Программирование на языке ассемблера. Погружение в assembler

Когда вы пишете программу на ассемблере, вы просто пишете команды процессору. Команды процессору - это просто коды или коды операций или опкоды. Опкоды - фактически "читаемый текст"- версии шестнадцатеричных кодов. Из-за этого, ассемблер считается самым низкоуровневым языком программирования, все в ассемблере непосредственно преобразовывается в шестнадцатеричные коды. Другими словами, у вас нет компилятора, который преобразовывает язык высокого уровня в язык низкого уровня, ассемблер только преобразовывает коды ассемблера в данные.

В этом уроке мы обсудим несколько опкодов, которые имеют отношение к вычислению, поразрядным операциям, и т.д. Другие опкоды: команды перехода, сравнения и т.д, будут обсуждены позже.

Комментарии в ваших программах оставляются после точки с запятой. Точно также как в дельфи или си через //.

Числа в ассемблере могут представляться в двоичной, десятеричной или шестнадцатеричной системе. Для того, чтобы показать в какой системе использовано число надо поставить после числа букву. Для бинарной системы пишется буква b (пример: 0000010b, 001011010b), для десятеричной системы можно ничего не указывать после числа или указать букву d (примеры: 4589, 2356d), для шестнадцатеричной системы надо указывать букву h, шестнадцатеричное число надо обязательно писать с нулём в начале (примеры: 00889h, 0AC45h, 056Fh, неправильно F145Ch, С123h).

Самая первая команда будет хорошо всем известная MOV. Эта команда используется для копирования (не обращайте внимания на имя команды) значения из одного места в другое. Это "место" может быть регистр, ячейка памяти или непосредственное значение (только как исходное значение). Синтаксис команды:

Mov приемник, источник

Вы можете копировать значение из одного регистра в другой.

Mov edx, ecx

Вышеприведенная команда копирует содержание ecx в edx. Размер источника и приемника должны быть одинаковыми,

например: эта команда - НЕ допустима:

Mov al, ecx ; не правильно

Этот опкод пытается поместить DWORD (32-битное) значение в байт (8 битов). Это не может быть сделано mov командой (для этого есть другие команды).

А эти команды правильные, потому что у них источник и приемник не отличаются по размеру:

Mov al, bl mov cl, dl mov cx, dx mov ecx, ebx

Вы также можете получить значение из памяти и поместить эго в регистр. Для примера возьмем следующую схему памяти:

Значение смещения обозначено здесь как байт, но на самом деле это это - 32-разрядное значение. Возьмем для примера 3A, это также - 32-разрядное значение: 0000003Ah. Только, чтобы с экономить пространство, некоторые используют маленькие смещения.

Посмотрите на смещение 3A в таблице выше. Данные на этом смещении - 25, 7A, 5E, 72, EF, и т.д. Чтобы поместить значение со смещения 3A, например, в регистр, вы также используете команду mov:

Mov eax, dword ptr

Означает: поместить значение с размером DWORD (32-бита) из памяти со смещением 3Ah в регистр eax. После выполнения этой команды, eax будет содержать значение 725E7A25h. Возможно вы заметили, что это - инверсия того что находится в памяти: 25 7A 5E 72. Это потому, что значения сохраняются в памяти, используя формат little endian . Это означает, что самый младший байт сохраняется в наиболее значимом байте: порядок байтов задом на перед. Я думаю, что эти примеры покажут это:

• dword (32-бит) значение 10203040 шестнадцатиричное сохраняется в памяти как: 40, 30, 20, 10
• word (16-бит) значение 4050 шестнадцатиричное сохраняется в памяти как: 50, 40

Вернемся к примеру выше. Вы также можете это делать и с другими размерами:

Mov cl, byte ptr ; cl получит значение 0Dh mov dx, word ptr ; dx получит значение 7DEFh

Вы, наверное, уже поняли, что префикс ptr обозначает, что надо брать из памяти некоторый размер. А префикс перед ptr обозначает размер данных:

Byte - 1 байт Word - 2 байта Dword - 4 байта

Иногда размер можно не указывать:

Mov eax,

Так как eax - 32-разрядный регистр, ассемблер понимает, что ему также требуется 32-разрядное значение, в данном случае из памяти со смещением 403045h.

Можно также непосредственные значения:

Mov edx, 5006h

Эта команда просто запишет в регистр edx, значение 5006. Скобки, [ и ], используются, для получения значения из памяти (в скобках находится смещение), без скобок, это просто непосредственное значение.

Можно также использовать регистр как ячейку памяти (он должен быть 32-разрядным в 32-разрядных программах):

Mov eax, 403045h ; пишет в eax значение 403045 mov cx, ; помещает в регистр CX значение (размера word) из памяти; указанной в EAX (403045)

В mov cx, , процессор сначала смотрит, какое значение (= ячейке памяти) содержит eax, затем какое значение находится в той ячейке памяти, и помещает это значение (word, 16 бит, потому что приемник, cx, является 16-разрядным регистром) в CX.

Стековые операции - PUSH, POP. Перед тем, как рассказать вам о стековых операциях, я уже объяснял вам, что такое стек. Стек это область в памяти, на которую указывает регистр стека ESP. Стек это место для хранения адресов возврата и временных значений. Есть две команды, для размещения значения в стеке и извлечения его из стека: PUSH и POP. Команда PUSH размещает значение в стеке, т.е. помещает значение в ячейку памяти, на которую указывает регистр ESP, после этого значение регистра ESP увеличивается на 4. Команда Pop извлекает значение из стека, т.е. извлекает значение из ячейки памяти, на которую указывает регистр ESP, после этого уменьшает значение регистра ESP на 4. Значение, помещенное в стек последним, извлекается первым. При помещении значения в стек, указатель стека уменьшается, а при извлечении - увеличивается. Рассмотрим пример:

(1) mov ecx, 100 (2) mov eax, 200 (3) push ecx ; сохранение ecx (4) push eax (5) xor ecx, eax (6) add ecx, 400 (7) mov edx, ecx (8) pop ebx (9) pop ecx

• 1: поместить 100 в ecx
• 2: поместить 200 в eax
• 3: разместить значение из ecx (=100) в стеке (размещается первым)
• 4: разместить значение из eax (=200) в стеке (размещается последним)
• 5/6/7: выполнение операций над ecx, значение в ecx изменяется
• 8: извлечение значения из стека в ebx: ebx станет 200 (последнее размещение, первое извлечение)
• 9: извлечение значения из стека в ecx: ecx снова станет 100 (первое размещение, последнее извлечение)

Чтобы узнать, что происходит в памяти, при размещении и извлечении значений в стеке, см. на рисунок ниже:

(стек здесь заполнен нулями, но в действительности это не так, как здесь). ESP стоит в том месте, на которое он указывает)

Mov ax, 4560h push ax mov cx, FFFFh push cx pop edx edx теперь 4560FFFFh.

