programación en lenguaje ensamblador con NASM

Lenguaje Ensamblador: Guia práctica ...............................................................................................2 ¿QUÉ NECESITO? ...............................................................................................................................2 ¿QUÉ HAGO CON TODOS LOS RECURSOS QUE NECESITO? ..............................................................3 ¡A PROGRAMAR! ...............................................................................................................................7 1. Hola mundo ...............................................................................................................................7 2. Plantilla básica .........................................................................................................................10 3. Ensamblando y enlazando con C: ejemplo mcd ......................................................................12 4. Generando números aleatorios...............................................................................................16 5. Encontrando números primos .................................................................................................19 6. Manipulación de bits: desplazando y alternando ...................................................................33 7. Operaciones booleanas: and, or, xor, not ...............................................................................48 8. Elección sin árbol: escoger número más grande .....................................................................54 9. Arreglos: definiendo y manejando direcciones.......................................................................57 10. Punto flotante: ejemplo ecuación cuadrática .......................................................................61 FUENTES ANEXAS: ...........................................................................................................................65

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UNIVERSIDAD JUÁREZ AUTÓNOMA DE TABASCO DIVISIÓN ACADÉMICA DE INFORMÁTICA Y SISTEMAS

Lenguaje Ensamblador: Guia práctica Jesús Antonio Ferrer Sánchez Para programar en lenguaje ensamblador escogí la especificación NASM (Netwide Assembler) que soporta las plataformas Windows y Unix (Linux), dejando aparte las que son conocidas por defecto para cada sistema operativo (MASM para Windows, TSAM para Mac y GAS para Linux). Seguro piensan ¿Cuál es la razón? La respuesta es que el propio nombre lo dice “Netwide Assembler”, es decir, existe una comunidad que mantiene actualizada documentación y herramientas para programar en lenguaje ensamblador. Bueno… manos a la obra, para empezar necesitamos visitar el sitio Web donde se encuentra los más importante que necesitaremos http://www.nasm.us/, hecho esto la siguiente cuestión es ¿Qué vamos a utilizar de allí? Pues lo siguiente:

¿QUÉ NECESITO? 1. La documentación, que está aquí: http://www.nasm.us/docs.php aunque realmente existe documentación más actualizada como en su sitio de Sourceforge o Git, por ejemplo. Lo más recomendable es utilizar la versión estable. 2. El compilador e intérprete, que está aquí: http://www.nasm.us/pub/nasm/releasebuilds/?C=M;O=D estando allí debemos abrir la primera carpeta de arriba hacia abajo que no contenga la terminación rc, por ejemplo abriremos la carpeta 2.11.05 (fijate que no dice 2.11.05rc) estando dentro bajaremos el compilador e intérprete de acuerdo a nuestro tipo sistema operativo especifico, que se identifican con los nombre de las carpeta linux/, macosx/ y win32/ para los usuario Windows x64 no se espanten porque dice win32 pueden lograr mayor compatibilidad con DOSBox (http://www.dosbox.com/). Ahora hago una distinción para Windows y Linux (para Mac no, porque soy super pobre). 2.1. Para los usuarios Windows recomiendo que descarguen el instalador (nasm-2.11.05installer.exe, por ejemplo) esto para su mayor comodidad. 2.2. Para los usuarios Linux no es necesario entrar a la carpeta linux/ puesto que lo recomendable es trabajar con el archivo que se identifica con la terminación .tar.gz (nasm2.11.05.tar.gz, por ejemplo) ya verán porque más adelantito. 3. El enlazador para Windows OS (para Linux no es necesario):

Materia: Lenguaje Ensamblador Clave: F1265

Página 3 de 66 Necesitamos solamente Alink el cual trabaja en conjunto con Nasm para la plataforma Windows, este es un complemento totalmente necesario. Para descargarlo debemos ir a: http://alink.sourceforge.net/download.html estando aquí seleccionar Download ALINK (Win32 version) el cual deberá mandarnos un archivo nombrado al_al.zip 4. Un editor en consola: Ya sea Vi, Vim o nano, para mi comodidad elegí nano porque viene por defecto en Linux y funciona igualito en Windows, ya saben para conseguirlo ir a: http://www.nano-editor.org/ para conseguirlo para Windows navegar hasta: http://www.nanoeditor.org/dist/v2.2/NT/nano-2.2.6.zip y listo habremos descargado nano para Windows. Esto lo hago para no perder la costumbre de usar la línea de comandos. Ahora la siguiente cuestión es ¿Qué hago con todo esto… para empezar a volar programando en Lenguaje ensamblador? Pues lo siguiente:

¿QUÉ HAGO CON TODOS LOS RECURSOS QUE NECESITO? Aquí hago distinción sobre qué hacer, primero en Windows y acto seguido en Linux, como sigue: En Windows: 1. Ejecutamos el instalador (nasm-2.11.05-installer.exe, por ejemplo). Dejamos que se instale todo por defecto. Por ejemplo, dejen que sea creado un acceso directo en el escritorio ya que nos va ahorrar esfuerzo para hacer algo que explicare a continuación.

