Jens Hartwig PostgreSQL – professionell und praxisnah 456 Seiten, ISBN 3-8273-1860-2 Erich Gamma, Richard Helm, Ralph Johnson, John Vlissides Entwurfsmuster 480 Seiten, ISBN 3-8273-1862-9 Heinz-Gerd Raymans MySQL im Einsatz 618 Seiten, ISBN 3-8273-1887-4 Dusan Petkovic, Markus Brüderl Java in Datenbanksystemen 424 Seiten, ISBN 3-8273-1889-0 Joshua Bloch Effektiv Java programmieren 250 Seiten, ISBN 3-8273-1933-1 1929ttl.fm Seite 3 Sonntag, 10. März 2002 8:02 20 Trutz Eyke Podschun Das Assembler-Buch Grundlagen, Einführung und Hochsprachenoptimierung ADDISON-WESLEY An imprint of Pearson Education Deutschland GmbH München (cid:1) Boston (cid:1) San Francisco (cid:1) Harlow, England Don Mills, Ontario (cid:1) Sydney (cid:1) Mexico City Madrid (cid:1) Amsterdam 1929ttl.fm Seite 4 Sonntag, 10. März 2002 8:02 20 Die Deutsche Bibliothek – CIP-Einheitsaufnahme Ein Titeldatensatz für diese Publikation ist bei der Deutschen Bibliothek erhältlich. Die Informationen in diesem Produkt werden ohne Rücksicht auf einen eventuellen Patentschutz veröffentlicht. Warennamen werden ohne Gewährleistung der freien Verwendbarkeit benutzt. Bei der Zusammenstellung von Texten und Abbildungen wurde mit größter Sorgfalt vorgegangen. Trotzdem können Fehler nicht vollständig ausgeschlossen werden. Verlag, Herausgeber und Autoren können für fehlerhafte Angaben und deren Folgen weder eine juristische Verantwortung noch irgendeine Haftung übernehmen. Für Verbesserungsvorschläge und Hinweise auf Fehler sind Verlag und Herausgeber dankbar. Alle Rechte vorbehalten, auch die der fotomechanischen Wiedergabe und der Speicherung inelektronischen Medien. Die gewerbliche Nutzung der in diesem Produkt gezeigten Modelle und Arbeiten ist nicht zulässig. Fast alle Hardware- und Softwarebezeichnungen, die in diesem Buch erwähnt werden, sind gleichzeitig eingetragene Warenzeichen oder sollten als solche betrachtet werden. Umwelthinweis: Dieses Buch wurde auf chlorfrei gebleichtem Papier gedruckt. Die Einschrumpffolie – zum Schutz vor Verschmutzung – ist aus umweltverträglichem und recyclingfähigem PE-Material. 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 1929a14IVZ.fm Seite 5 Sonntag, 10. März 2002 8:03 20 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 1929a14IVZ.fm Seite 6 Sonntag, 10. März 2002 8:03 20 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 1929a14IVZ.fm Seite 7 Sonntag, 10. März 2002 8:03 20 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 1929a14IVZ.fm Seite 8 Sonntag, 10. März 2002 8:03 20 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 1929a14IVZ.fm Seite 9 Sonntag, 10. März 2002 8:03 20 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 1929a14IVZ.fm Seite 10 Sonntag, 10. März 2002 8:03 20 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