Вызов подпрограмм возврат из них - CALL, RET. Команда call передает управление ближней или дальней процедуре с запоминанием в стеке адреса точки возврата. Команда ret возвращает управление из процедуры вызывающей программе, адрес возврата получает из стека. Пример:

Code.. call 0455659 ..more code.. Код с адреса 455659: add eax, 500 mul eax, edx ret

Когда выполняется команда call, процессор передает управление на код с адреса 455659, и выполняет его до команды ret, а затем возвращает управление команде следующей за call. Код который вызывается командой call называется процедурой. Вы можете поместить код, который вы часто используете в процедуру и каждый раз когда он вам нужен вызывать его командой call.

Подробнее: команда call помещает регистр EIP (указатель на следующюю команду, которая должна быть выполнена) в стек, а команда ret извлекает его и передаёт управление этому адресу. Вы также можете определить аргументы, для вызываемой программы (процедуры). Это можно сделать через стек:

Push значение_1 push значение_2 call procedure

Внутри процедуры, аргументы могут быть прочитаны из стека и использованы. Локальные переменные, т.е. данные, которые необходимы только внутри процедуры, также могут быть сохранены в стеке. Я не буду подробно рассказывать об этом, потому, что это может быть легко сделано в ассемблерах MASM и TASM. Просто запомните, что вы можете делать процедуры и что они могут использовать параметры.

Одно важное замечание: регистр eax почти всегда используется для хранения результата процедуры.

Это также применимо к функциям windows. Конечно, вы можете использовать любой другой регистр в ваших собственных процедурах, но это стандарт.

Вот и кончился очередной урок. На следующем уроке мы напишем первую программу на ассемблере.

Оставить комментарий

Комментарии

стёк растёт в низ и чем он больше тем ESP меньше

То есть как то так?:
|| типа пустой стёк
V
| |ESP
| |6
| |5
| |4
| |3
| |2
| |1
| |0

После кода
push 0fh
push 0ffh

|| типа стёк
V
|0fh|7
|0ffh|6
| |ESP
| |4
| |3
| |2
| |1
| |0

Если это так то
какое значение имеет ESP когда стёк пуст?

ВНИМАНИЕ!

Все права на данную книгу принадлежат Полякову Андрею Валерьевичу. Никакая часть данной книги не может быть воспроизведена в какой бы то ни было форме без согласования с автором.

Информация, содержащаяся в данной книге, получена из источников, рассматриваемых автором как надёжные. Тем не менее, имея в виду возможные человеческие или технические ошибки, автор не может гарантировать абсолютную точность и полноту приводимых сведений и не несёт ответственности за возможные ошибки и ущерб, связанные с использованием этого документа.

1. РАЗРЕШЕНИЯ

Разрешается использование книги в ознакомительных и образовательных целях (только для личного использования). Разрешается бесплатное распространение книги.

2. ОГРАНИЧЕНИЯ

Запрещается использование книги в коммерческих целях (продажа, размещение на ресурсах с платным доступом и т.п.). Запрещается вносить изменения в текст книги. Запрещается присваивать авторство.

См. также ЛИЦЕНЗИОННОЕ СОГЛАШЕНИЕ .

Поляков А.В.

Ассемблер для чайников

ПРЕДИСЛОВИЕ

Ассемблер – это магическое слово взывает благоговейный трепет у начинающих программистов. Общаясь между собой, они обязательно говорят о том, что где-то у кого-то есть знакомый «чувак», который может читать исходные коды на языке ассемблера как книжный текст. При этом, как правило, язык ассемблера воспринимается как нечто недоступное простым смертным.

Отчасти это действительно так. Можно выучить несколько простых команд и даже написать какую-нибудь программку, но настоящим гуру (в любом деле) можно стать только в том случае, когда человек очень хорошо знает теоретические основы и понимает, что и зачем он делает.

Есть другая крайность – бывалые программисты на языках высокого уровня убеждены, что язык ассемблера – это пережиток прошлого. Да, средства разработки за последние 20 лет шагнули далеко вперёд. Теперь можно написать простенькую программу вообще не зная ни одного языка программирования. Однако не стоит забывать о таких вещах, как, например, микроконтроллеры. Да и в компьютерном программировании некоторые задачи проще и быстрее решить с помощью языка ассемблера.

Данная книга предназначена для тех, кто уже имеет навыки программирования на языке высокого уровня, но хотел бы перейти «ближе к железу» и разобраться с тем, как выполняются команды процессора, как происходит распределение памяти, как управляются разные «железяки» типа дисководов и т.п.

Книга разбита на несколько разделов. Первый раздел – быстрый старт. Здесь очень кратко описаны основные принципы программирования на языке Ассемблера, сами ассемблеры (компиляторы) и методы работы с ассемблерами. Если вы уверенно себя чувствуете в программировании на высоком уровне, но хотели бы освоить азы низкоуровневого программирования, то, быть может, вам будет достаточно прочитать только этот раздел.

Второй раздел описывает такие вещи, как системы исчисления, представления данных в памяти компьютера и т.п., то есть вещи, которые непосредственно к программированию не относятся, но без которых профессиональное программирование невозможно. Также во втором разделе более подробно рассматриваются общие принципы программирования на языке Ассемблера.

Остальные разделы описывают некоторые конкретные примеры программирования на языке Ассемблера, содержат справочные материалы и т.п.

Основы программирования вообще в этой книге не описаны, поэтому для начинающих настоятельно рекомендую ознакомиться с книгой Как стать программистом , где разъяснены «на пальцах» общие принципы программирования и подробно рассмотрены примеры создания простых программ от программ для компьютеров до программ для станков с ЧПУ.

ВВЕДЕНИЕ

Для начала разберёмся с терминологией.

Машинный код – система команд конкретной вычислительной машины (процессора), которая интерпретируется непосредственно процессором. Команда, как правило, представляет собой целое число, которое записывается в регистр процессора. Процессор читает это число и выполняет операцию, которая соответствует этой команде. Популярно это описано в книгеКак стать программистом .