2. Una vez que está instalado recurrimos al acceso directo que había comentado o vamos a su carpeta respectiva carpeta en el menú de inicio. Lo que vamos a hacer aquí es que por medio de la opción Abrir la ubicación del archivo vamos a ubicarnos donde se encuentran todos los recursos de instalación. Esta carpeta la mantendremos abierta nos será útil unos pasos más adelante.


Página 4 de 66 3. Se supone que todavía tenemos abierta la carpeta donde está instalado NASM, bueno lo siguiente es extraer allí el archivo al_al.zip que yo nombré alinker.zip los archivos tal y como se muestran NO deben ser extraídos en una carpeta dentro de la carpeta ..\AppData\Local\nasm deben estar en la misma jerarquía.

4. Lo siguiente es copiar la ruta de instalación y agregarla a PATH en las variables de entorno de Windows. Ustedes ya saben cómo, nos quedaría más o menos así:

5. El paso 4 o punto cuatro es para ahorranos chamba y que nasm sea accesible desde cualquier parte de nuestro sistema operativo Windows. Lo que vamos a hacer ahora es que nasm y alinker se casen para ello haremos lo siguiente: 5.1. Escribir desde la consola (CMD) lo siguiente alink y le daremos Enter a todo (--Press Enter to continue--)


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Después de esto nos mandará fuera de ejecución de alink. Lo que sigue aquí mismo es verificar que se conserva la armonía con el depurador nativo de Windows para lo que escribiremos debug y después r damos Enter y luego salimos escribiendo q habiendo obtenido el stock de registros. La imagen siguiente muestra lo que comente.

Nota: Para quienes trabajen con Windows x64 pueden con el DOSBox (antes mencionado) para ello pueden hay video donde explican acerca de él. Enlace exacto: https://www.youtube.com/watch?v=pMrh-ppGp1E además necesitarán el archivo debug.exe el cual lo subí a GoogleDrive junto con MASM en el siguiente enlace: https://drive.google.com/file/d/0BxC4ezWP4GyIeFp1T3pRanVQVFk/view?usp=sharing y como ya saben, usarlo con variables de entorno. 6. Ahora lo que hago es por pura vanidad, vamos con el archivo comprimido que descargamos que contiene al editor nano (nano-editor_2.2.6.zip) lo extraemos en una ubicación acorde a nuestro gusto (C:\nano_2.2.6, por ejemplo) y lo agregamos a las variables de entorno. Y listo ya tenemos todo listo para empezar con nasm desde Windows.


Página 6 de 66 En Linux: 1. Para instalar NASM en Linux hay dos vías una es por vía repositorio escribiendo sudo apt-get install nasm lo cual nos instalará una versión sumamente antigua y la otra es por medio de la compilación del archivo que descargamos (nasm-2.11.05.tar.gz). Si elegimos esta última debemos hacer lo siguiente. 1.1. Extraer el archivo en un directorio con privilegios root en /usr/local/src por ejemplo debemos conseguir que se nos cree la carpeta respectiva nasm-2.11.05 en mi caso, por ejemplo. Luego nos ubicaremos dentro de dicha carpeta.

1.2. Lo que sigue es abrir la terminal y navegar hasta la carpeta que tenemos abierta. Luego escribiremos sudo ./configure para ejecutar este script de unos 190 kb esperaremos mientras se lleva a cabo el proceso una vez terminado tipeamos make para que se compilen los archivos binarios de nasm, volvemos a esperar y ahora si a instalarlo con make install que por defecto manda la instalación a /usr/local/bin luego comprobamos que efectivamente tenemos instalado nasm como se ilustra en la siguiente imagen.

Debo mencionar que las ubicaciones simbólicas indican que en nuestro sistema instalo correctamente a nasm.


Página 7 de 66 1.3. Tenemos la opción de agregar herramientas que complementan a nasm para ello estando en /usr/local/src/nasm-2.11.05/rdoff desde terminal escribimos make rdf y luego make rdf_install 1.4 Por ultimo eliminamos los archivos archivos de nasm de la ubicación /usr/local/src/ pues ya no los necesitamos. Y listo ya tenemos todo listo para empezar con NASM desde Linux. Al parecer fue más rollo para Windows, disculpen...

¡A PROGRAMAR! Para saber cómo trabajar con nasm consulte la documentación donde antes mencione, ya sea en html o pdf. Para estudiar los fundamentos hay 3 fuentes que recomiendo: 1. Abre los Ojos al Ensamblador: http://www.abreojosensamblador.net/Productos/AOE/Index.html 2. Assembly in youtube: https://www.youtube.com/playlist?list=PL001102C2DF1D0CE9 3. Intel® 64 and IA-32 Architectures Software: http://www.intel.com/content/www/us/en/processors/architectures-software-developermanuals.html

1. Hola mundo La finalidad de este primer programa es seguir la tradición y para explicar la manera de trabajar que consiste en editar un archivo .asm y compilarlo con nasm. Veamos cómo se hace: En Windows: Editamos nuestro archivo holawindows.asm desde nano. Una vez editado guardamos y nos volvemos a ubicar desde consola en el directorio desde el cual estamos trabajando con el código.


Página 8 de 66 Para compilarlo escribimos nasm holawindows.asm -o holawindows.[com, exe] en muestro caso exe con la instrucción de salida de nasm (-o). Después damos Enter, revisamos que efectivamente ha sido creado y lo mandamos a ejecutar escribiendo el nombre del archivo sin extensión para comprobar. Lo mismo pasaría si decidiéramos generar un ejecutable .com sólo que lo ejecutaríamos con un tercer archivo que es generado por el propio nasm.

En Linux: Primero nos aseguramos que el directorio en el que vamos a trabajar esta con propiedades de lectura, escritura y ejecución (chmod 777). Entonces editamos nuestro archivo holalinux.asm desde nano. Una vez editado guardamos y nos volvemos a ubicar desde terminal en el directorio desde el cual estamos trabajando con el código.

Para enlazar escribimos nasm -f elf holalinux.asm damos Enter y para ensamblar escribimos ld -s o holalinux holalinux.o donde primero nos creará el script de ejecución y luego el archivo objeto binario. Después damos Enter, revisamos que efectivamente 2 archivos han sido creados y lo mandamos a ejecutar escribiendo ./holalinux el nombre del archivo sin extensión para comprobar.


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CÓDIGO: holawindows.asm org 100h mov dx,string

; definimos la variable string

mov ah,9

; 9 es copiado en el registro ah

int 21h

; colocamos una instrcción de interrupción

mov ah,4Ch int 21h string db 'Hola, Mundo!',0Dh,0Ah,'$' ; 0Dh es el caracter de retornar, 0Ah es el pie de linea, el signo $ es para terminar la cadena

holalinux.asm section .text global _start _start: mov eax,4

; ID de llamada al sistema: sys_write - escribir

mov ebx,1

; descriptor de archivo para salida estandard

mov ecx,string

; dirección de string

mov edx,length

; string length

int 80h

; llamada al sistema

mov eax,1

; ID de llamada al sistema: sys_exit - salida

mov ebx,0

; codigo 0 de salida: no error

int 80h

; llamada al sistema

section .data string:

db 'Hola Mundo!',0Ah ; string de salida


Página 10 de 66 length: equ 13

; longitud del string

Antes de empezar quiero hacer

2. Plantilla básica paréntesis. (Supongo que

alrededor del 80% trabajará desde

Windows así que desde ahora voy a continuar desde el entorno Windows ). Esto con la finalidad de reducir el tamaño del documento con las demostraciones para ambos sistemas operativos. Ok… Este programa consiste en el esqueleto que tiene básicamente un programa en ensamblador haciendo uso de declaraciones, comentarios, funciones y constantes. Editamos nuestro archivo esqueleto.asm y guardamos.

Este código realmente no es funcional y nuestro resultado es que manda como salida mensajes de error al momento de la compilación debido a que algunas instrucciones están incompletas, pues solo han sido colocadas en su respectivo lugar pero no se están manejando con su sintaxis correcta. En este caso es enter en la línea 12, push en la línea 13 y pop en la línea 17.


Página 11 de 66 CÓDIGO: esqueleto.asm segment .data ; ; data inicializado ; segment .bss ; ; data unitilizado ; segment .text global _func _func: enter n,0

; línea 12

push

; guardar registros línea 13

; ; cuerpo de la funcion ; pop

; devolver registros línea 17

mov eax,0

; retornar valor

leave ret

Otra forma de tener nuestra plantilla sería como sigue: esqueleto2.asm segment .data ; ; data inicializado ; segment .bss ; ; data unitilizado ; segment .text


Página 12 de 66 global _func _func: push ebp

; si necesitamos que esta instrucción se ejecute antes

mov

ebp,esp ; copiamos ebp en esp

sub

esp,n

push

; sustituimos por enter ; guardar registros

; ; cuerpo de la funcion ; pop

; devolver registros

mov

eax,0

mov

esp,ebp

pop

ebp

ret

; retornar valor

; devolvemos el valor de la rutina

3. Ensamblando y enlazando con C: ejemplo mcd En este programa veremos cómo podemos trabajar desde ensamblador con código fuente del lenguaje C. Para esto, el ejemplo consiste en encontrar el máximo común divisor con el modo sencillo, aquí editamos el archivo mcd.asm con nuestro respectivo código. Lo guardamos.