Язык программирования низкого уровня (низкоуровневый язык программирования) – это язык программирования, максимально приближённый к программированию в машинных кодах. В отличие от машинных кодов, в языке низкого уровня каждой команде соответствует не число, а сокращённое название команды (мнемоника). Например, команда ADD – это сокращение от слова ADDITION (сложение). Поэтому использование языка низкого уровня существенно упрощает написание и чтение программ (по сравнению с программированием в машинных кодах). Язык низкого уровня привязан к конкретному процессору. Например, если вы написали программу на языке низкого уровня для процессора PIC, то можете быть уверены, что она не будет работать с процессором AVR.

Язык программирования высокого уровня – это язык программирования, максимально приближённый к человеческому языку (обычно к английскому, но есть языки программирования на национальных языках, например, язык 1С основан на русском языке). Язык высокого уровня практически не привязан ни к конкретному процессору, ни к операционной системе (если не используются специфические директивы).

Язык ассемблера – это низкоуровневый язык программирования, на котором вы пишите свои программы. Для каждого процессора существует свой язык ассемблера.

Ассемблер – это специальная программа, которая преобразует (ассемблирует, то есть собирает) исходные тексты вашей программы, написанной на языке ассемблера, в исполняемый файл (файл с расширением EXE или COM). Если быть точным, то для создания исполняемого файла требуются дополнительные программы, а не только ассемблер. Но об этом позже…

В большинстве случаев говорят «ассемблер», а подразумевают «язык ассемблера». Теперь вы знаете, что это разные вещи и так говорить не совсем правильно. Хотя все программисты вас поймут.

В отличие от языков высокого уровня, таких, как Паскаль , Бейсик и т.п., для КАЖДОГО АССЕМБЛЕРА существует СВОЙ ЯЗЫК АССЕМБЛЕРА. Это правило в корне отличает язык ассемблера от языков высокого уровня. Исходные тексты программы (или просто «исходники»), написанной на языке высокого уровня, вы в большинстве случаев можете откомпилировать разными компиляторами для разных процессоров и разных операционных систем. С ассемблерными исходниками это сделать будет намного сложнее. Конечно, эта разница почти не ощутима для разных ассемблеров, которые предназначены для одинаковых процессоров. Но в том то и дело, что для КАЖДОГО ПРОЦЕССОРА существует СВОЙ АССЕМБЛЕР и СВОЙ ЯЗЫК АССЕМБЛЕРА. В этом смысле программировать на языках высокого уровня гораздо проще. Однако за все удовольствия надо платить. В случае с языками высокого уровня мы можем столкнуться с такими вещами как больший размер исполняемого файла, худшее быстродействие и т.п.

В этой книге мы будем говорить только о программировании для компьютеров с процессорами Intel (или совместимыми). Для того чтобы на практике проверить приведённые

в книге примеры, вам потребуются следующие программы (или хотя бы некоторые из них):

1. Emu8086 . Хорошая программа, особенно для новичков. Включает в себя редактор исходного кода и некоторые другие полезные вещи. Работает в Windows, хотя программы пишутся под DOS. К сожалению, программа стоит денег (но оно того стоит))). Подробности см. на сайтеhttp://www.emu8086.com .

2. TASM – Турбо Ассемблер от фирмы Borland. Можно создавать программы как для DOS так и для Windows. Тоже стоит денег и в данный момент уже не поддерживается (да и фирмы Borland уже не существует). А вообще вещь хорошая.

3. MASM – Ассемблер от компании Microsoft (расшифровывается как МАКРО ассемблер, а не Microsoft Assembler, как думают многие непосвящённые). Пожалуй, самый популярный ассемблер для процессоров Intel. Поддерживается до сих пор. Условно бесплатная программа. То есть, если вы будете покупать её отдельно, то она будет стоить денег. Но она доступна бесплатно подписчикам MSDN и входит в пакет программ Visual Studio от Microsoft.

4. WASM – ассемблер от компании Watcom. Как и все другие, обладает преимуществами и недостатками.

5. Debug - обладает скромными возможностями, но имеет большой плюс - входит в стандартный набор Windows. Поищите ее в папке WINDOWS\COMMAND или WINDOWS\SYSTEM32. Если не найдете, тогда в других папках каталога WINDOWS.

6. Желательно также иметь какой-нибудь шестнадцатеричный редактор . Не помешает и досовский файловый менеджер, например Волков Коммандер (VC) или Нортон Коммандер (NC). С их помощью можно также посмотреть шестнадцатеричные коды файла, но редактировать нельзя. Бесплатных шестнадцатеричных редакторов в Интернете довольно много. Вот один из них:McAfee FileInsight v2.1 . Этот же редактор можно использовать для работы с исходными текстами программ. Однако мне больше нравится делать это с помощью следующего редактора:

7. Текстовый редактор . Необходим для написания исходных текстов ваших программ. Могу порекомендовать бесплатный редакторPSPad , который поддерживает множество языков программирования, в том числе и язык Ассемблера.

Все представленные в этой книге программы (и примеры программ) проверены на работоспособность. И именно эти программы используются для реализации примеров программ, приведённых в данной книге.

И еще – исходный код, написанный, например для Emu8086, будет немного отличаться от кода, написанного, например, для TASM. Эти отличия будут оговорены.

Большая часть программ, приведённых в книге, написана для MASM. Во-первых, потому что этот ассемблер наиболее популярен и до сих пор поддерживается. Во-вторых, потому что он поставляется с MSDN и с пакетом программ Visual Studio от Microsoft. Ну и в третьих, потому что я являюсь счастливым обладателем лицензионной копии MASM.

Если же у вас уже есть какой-либо ассемблер, не вошедший в перечисленный выше список, то вам придётся самостоятельно разобраться с его синтаксисом и почитать руководство пользователя, чтобы научиться правильно с ним работать. Но общие рекомендации, приведённые в данной книге, будут справедливы для любых (ну или почти для любых) ассемблеров.

Немного о процессорах

Процессор – это мозг компьютера. Физически это специальная микросхема с несколькими сотнями выводов, которая вставляется в материнскую плату. Если вы с трудом представляете себе, что это такое, рекомендую ознакомиться со статьёй Чайникам о компьютерах .

Процессоров существует довольно много даже в мире компьютеров. Но кроме компьютеров ещё есть телевизоры, стиральные машины, кондиционеры, системы управления двигателями внутреннего сгорания и т.п., где также очень широко используются процессоры (микропроцессоры, микроконтроллеры).

Каждый процессор обладает своим набором регистров. Регистры процессора – это такие специальные ячейки памяти, которые находятся непосредственно в микросхеме процессора. Регистры используются для разных целей (более подробно о регистрах будет написано ниже).

Каждый процессор имеет свой набор команд. Команда процессора записывается в определённый регистр, и тогда процессор выполняет эту команду. О командах процессора и регистрах мы будем говорить много и часто на протяжении всей книги. Для начинающих рекомендую книгу Как стать программистом , где в самых общих чертах, но зато понятным языком рассказано о принципах выполнения программы компьютером.

Что такое команда с точки зрения процессора? Это просто число. Однако современные процессоры могут иметь несколько сотен команд. Запомнить все их будет сложно. Как же тогда писать программы? Для упрощения работы программиста был придуман язык Ассемблера , где каждой команде соответствует мнемонический код. Например, число4 соответствует мнемоникеADD . Иногда язык ассемблера ещё называют языком мнемонических команд.

1. БЫСТРЫЙ СТАРТ

1.1. Первая программа

Обычно в качестве первого примера приводят программу, которая выводит на экран строку «Hello World!». Однако для человека, который только начал изучать Ассемблер, такая программа будет слишком сложной (вы будете смеяться, но это действительно так – особенно в условиях отсутствия доходчивой информации). Поэтому наша первая программа будет еще проще – мы выведем на экран только один символ – английскую букву «A». И вообще – если вы уж решили стать программистом – срочно установите по умолчанию английскую раскладку клавиатуры. Тем более что некоторые ассемблеры и компиляторы не воспринимают русские буквы. Итак, наша первая программа будет выводить на экран английскую букву «А». Далее мы рассмотрим создание такой программы с использованием различных ассемблеров.

Если вы скачали и установили эмулятор процессора 8086 (см. раздел «ВВЕДЕНИЕ »), то вы можете использовать его для создания ваших первых программ на языке ассемблера. На текущий момент (ноябрь 2011 г) доступна версия программы 4.08. Справку на русском языке вы можете найти здесь:http://www.avprog.narod.ru/progs/emu8086/help.html .

Программа Emu8086 платная. Однако в течение 30 дней вы можете использовать её для ознакомления бесплатно.

Итак, вы скачали и установили программу Emu8086 на свой компьютер. Запускаем её и создаём новый файл через меню FILE – NEW – COM TEMPLATE (Файл – Новый – Шаблон файла COM). В редакторе исходного кода после этого мы увидим следующее:

Рис. 1.1. Создание нового файла в Emu8086.

Здесь надо отметить, что программы, создаваемые с помощью Ассемблеров для компьютеров под управлением Windows, бывают двух типов: COM и EXE. Отличия между этими файлами мы рассмотрим позже, а пока вам достаточно знать, что на первое время мы будем создавать исполняемые файлы с расширением COM, так как они более простые.

После создания файла в Emu8086 описанным выше способом в редакторе исходного кода вы увидите строку «add your code hear» - «добавьте ваш код здесь» (рис. 1.1). Эту строку мы удаляем и вставляем вместо неё следующий текст:

Таким образом, полный текст программы будет выглядеть так:

Кроме этого в верхней части ещё имеются комментарии (на рис. 1.1 – это текст зелёного цвета). Комментарий в языке Ассемблера начинается с символа ; (точка с запятой) и продолжается до конца строки. Если вы не знаете, что такое комментарии и зачем они нужны, см. книгуКак стать программистом . Как я уже говорил, здесь мы не будем растолковать азы программирования, так как книга, которую вы сейчас читаете, рассчитана на людей, знакомых с основами программирования.

Также отметим, что регистр символов в языке ассемблера роли не играет. Вы можете написать RET ,ret илиRet – это будет одна и та же команда.

Вы можете сохранить этот файл куда-нибудь на диск. Но можете и не сохранять. Чтобы выполнить программу, нажмите кнопку EMULATE (с зелёным треугольником) или клавишу F5. Откроется два окна: окно эмулятора и окно исходного кода (рис. 1.2).

В окне эмулятора отображаются регистры и находятся кнопки управления программой. В окне исходного кода отображается исходный текст вашей программы, где подсвечивается строка, которая выполняется в данный момент. Всё это очень удобно для изучения и отладки программ. Но нам это пока не надо.

В окне эмулятора вы можете запустить вашу программу на выполнение целиком (кнопка RUN) либо в пошаговом режиме (кнопка SINGLE STEP). Пошаговый режим удобен для отладки. Ну а мы сейчас запустим программу на выполнение кнопкой RUN. После этого (если вы не сделали ошибок в тексте программы) вы увидите сообщение о завершении программы (рис. 1.3). Здесь вам сообщают о том, что программа передала управление операционной системе, то есть программа была успешно завершена. Нажмите кнопку ОК в этом окне и вы увидите, наконец, результат работы вашей первой программы на языке ассемблера (рис.

Рис. 1.2. Окно эмулятора Emu8086.

Рис. 1.3. Сообщение о завершении программы.

Рис. 1.4. Ваша первая программа выполнена.

Эту идею мы вынашивали долго. Наверное, несколько лет мы штурмовали ее со всех сторон, и всякий раз нам что-нибудь мешало. С одной стороны, ассемблер - это круто настолько, насколько вообще может быть круто для нашего читателя-хакера (крякера, реверсера) умение общаться с компьютером на его языке. С другой стороны - актуальных руководств по асму, в том числе издания этого века, достаточно, а времена нынче либеральные, веб-хакеры и любители JS могут нас не понять и не одобрить. 🙂 Точку в споре физиков, лириков, старообрядцев, никониан, веб-хакеров и тру-крякеров поставил успех . Оказалось, что сейчас, в XXI веке, тру-крякеры все еще не сдали своих позиций и нашим читателям это интересно!

Но что такое программирование само по себе по своей сути, вне зависимости от какого-либо языка? Разнообразие ответов поражает. Наиболее часто можно услышать такое определение: программирование - это составление инструкций или команд для последовательного исполнения их машиной с целью решить ту или иную задачу. Такой ответ вполне справедлив, но, на мой взгляд, не отражает всей полноты, как если бы мы назвали литературу составлением из слов предложений для последовательного прочтения их читателем. Я склонен полагать, что программирование ближе к творчеству, к искусству. Как любой вид искусства - выражение творческой мысли, идеи, программирование представляет собой отражение человеческой мысли. Мысль же бывает и гениальная, и совершенно посредственная.