Luego creamos nuestro código en C, en este caso lo nombré codigoprincipal.c en el cual solo se reciben y envían valores pues el algoritmo se ejecuta en código ensamblador. Lo guardamos.


Página 13 de 66

Lo que sigue es hacer el constructor del ensamblado y enlazado, aquí el truco es por medio de un archivo ejecutable por lotes el cual llamé construir.bat en el cual indicamos que sean limpiados los archivos de salida que hayamos generado previamente con erase, luego establecemos variables de recursos para el compilador Visual C/C++ (pues tengo instalado Visual Studio). Debo hacer énfasis en que la línea marca @set BIN=C:\Program Files\Microsoft Visual Studio 12.0\VC\bin para que nos funcione mejor la agreguemos al PATH en las variables de entorno, pues en esta ruta se encuentra el ejecutable cl.exe (compilador de optimización x86). Luego análogamente a la opción -o de nasm utilizamos -f para indicar que mande de salida ejecutable x86, luego utilizamos la opción --prefix más _ para el argumento dado para todas las variables globales o externos, como en C. Lo cual va de la mano con el compilador de optimización x86 que se encargará de codigoprincipal.c y mcd.obj, y guardamos.

Acto seguido ejecutamos construir.bat desde consola damos Enter y esperamos a que el proceso termine, luego revisamos los archivos de salida creados.


Página 14 de 66

Por ultimo verificamos que nuestro ejecutable .exe si funcione.

CÓDIGO: mcd.asm segment data

segment bss


Página 15 de 66

segment text global mcd mcd: push ebp mov

ebp,esp

mov

eax,[ebp+8]

; x

mov

ebx,[ebp+12]

; y

cmp

eax,0

; if (x == 0) hemos terminado

je

goback

cmp

eax,ebx

jge

modulo

looptop:

xchg eax,ebx

; hacer que cierto valor x sea un numero mas grande

; intercambiar x & y

modulo: cdq

; setup para division

idiv ebx

; dividir edxeax por ebx

mov

eax,edx

; el residuo esta en edx

jmp

looptop

goback: mov

eax,ebx

mov

esp,ebp

pop

ebp

; retornar y

ret

codigoprincipal.c #include int mcd(int a,int b); int main() { int result; int a; int b;


Página 16 de 66 a = 46; b = 90; printf("%d y %d tienen un mcd de %d\n",a,b,mcd(a,b)); a = 9863; b = 41272; printf("%d y %d tiene un mcd de %d\n",a,b,mcd(a,b)); }

construir.bat erase *.obj erase *.exe

@set INCLUDE=C:\Program Files\Microsoft Visual Studio 12.0\VC\include @set LIB=C:\Program Files\Microsoft Visual Studio 12.0\VC\lib;C:\Program Files\Microsoft SDKs\Windows\v7.1A\Lib @set BIN=C:\Program Files\Microsoft Visual Studio 12.0\VC\bin

nasm -f win32 mcd.asm

--prefix _

cl codigoprincipal.c mcd.obj

4. Generando números aleatorios Este programa consiste en usar el algoritmo inorder para generar un número entero aleatorio entre un rango especificado ya sea entre números positivos y negativos. Suponemos que con los ejemplos anteriores ya tenemos claro cuál es nuestro patrón de producción a código final, por lo que no entraremos en tanto detalle redundando en cosas que debemos hacer. Ok… editamos nuestro código en C que llamaremos codigo_random.c, en ensamblador enteros_random.asm y nuestro script de builder construir_random.bat y vemos nuestro resultado.


Página 17 de 66 CÓDIGO: enteros_random.asm segment .data

segment .bss

segment .text global enterorandom

; definimos nuestra variable global

enterorandom: push ebp mov

ebp,esp

mov

eax,[ebp+8]

; primer argumento

cmp

eax,[ebp+12]

; asegurarse de que el primer argumento es menor

jl

inorder

xchg eax,[ebp+12] mov

; intercambiar primero y segundo

[ebp+8],eax

inorder:

; creamos la funcion inorder entre preorder y postorder

rdtsc

; leer contador de marca de tiempo

shr

eax,2

mov

ebx,[ebp+12]

; el valor más grande

add

ebx,1

;

sub

ebx,[ebp+8]