Но, каким бы видом программирования мы ни занимались, успех зависит от практических навыков вкупе со знанием фундаментальных основ и теории. Теория и практика, изучение и труд - вот краеугольные камни, на которых основывается успех.

В последнее время ассемблер незаслуженно находится в тени других языков. Обусловлено это глобальной коммерциализацией, направленной на то, чтобы в максимально короткие сроки получить как можно большую прибыль от продукта. Иными словами, массовость взяла верх над элитарностью. А ассемблер, по моему мнению, ближе к последнему. Гораздо выгоднее в сравнительно небольшие сроки поднатаскать ученика в таких, например, языках, как С++, С#, PHP, Java, JavaScript, Python, чтобы он был более-менее способен создавать ширпотребный софт, не задаваясь вопросами, зачем и почему он так делает, чем выпустить хорошего специалиста по ассемблеру. Примером тому служит обширнейший рынок всевозможных курсов по программированию на любом языке, за исключением ассемблера. Та же тенденция прослеживается как в преподавании в вузах, так и в учебной литературе. В обоих случаях вплоть до сегодняшнего дня большая часть материала базируется на ранних процессорах серии 8086, на так называемом «реальном» 16-битном режиме работы, операционной среде MS-DOS! Возможно, что одна из причин в том, что, с одной стороны, с появлением компьютеров IBM PC преподавателям пришлось перейти именно на эту платформу из-за недоступности других. А с другой стороны, по мере развития линейки 80х86 возможность запуска программ в режиме DOS сохранялась, что позволяло сэкономить деньги на приобретение новых учебных компьютеров и составление учебников для изучения архитектуры новых процессоров. Однако сейчас такой выбор платформы для изучения совершенно неприемлем. MS-DOS как среда выполнения программ безнадежно устарела уже к середине девяностых годов, а с переходом к 32-битным процессорам, начиная с процессора 80386, сама система команд стала намного более логичной. Так что бессмысленно тратить время на изучение и объяснение странностей архитектуры реального режима, которые заведомо никогда уже не появятся ни на одном процессоре.

Что касается выбора операционной среды для изучения ассемблера, то, если говорить о 32-битной системе команд, выбор сравнительно невелик. Это либо операционные системы Windows, либо представители семейства UNIX.

Также следует сказать несколько слов о том, какой именно ассемблер выбрать для той или другой операционной среды. Как известно, для работы с процессорами х86 используются два типа синтаксиса ассемблера - это синтаксис AT&T и синтаксис Intel. Эти синтаксисы представляют одни и те же команды совершенно по-разному. Например, команда в синтаксисе Intel выглядит так:

Mov eax,ebx

В синтаксисе же AT&T уже будет иной вид:

Movl %eax,%ebx

В среде ОС UNIX более популярен синтаксис типа AT&T, однако учебных пособий по нему нет, он описывается исключительно в справочной и технической литературе. Поэтому логично выбрать ассемблер на основе синтаксиса Intel. Для UNIX-систем есть два основных ассемблера - это NASM (Netwide Assembler) и FASM (Flat Assembler). Для линейки Windows популярностью пользуются FASM и MASM (Macro Assembler) от фирмы Microsoft, и также существовал еще TASM (Turbo Assembler) фирмы Borland, которая уже довольно давно отказалась от поддержки собственного детища.

В данном цикле статей изучение будем вести в среде Windows на основе языка ассемблера MASM (просто потому, что он мне нравится больше). Многие авторы на начальном этапе изучения ассемблера вписывают его в оболочку языка си, исходя из тех соображений, что перейти к практическим примерам в операционной среде якобы довольно трудно: нужно знать и основы программирования в ней, и команды процессора. Однако и такой подход требует хоть мало-мальских начатков знаний в языке си. Данный же цикл статей от самого своего начала будет сосредоточен только на самом ассемблере, не смущая читателя ничем иным, ему непонятным, хотя в дальнейшем и будет прослеживаться связь с другими языками.

Следует отметить, что при изучении основ программирования, и это касается не только программирования на ассемблере, крайне полезно иметь представление о культуре консольных приложений. И совершенно нежелательно начинать обучение сразу же с создания окошечек, кнопочек, то есть с оконных приложений. Бытует мнение, что консоль - архаичный пережиток прошлого. Однако это не так. Консольное приложение почти лишено всякой внешней зависимости от оконной оболочки и сосредоточено главным образом на выполнении конкретно поставленной задачи, что дает прекрасную возможность, не отвлекаясь ни на что другое, концентрировать внимание на изучении базовых основ как программирования, так и самого ассемблера, включая знакомство с алгоритмами и их разработку для решения практических задач. И к тому моменту, когда настанет время перейти к знакомству с оконными приложениями, за плечами уже будет внушительный запас знаний, ясное представление о работе процессора и, самое главное, осознание своих действий: как и что работает, зачем и почему.

Что такое ассемблер?

Само слово ассемблер (assembler) переводится с английского как «сборщик». На самом деле так называется программа-транслятор, принимающая на входе текст, содержащий условные обозначения машинных команд, удобные для человека, и переводящая эти обозначения в последовательность соответствующих кодов машинных команд, понятных процессору. В отличие от машинных команд, их условные обозначения, называемые также мнемониками , запомнить сравнительно легко, так как они представляют собой сокращения от английских слов. В дальнейшем мы будем для простоты именовать мнемоники ассемблерными командами. Язык условных обозначений и называется языком ассемблера .

На заре компьютерной эры первые ЭВМ занимали целые комнаты и весили не одну тонну, имея объем памяти с воробьиный мозг, а то и того меньше. Единственным способом программирования в те времена было вбивать программу в память компьютера непосредственно в цифровом виде, переключая тумблеры, проводки и кнопочки. Число таких переключений могло достигать нескольких сотен и росло по мере усложнения программ. Встал вопрос об экономии времени и денег. Поэтому следующим шагом в развитии стало появление в конце сороковых годов прошлого века первого транслятора-ассемблера, позволяющего удобно и просто писать машинные команды на человеческом языке и в результате автоматизировать весь процесс программирования, упростить, ускорить разработку программ и их отладку. Затем появились языки высокого уровня и компиляторы (более интеллектуальные генераторы кода с более понятного человеку языка) и интерпретаторы (исполнители написанной человеком программы на лету). Они совершенствовались, совершенствовались - и, наконец, дошло до того, что можно просто программировать мышкой.