; subtracción del valor delta

sumar uno

cdq

; limpiar edx

idiv ebx

; dividir edxeax por ebx

add

edx,[ebp+8]

goback: mov

eax,edx

mov

esp,ebp

pop

ebp

ret


Página 18 de 66 codigo_random.c #include int enterorandom(int menor,int mayor); int main() { int i; int a; int b; a = 1; b = 18; printf("Entero aleatorio entre %d y %d: %d\n",a,b,enterorandom(a,b)); a = 5500; b = 100; printf("Entero aleatorio entre %d y %d: %d\n",a,b,enterorandom(a,b)); a = -20; b = 20; printf("Entero aleatorio entre %d y %d: %d\n",a,b,enterorandom(a,b)); }

construir_random.bat erase *.obj erase *.exe

@set INCLUDE=C:\Program Files\Microsoft Visual Studio 12.0\VC\include @set LIB=C:\Program Files\Microsoft Visual Studio 12.0\VC\lib;C:\Program Files\Microsoft SDKs\Windows\v7.1A\Lib

nasm -f win32 enteros_random.asm

--prefix _

cl codigo_random.c enteros_random.obj


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5. Encontrando números primos Aquí trabajamos con el manejo de entrada y salida de datos definidos por el usuario por medio de un programa que se encarga de encontrar los números primos entre una rango que debe ser especificado al inicio de ejecución. Para esto se codificaron los archivos codigo_primo.c, primo.asm, entrada.asm, salida.asm y construir_primo.bat, nuestro resultado es como se muestra en la imagen.

CÓDIGO: primo.asm segment .data inferior_prompt: db "Valor inferior a probar: ",0 superior_prompt: db "Valor superior a probar: ",0 newline:

db 10,0

segment .bss inferior:

resd

1

superior:

resd

1

recorrer:

resd

factor: resd

1

1

segment .text

extern out_integer extern in_integer extern out_string

global encontrar_primos encontrar_primos:


Página 20 de 66 enter

0,0

pushad pushfd

; pedir límites superior e inferior push

dword inferior_prompt

call

in_integer

pop

ebx

mov

[inferior],eax

or

eax,0x00000001

mov

[recorrer],eax

push

dword superior_prompt

call

in_integer

pop

ebx

mov

[superior],eax

mov

dword [factor],2

; parte superior del bucle de prueba factortest: mov

eax,[factor]

imul

eax,eax

cmp

[recorrer],eax

jl

encontrar

mov

eax,[recorrer]

mov

ebx,[factor]

; prueba para el factor mas grande

; prueba para el acarreo de división

cdq idiv

ebx

cmp

edx,0

je

siguiente

add

dword [factor],1

jmp

factortest

; empujar factor y ciclar


Página 21 de 66 ; encontrar un primo encontrar: push

dword [recorrer]

call

out_integer

pop

eax

push

dword newline

call

out_string

pop

eax

; pasar al siguiente primo candidato siguiente: mov

eax,[recorrer]

add

eax,2

cmp

eax,[superior]

jg

terminado

mov

[recorrer],eax

mov

dword [factor],2

jmp

factortest

terminado: popfd popad mov

eax,0

leave ret

codigo_primo.c void encontrar_primos(void);

int main() { encontrar_primos(); }


Página 22 de 66 entrada.asm segment .data

segment .bss char_hold:

resd 1

str_hold:

resb 20

str_len:

equ

value:

resd 1

$-str_hold-1

segment .text

extern out_string extern getchar global in_char in_char: enter

0,0

pushad pushfd

push

dword [ebp+8]

call

out_string

pop

eax

mov

byte [char_hold],' '

call

getchar

cmp

eax,10

jz

.in_char_finish

mov

[char_hold],al


Página 23 de 66 .in_char_flush: call

getchar

cmp

eax,10

jnz

.in_char_flush

.in_char_finish: popfd popad mov

al,[char_hold]

leave ret

global

in_string

in_string: enter

0,0

pushad pushfd

push

dword [ebp+8]

call

out_string

pop

eax

mov

ebx,str_hold

mov

byte [ebx],0

mov

ecx,str_len

; dirección para almacenar cadena

; longitud máxima de la cadena

.in_string_loop: call

getchar


Página 24 de 66 cmp

eax,10

jz

.in_string_finish

mov

[ebx],al

add

ebx,1

mov

byte [ebx],0

sub

ecx,1

jnz

.in_string_loop

.in_string_flush: call

getchar

cmp

eax,10

jnz

.in_string_flush

.in_string_finish: popfd popad mov

eax,str_hold

leave ret

global

in_integer

in_integer: enter

0,0

pushad pushfd


Página 25 de 66 push

dword [ebp+8]

call

in_string

pop

ebx

xor

ecx,ecx

.in_integer_loop: xor

ebx,ebx

mov

bl,[eax]

cmp

bl,0x30

jl

.in_integer_finish

cmp

bl,0x39

jg

.in_integer_finish

sub

ebx,0x30

mov

edx,ecx

shl

edx,1

shl

ecx,3

add

ecx,edx

add

ecx,ebx

add

eax,1

jmp

.in_integer_loop

.in_integer_finish: mov

[value],ecx

popfd popad mov

eax,[value]

leave


Página 26 de 66 ret

salida.asm %define CF_BIT 0x00000001 %define PF_BIT 0x00000004 %define AF_BIT 0x00000010 %define ZF_BIT 0x00000040 %define SF_BIT 0x00000080 %define DF_BIT 0x00000400 %define OF_BIT 0x00000800

; El segmento de datos ;;;;;;;;;;;;;;;; segment .data string_fmt:

db

"%s",0

integer_fmt: db

"%d",0

flag_string: db

"flags: ",0

cf_string:

db

"CF ",0

pf_string:

db

"PF ",0

af_string:

db

"AF ",0

zf_string:

db

"ZF ",0

sf_string:

db

"SF ",0

df_string:

db

"DF ",0

of_string:

db

"OF ",0

newline_string: db 10,0

hex_reg_fmt:

db "eax: 0x%.8X db

ebx: 0x%.8X

ecx: 0x%.8X

edx: 0x%.8X",10

0


Página 27 de 66 dec_reg_fmt:

db "eax: %d db

ebx: %d

ecx: %d

edx: %d",10

0

; El segmento bss ;;;;;;;;;;;;;;;; segment .bss flags:

resd 1

; El segmento de texto ;;;;;;;;;;;;;;;; segment .text extern printf global out_string out_string: enter 0,0 pushad pushfd

push

dword [ebp+8]

push

dword string_fmt

call

printf

pop

ecx

pop

ecx

popfd popad leave ret

global out_flags


Página 28 de 66 out_flags: enter

0,0

pushad pushfd

push

dword flag_string

call

out_string

pop

eax

mov

eax,[esp]

mov

[flags],eax

; obtener una copia de las banderas

; La bandera de acarreo (CF) mov

eax,[flags]

test

eax,CF_BIT

jz

cf_not

push

cf_string

call

out_string

pop

eax

cf_not: ; La bandera de paridad (PF) mov

eax,[flags]

test

eax,PF_BIT

jz

pf_not

push

pf_string

call

out_string

pop

eax

pf_not:


Página 29 de 66 ; La bandera de acarreo auxiliar mov

eax,[flags]

test

eax,AF_BIT

jz

af_not

push

af_string

call

out_string

pop

eax

af_not: ; La bandera de cero mov

eax,[flags]

test

eax,ZF_BIT

jz

zf_not

push

zf_string

call

out_string

pop

eax

zf_not: ; La bandera de signo mov

eax,[flags]

test

eax,SF_BIT

jz

sf_not

push

sf_string

call

out_string

pop

eax

sf_not: ; La bandera de dirección mov

eax,[flags]

test

eax,DF_BIT


Página 30 de 66 jz

df_not

push

df_string

call

out_string

pop

eax

df_not: ; La bandera de desbordamiento mov

eax,[flags]

test

eax,OF_BIT

jz

of_not

push

of_string

call

out_string

pop

eax

of_not: ; Un salto de línea push

dword newline_string

call

out_string

pop

eax


; ---------------------------global out_hex_registers out_hex_registers: enter 0,0


Página 31 de 66 pushad pushfd

push edx push ecx push ebx push eax push dword hex_reg_fmt call printf add

esp,20


global out_integer out_integer: enter 0,0 pushad pushfd

push

dword [ebp+8]

push

dword integer_fmt

call

printf

pop

ecx

pop

ecx


Página 32 de 66 popfd popad leave ret

global out_dec_registers out_dec_registers: enter 0,0 pushad pushfd

push edx push ecx push ebx push eax push dword dec_reg_fmt call printf add

esp,20


construir_primo.bat erase *.obj erase *.exe @set INCLUDE=C:\Program Files\Microsoft Visual Studio 12.0\VC\include


Página 33 de 66 @set LIB=C:\Program Files\Microsoft Visual Studio 12.0\VC\lib;C:\Program Files\Microsoft SDKs\Windows\v7.1A\Lib nasm -f win32 primo.asm --prefix _ nasm -f win32 entrada.asm --prefix _ nasm -f win32 salida.asm --prefix _ cl codigo_primo.c primo.obj entrada.obj salida.obj

Además, anexo el script constructor para Linux (por si las dudas). Para los Linuxeros. construir_primo_linux nasm -f elf primo.asm nasm -f elf entrada.asm nasm -f elf salida.asm gcc codigo_primo.c primo.o entrada.o salida.o -o codigo_primo

6. Manipulación de bits: desplazando y alternando Este programa es una colección de métodos para practicar con las variantes que podemos codificar para mover bits con la bandera de acarreo (CF, con los 16 bits) tanto a la derecha como a la izquierda. Para esto, se ha definido el archivo mover.asm que es la colección de métodos, los archivos: aritmetica_izquierda.c, aritmetica_derecha.c, logica_izquierda.c, logica_derecha.c, alternar_izquierda.c, alternar_derecha.c, acarreo_alternar_izquierda.c y acarreo_alternar_derecha.c para llamar cada método por separado. Reutilizamos el archivo con el código de salida.asm para no tener problemas con los caracteres de salida y mostrar.asm de donde invocamos la función encargada de trabajar con las cadenas de bits a mostrar. Para compilarlo reutilizamos el constructor del ejemplo anterior y lo adaptamos a los archivos de código creados para la manipulación de bits, en nuestro caso podemos nombrarlo construir_mover_bits.bat, y una vez creados nuestros ejecutables probamos uno por uno para ver el resultado por cada método.