Таким образом, ассемблер - это машинно ориентированный язык программирования, позволяющий работать с компьютером напрямую, один на один. Отсюда и его полная формулировка - язык программирования низкого уровня второго поколения (после машинного кода). Команды ассемблера один в один соответствуют командам процессора, но поскольку существуют различные модели процессоров со своим собственным набором команд, то, соответственно, существуют и разновидности, или диалекты, языка ассемблера. Поэтому использование термина «язык ассемблера» может вызвать ошибочное мнение о существовании единого языка низкого уровня или хотя бы стандарта на такие языки. Его не существует. Поэтому при именовании языка, на котором написана конкретная программа, необходимо уточнять, для какой архитектуры она предназначена и на каком диалекте языка написана. Поскольку ассемблер привязан к устройству процессора, а тип процессора жестко определяет набор доступных команд машинного языка, то программы на ассемблере не переносимы на иную компьютерную архитектуру.

Поскольку ассемблер всего лишь программа, написанная человеком, ничто не мешает другому программисту написать свой собственный ассемблер, что часто и происходит. На самом деле не так уж важно, язык какого именно ассемблера изучать. Главное - понять сам принцип работы на уровне команд процессора, и тогда не составит труда освоить не только другой ассемблер, но и любой другой процессор со своим набором команд.

Синтаксис

Общепринятого стандарта для синтаксиса языков ассемблера не существует. Однако большинство разработчиков языков ассемблера придерживаются общих традиционных подходов. Основные такие стандарты - Intel-синтаксис и AT&T-синтаксис .

Общий формат записи инструкций одинаков для обоих стандартов:

[метка:] опкод [операнды] [;комментарий]

Опкод - это и есть собственно ассемблерная команда, мнемоника инструкции процессору. К ней могут быть добавлены префиксы (например, повторения, изменения типа адресации). В качестве операндов могут выступать константы, названия регистров, адреса в оперативной памяти и так далее. Различия между стандартами Intel и AT&T касаются в основном порядка перечисления операндов и их синтаксиса при разных методах адресации.

Используемые команды обычно одинаковы для всех процессоров одной архитектуры или семейства архитектур (среди широко известных - команды процессоров и контроллеров Motorola, ARM, x86). Они описываются в спецификации процессоров.

На сегодняшний день существует огромное количество языков программирования высокого уровня. На их фоне программирование на низкоуровневом языке - ассемблере - может на первый взгляд показаться чем-то устаревшим и нерациональным. Однако это только кажется. Следует признать, что ассемблер фактически является языком процессора, а значит, без него не обойтись, пока существуют процессоры. Основными достоинствами программирования на ассемблере являются максимальное быстродействие и минимальный размер получаемых программ.

Недостатки зачастую обусловлены лишь склонностью современного рынка к предпочтению количества качеству. Современные компьютеры способны легко справиться с нагромождением команд высокоуровневых функций, а если нелегко - будьте добры обновите аппаратную часть вашей машины! Таков закон коммерческого программирования. Если же речь идет о программировании для души, то компактная и шустрая программа, написанная на ассемблере, оставит намного более приятное впечатление, нежели высокоуровневая громадина, обремененная кучей лишних операций. Бытует мнение, что программировать на ассемблере могут только избранные. Это неправда. Конечно, талантливых программистов-ассемблерщиков можно пересчитать по пальцам, но ведь так обстоит дело практически в любой сфере человеческой деятельности. Не так уж много найдется водителей-асов, но научиться управлять автомобилем сумеет каждый - было бы желание. Ознакомившись с данным циклом статей, вы не станете крутым хакером. Однако вы получите общие сведения и научитесь простым способам программирования на ассемблере для Windows, используя ее встроенные функции и макроинструкции компилятора. Естественно, для того, чтобы освоить программирование для Windows, вам необходимо иметь навыки и опыт работы в Windows. Сначала вам будет многое непонятно, но не расстраивайтесь из- за этого и читайте дальше: со временем все встанет на свои места.

Итак, для того, чтобы начать программировать, нам как минимум понадобится компилятор. Компилятор - это программа, которая переводит исходный текст, написанный программистом, в исполняемый процессором машинный код. Основная масса учебников по ассемблеру делает упор на использование пакета MASM32 (Microsoft Macro Assembler). Но я в виде разнообразия и по ряду других причин буду знакомить вас с молодым стремительно набирающим популярность компилятором FASM (Flat Assembler). Этот компилятор достаточно прост в установке и использовании, отличается компактностью и быстротой работы, имеет богатый и емкий макросинтаксис, позволяющий автоматизировать множество рутинных задач. Его последнюю версию вы можете скачать по адресу: сайт выбрав flat assembler for Windows. Чтобы установить FASM, создайте папку, например, "D:\FASM" и в нее распакуйте содержимое скачанного zip-архива. Запустите FASMW.EXE и закройте, ничего не изменяя. Кстати, если вы пользуетесь стандартным проводником, и у вас не отображается расширение файла (например, .EXE), рекомендую выполнить Сервис -> Свойства папки -> Вид и снять птичку с пункта Скрывать расширения для зарегистрированных типов файлов. После первого запуска компилятора в нашей папке должен появиться файл конфигурации - FASMW.INI. Откройте его при помощи стандартного блокнота и допишите в самом низу 3 строчки:

Fasminc=D:\FASM\INCLUDE
Include=D:\FASM\INCLUDE

Если вы распаковали FASM в другое место - замените "D:\FASM\" на свой путь. Сохраните и закройте FASMW.INI. Забегая вперед, вкратце объясню, как мы будем пользоваться компилятором:
1. Пишем текст программы, или открываем ранее написанный текст, сохраненный в файле.asm, или вставляем текст программы из буфера обмена комбинацией.
2. Жмем F9, чтобы скомпилировать и запустить программу, или Ctrl+F9, чтобы только скомпилировать. Если текст программы еще не сохранен - компилятор попросит сохранить его перед компиляцией.
3. Если программа запустилась, тестируем ее на правильность работы, если нет - ищем ошибки, на самые грубые из которых компилятор нам укажет или тонко намекнет.
Ну, а теперь мы можем приступить к долгожданной практике. Запускаем наш FASMW.EXE и набираем в нем код нашей первой программы:

Include "%fasminc%/win32ax.inc"

Data
Caption db "Моя первая программа.",0
Text db "Всем привет!",0

Code
start:

invoke ExitProcess,0

Жмем Run -> Run, или F9 на клавиатуре. В окне сохранения указываем имя файла и папку для сохранения. Желательно привыкнуть сохранять каждую программу в отдельную папку, чтобы не путаться в будущем, когда при каждой программе может оказаться куча файлов: картинки, иконки, музыка и прочее. Если компилятор выдал ошибку, внимательно перепроверьте указанную им строку - может, запятую пропустили или пробел. Также необходимо знать, что компилятор чувствителен к регистру, поэтому.data и.Data воспринимаются как две разные инструкции. Если же вы все правильно сделали, то результатом будет простейший MessageBox (рис. 1). Теперь давайте разбираться, что же мы написали в тексте программы. В первой строке директивой include мы включили в нашу программу большой текст из нескольких файлов. Помните, при установке мы прописывали в фасмовский ини-файл 3 строчки? Теперь %fasminc% в тексте программы означает D:\FASM\INCLUDE или тот путь, который указали вы. Директива include как бы вставляет в указанное место текст из другого файла. Откройте файл WIN32AX.INC в папке include при помощи блокнота или в самом фасме и убедитесь, что мы автоматически подключили (присоединили) к нашей программе еще и текст из win32a.inc, macro/if.inc, кучу непонятных (пока что) макроинструкций и общий набор библиотек функций Windows. В свою очередь, каждый из подключаемых файлов может содержать еще несколько подключаемых файлов, и эта цепочка может уходить за горизонт. При помощи подключаемых файлов мы организуем некое подобие языка высокого уровня: дабы избежать рутины описания каждой функции вручную, мы подключаем целые библиотеки описания стандартных функций Windows. Неужели все это необходимо такой маленькой программе? Нет, это - что-то вроде "джентльменского набора на все случаи жизни". Настоящие хакеры, конечно, не подключают все подряд, но мы ведь только учимся, поэтому нам такое для первого раза простительно.

Далее у нас обозначена секция данных - .data. В этой секции мы объявляем две переменные - Caption и Text. Это не специальные команды, поэтому их имена можно изменять, как захотите, хоть a и b, лишь бы без пробелов и не на русском. Ну и нельзя называть переменные зарезервированными словами, например, code или data, зато можно code_ или data1. Команда db означает "определить байт" (define byte). Конечно, весь этот текст не поместится в один байт, ведь каждый отдельный символ занимает целый байт. Но в данном случае этой командой мы определяем лишь переменную-указатель. Она будет содержать адрес, в котором хранится первый символ строки. В кавычках указывается текст строки, причем кавычки по желанию можно ставить и "такие", и "такие" - лишь бы начальная кавычка была такая же, как и конечная. Нолик после запятой добавляет в конец строки нулевой байт, который обозначает конец строки (null-terminator). Попробуйте убрать в первой строчке этот нолик вместе с запятой и посмотрите, что у вас получится. Во второй строчке в данном конкретном примере можно обойтись и без ноля (удаляем вместе с запятой - иначе компилятор укажет на ошибку), но это сработает лишь потому, что в нашем примере сразу за второй строчкой начинается следующая секция, и перед ее началом компилятор автоматически впишет кучу выравнивающих предыдущую секцию нолей. В общих случаях ноли в конце текстовых строк обязательны! Следующая секция - секция исполняемого кода программы - .code. В начале секции стоит метка start:. Она означает, что именно с этого места начнет исполняться наша программа. Первая команда - это макроинструкция invoke. Она вызывает встроенную в Windows API-функцию MessageBox. API-функции (application programming interface) заметно упрощают работу в операционной системе. Мы как бы просим операционную систему выполнить какое-то стандартное действие, а она выполняет и по окончании возвращает нам результат проделанной работы. После имени функции через запятую следуют ее параметры. У функции MessageBox параметры такие:

1-й параметр должен содержать хэндл окна-владельца. Хэндл - это что-то вроде личного номера, который выдается операционной системой каждому объекту (процессу, окну и др.). 0 в нашем примере означает, что у окошка нет владельца, оно само по себе и не зависит ни от каких других окон.
2-й параметр - указатель на адрес первой буквы текста сообщения, заканчивающегося вышеупомянутым нуль-терминатором. Чтобы наглядно понять, что это всего лишь адрес, сместим этот адрес на 2 байта прямо в вызове функции: invoke MessageBox,0,Text+2,Caption,MB_OK и убедимся, что теперь текст будет выводиться без первых двух букв.
3-й - указатель адреса первой буквы заголовка сообщения.
4-й - стиль сообщения. Со списком этих стилей вы можете ознакомиться, например, в INCLUDE\EQUATES\ USER32.INC. Для этого вам лучше будет воспользоваться поиском в Блокноте, чтобы быстро найти MB_OK и остальные. Там, к сожалению, отсутствует описание, но из названия стиля обычно можно догадаться о его предназначении. Кстати, все эти стили можно заменить числом, означающим тот, иной, стиль или их совокупность, например: MB_OK + MB_ICONEXCLAMATION. В USER32.INC указаны шестнадцатеричные значения. Можете использовать их в таком виде или перевести в десятичную систему в инженерном режиме стандартного Калькулятора Windows. Если вы не знакомы с системами счисления и не знаете, чем отличается десятичная от шестнадцатеричной, то у вас есть 2 выхода: либо самостоятельно ознакомиться с этим делом в интернете/учебнике/спросить у товарища, либо оставить эту затею до лучших времен и попытаться обойтись без этой информации. Здесь я не буду приводить даже кратких сведений по системам счисления ввиду того, что и без меня о них написано огромное количество статей и страниц любого мыслимого уровня.