Página 34 de 66

CÓDIGO: mover.asm segment .data segment .bss segment .text extern mostrar_ax global logica_izquierda logica_izquierda: enter

0,0

pushad

mov

ax,0x8002

call mostrar_ax shl

ax,1

call mostrar_ax shl

ax,1

call mostrar_ax

popad leave ret


Página 35 de 66 global logica_derecha logica_derecha: enter

0,0

pushad

mov

ax,0x8002

call mostrar_ax shr

ax,1

call mostrar_ax shr

ax,1

call mostrar_ax

popad leave ret

global aritmetica_izquierda aritmetica_izquierda: enter

0,0

pushad

mov

ax,0x8002

call mostrar_ax sal

ax,1

call mostrar_ax sal

ax,1

call mostrar_ax

popad leave ret

global aritmetica_derecha aritmetica_derecha:


Página 36 de 66 enter

0,0

pushad

mov

ax,0x8002

call mostrar_ax sar

ax,1

call mostrar_ax sar

ax,1

call mostrar_ax

popad leave ret

global alternar_izquierda alternar_izquierda: enter

0,0

pushad

mov

ax,0x8002

call mostrar_ax rol

ax,1

call mostrar_ax rol

ax,1

call mostrar_ax

popad leave ret

global alternar_derecha alternar_derecha: enter

0,0

pushad


Página 37 de 66

mov

ax,0x8002

call mostrar_ax ror

ax,1

call mostrar_ax ror

ax,1

call mostrar_ax

popad leave ret

global acarreo_alternar_izquierda acarreo_alternar_izquierda: enter

0,0

pushad

mov

ax,0x8002

call mostrar_ax rcl

ax,1

call mostrar_ax rcl

ax,1

call mostrar_ax

popad leave ret

global acarreo_alternar_derecha acarreo_alternar_derecha: enter

0,0

pushad

mov

ax,0x8002


Página 38 de 66 call mostrar_ax rcr

ax,1

call mostrar_ax rcr

ax,1

call mostrar_ax rcr

ax,1

call mostrar_ax popad leave ret

aritmetica_izquierda.c #include

void aritmetica_izquierda(void);

int main() { aritmetica_izquierda(); }

aritmetica_derecha.c #include

void aritmetica_derecha(void);

int main() { aritmetica_derecha(); }

logica_izquierda.c #include


Página 39 de 66

void logica_izquierda(void);

int main() { logica_izquierda(); }

logica_derecha.c #include

void logica_derecha(void);

int main() { logica_derecha(); }

alternar_izquierda.c #include

void alternar_izquierda(void);

int main() { alternar_izquierda(); }

alternar_derecha.c #include

void alternar_derecha(void);

int main() {


Página 40 de 66 alternar_derecha(); }

acarreo_alternar_izquierda.c #include

void acarreo_alternar_izquierda(void);

int main() { acarreo_alternar_izquierda(); }

acarreo_alternar_derecha.c #include

void acarreo_alternar_derecha(void);

int main() { acarreo_alternar_derecha(); }

salida.asm

%define CF_BIT 0x00000001 %define PF_BIT 0x00000004 %define AF_BIT 0x00000010 %define ZF_BIT 0x00000040 %define SF_BIT 0x00000080 %define DF_BIT 0x00000400 %define OF_BIT 0x00000800

; El segmento de datos ;;;;;;;;;;;;;;;; segment .data


Página 41 de 66 string_fmt:

db

"%s",0

integer_fmt: db

"%d",0

flag_string: db

"flags: ",0

cf_string:

db

"CF ",0

pf_string:

db

"PF ",0

af_string:

db

"AF ",0

zf_string:

db

"ZF ",0

sf_string:

db

"SF ",0

df_string:

db

"DF ",0

of_string:

db

"OF ",0

newline_string: db 10,0

hex_reg_fmt:

db "eax: 0x%.8X db

dec_reg_fmt:

ecx: 0x%.8X

edx: 0x%.8X",10

0

db "eax: %d db

ebx: 0x%.8X

ebx: %d

ecx: %d

edx: %d",10

0

; El segmento bss ;;;;;;;;;;;;;;;; segment .bss flags:

resd 1

; El segmento de texto ;;;;;;;;;;;;;;;; segment .text extern printf global out_string out_string: enter 0,0 pushad pushfd

push

dword [ebp+8]