Вернемся к нашим баранам. Некоторые стили не могут использоваться одновременно - например, MB_OKCANCEL и MB_YESNO. Причина в том, что сумма их числовых значений (1+4=5) будет соответствовать значению другого стиля - MB_RETRYCANCEL. Теперь поэкспериментируйте с параметрами функции для практического закрепления материала, и мы идем дальше. Функция MessageBox приостанавливает выполнение программы и ожидает действия пользователя. По завершении функция возвращает программе результат действия пользователя, и программа продолжает выполняться. Вызов функции ExitProcess завершает процесс нашей программы. Эта функция имеет лишь один параметр - код завершения. Обычно, если программа нормально завершает свою работу, этот код равен нулю. Чтобы лучше понять последнюю строку нашего кода - .end start, - внимательно изучите эквивалентный код: format PE GUI 4.0

include "%fasminc%/win32a.inc"

section ".data" data readable writeable

Caption db "Наша первая программа.",0
Text db "Ассемблер на FASM - это просто!",0

section ".code" code readable executable
start:
invoke MessageBox,0,Text,Caption,MB_OK
invoke ExitProcess,0

section ".idata" import data readable writeable
library KERNEL32, "KERNEL32.DLL",\
USER32, "USER32.DLL"

import KERNEL32,\
ExitProcess, "ExitProcess"

import USER32,\
MessageBox, "MessageBoxA"

Для компилятора он практически идентичен предыдущему примеру, но для нас этот текст выглядит уже другой программой. Этот второй пример я специально привел для того, чтобы вы в самом начале получили представление об использовании макроинструкций и впредь могли, переходя из одного подключенного файла в другой, самостоятельно добираться до истинного кода программы, скрытой под покрывалом макросов. Попробуем разобраться в отличиях. Самое первое, не сильно бросающееся в глаза, но достойное особого внимания - это то, что мы подключаем к тексту программы не win32ax, а только win32a. Мы отказались от большого набора и ограничиваемся малым. Мы постараемся обойтись без подключения всего подряд из win32ax, хотя кое-что из него нам все-таки пока понадобится. Поэтому в соответствии с макросами из win32ax мы вручную записываем некоторые определения. Например, макрос из файла win32ax:
macro .data { section ".data" data readable writeable }

во время компиляции автоматически заменяет.data на section ".data" data readable writeable. Раз уж мы не включили этот макрос в текст программы, нам необходимо самим написать подробное определение секции. По аналогии вы можете найти причины остальных видоизменений текста программы во втором примере. Макросы помогают избежать рутины при написании больших программ. Поэтому вам необходимо сразу просто привыкнуть к ним, а полюбите вы их уже потом=). Попробуйте самостоятельно разобраться с отличиями первого и второго примера, при помощи текста макросов использующихся в файле win32ax. Скажу еще лишь, что в кавычках можно указать любое другое название секции данных или кода - например: section "virus" code readable executable. Это просто название секции, и оно не является командой или оператором. Если вы все уяснили, то вы уже можете написать собственный вирус. Поверьте, это очень легко. Просто измените заголовок и текст сообщения:
Caption db "Опасный Вирус.",0

Text db "Здравствуйте, я - особо опасный вирус-троян и распространяюсь по интернету.",13,\
"Поскольку мой автор не умеет писать вирусы, приносящие вред, вы должны мне помочь.",13,\
"Сделайте, пожалуйста, следующее:",13,\
"1.Сотрите у себя на диске каталоги C:\Windows и C:\Program files",13,\
"2.Отправьте этот файл всем своим знакомым",13,\
"Заранее благодарен.",0

Число 13 - это код символа "возврат каретки" в майкрософтовских системах. Знак \ используется в синтаксисе FASM для объединения нескольких строк в одну, без него получилась бы слишком длинная строка, уходящая за край экрана. К примеру, мы можем написать start:, а можем - и st\
ar\
t:

Компилятор не заметит разницы между первым и вторым вариантом.
Ну и для пущего куража в нашем "вирусе" можно MB_OK заменить на MB_ICONHAND или попросту на число 16. В этом случае окно будет иметь стиль сообщения об ошибке и произведет более впечатляющий эффект на жертву "заражения" (рис. 2).

Вот и все на сегодня. Желаю вам успехов и до новых встреч!
Все приводимые примеры были протестированы на правильность работы под Windows XP и, скорее всего, будут работать под другими версиями Windows, однако я не даю никаких гарантий их правильной работы на вашем компьютере. Исходные тексты программ вы можете найти на форуме.

Написание ОС-загрузчиков, драйверов, переписывание области памяти и другие задачи по работе с ЭВМ реализовываются с помощью ассемблера. Выбранные книги по ассемблеру помогут понять принцип работы машинно-ориентированного языка и освоить его.

1. Ревич Ю. – Практическое программирование микроконтроллеров Atmel AVR на языке ассемблера, 2014 г.

«Свежая кровь» в области программирования микроконтроллеров. Подробно изложены особенности Atmel AVR, есть перечень команд и готовые рецепты – ассемблер на примерах. Хорошая вещь для радиолюбителей и инженерно-технических работников, хотя подойдет и начинающим кодерам: затронуты история, семейства и возможности МК AVR. Стоит отметить, что введение лаконичное, быстро перетекающее в суть, поэтому сетовать на лирику не придется.

2. Калашников О. – Ассемблер – это просто. Учимся программировать, 2011 г.

Настоящее раздолье для новичков, которые еще гуглят базовую терминологию и ищут ассемблер учебник. Это он и есть. Помимо ознакомления с языком и первых программ, также затронуты болевые точки – прерывания: штука несложная, но поначалу тяжелая для восприятия. С каждой главой ассемблер уроки усложняются, и на выходе читатель сможет писать программы на ассемблере, оптимизировать их, работать с вирусами, антивирусами, памятью и файловыми системами.

3. Аблязов Р. – Программирование на ассемблере на платформе x86-64, 2011 г.

Акцент делается на работе процессора в защищенном режиме и long mode. Это незаменимая база для программирования в Win32 и Win64, которая затрагивает команды ассемблера, прерывания, механизмы трансляции и защиты с учетом режимных отличий. Рассматривается разработка оконных приложений и драйверов. Данный ассемблер учебник подойдет начинающим кодерам и тем, кто сразу перешел к программированию на ассемблере, но плохо разобрался в аппаратной платформе x86-64.

4. Столяров А. – Программирование на языке ассемблера NASM для ОС Unix, 2011 г.

Начиная терминологией и заканчивая взаимодействием с ОС, это без преувеличений одно из лучших учебных пособий. Для тех, кто стремится освоить программирование на ассемблере, но при этом не хочет перегружать книжные полки, достаточно этого учебника. Подробно расписан синтаксис языка ассемблера NASM, затронуты регистры и память, операции различной сложности, команды, а также приведены примеры.