push

dword string_fmt

call

printf


Página 42 de 66 pop

ecx

pop

ecx


global out_flags out_flags: enter

0,0

pushad pushfd

push

dword flag_string

call

out_string

pop

eax

mov

eax,[esp]

mov

[flags],eax

; obtener una copia de las banderas

; La bandera de acarreo (CF) mov

eax,[flags]

test

eax,CF_BIT

jz

cf_not

push

cf_string

call

out_string

pop

eax

cf_not: ; La bandera de paridad (PF) mov

eax,[flags]

test

eax,PF_BIT

jz

pf_not

push

pf_string

call

out_string


Página 43 de 66 pop

eax

pf_not: ; La bandera de acarreo auxiliar mov

eax,[flags]

test

eax,AF_BIT

jz

af_not

push

af_string

call

out_string

pop

eax

af_not: ; La bandera de cero mov

eax,[flags]

test

eax,ZF_BIT

jz

zf_not

push

zf_string

call

out_string

pop

eax

zf_not: ; La bandera de signo mov

eax,[flags]

test

eax,SF_BIT

jz

sf_not

push

sf_string

call

out_string

pop

eax

sf_not: ; La bandera de dirección mov

eax,[flags]

test

eax,DF_BIT

jz

df_not

push

df_string

call

out_string

pop

eax

df_not:


Página 44 de 66 ; La bandera de desbordamiento mov

eax,[flags]

test

eax,OF_BIT

jz

of_not

push

of_string

call

out_string

pop

eax

of_not: ; Un salto de línea push

dword newline_string

call

out_string

pop

eax


; ---------------------------global out_hex_registers out_hex_registers: enter 0,0 pushad pushfd

push edx push ecx push ebx push eax push dword hex_reg_fmt call printf add

esp,20

popfd


Página 45 de 66 popad leave ret

global out_integer out_integer: enter 0,0 pushad pushfd

push

dword [ebp+8]

push

dword integer_fmt

call

printf

pop

ecx

pop

ecx


global out_dec_registers out_dec_registers: enter 0,0 pushad pushfd

push edx push ecx push ebx push eax push dword dec_reg_fmt call printf add

esp,20


Página 46 de 66


mostrar.asm

segment .data string_ax:

string_cf:

db

"

"

db

"

db

0,10,0

CF="

segment .bss segment .text extern out_string global mostrar_ax mostrar_ax: enter 0,0 pushad pushfd

mov

byte [string_cf],'1'

jc

acarreo

mov

byte [string_cf],'0'

acarreo:

mov

ebx,0

looptop: rol

ax,1

jc

uno

mov

byte [string_ax+ebx],'0'

jmp

siguiente

mov

byte [string_ax+ebx],'1'

uno:


Página 47 de 66 siguiente: inc

ebx

cmp

ebx,16

jne

looptop

push

string_ax

call

out_string

pop

ebx


construir_mover_bits.bat erase *.obj erase *.exe


nasm -f win32 mostrar.asm nasm -f win32 salida.asm nasm -f win32 mover.asm

--prefix _ --prefix _

--prefix _

cl logica_izquierda.c mostrar.obj salida.obj mover.obj cl logica_derecha.c mostrar.obj salida.obj mover.obj cl aritmetica_izquierda.c mostrar.obj salida.obj mover.obj cl aritmetica_derecha.c mostrar.obj salida.obj mover.obj cl alternar_izquierda.c mostrar.obj salida.obj mover.obj cl alternar_derecha.c mostrar.obj salida.obj mover.obj cl acarreo_alternar_izquierda.c mostrar.obj salida.obj mover.obj cl acarreo_alternar_derecha.c mostrar.obj salida.obj mover.obj

Para construirlo en Linux aplicaríamos la misma lógica, y la sintaxis del ejemplo anterior.


Página 48 de 66

7. Operaciones booleanas: and, or, xor, not En este programa se implementan las operaciones booleanas and, or, xor y not, codificando funciones específicas para cada tipo de operación, accediendo a las banderas de paridad, zero y signo. Teniendo esta idea necesitamos código de prueba para mostrar los bits originales sobre los cuales se harán las operaciones. Entonces hacemos lo siguiente. Como en el ejemplo anterior, creamos en este caso nuestra colección de las funciones que realizan cada tipo de operación booleana y anexamente nuestro código de prueba que genera los bits originales que se utilizan como prueba con las banderas. Nuestros recursos son modos_boolean.asm que es nuestra colección de funciones, los archivos de código C que son: and.c, or.c, xor.c, not.c y test.c que implementan cada función, reutilizamos mostrar.asm, salida.asm y nuestro constructor para nuestros recursos de código como en el ejemplo anterior. Ahora vemos nuestro resultado.

Prueba original con las banderas.

Implementando las funciones.

CÓDIGO: modos_boolean.asm segment .data segment .bss segment .text


Página 49 de 66 extern showal extern out_flags ; funcion operacion and global andbits andbits: enter

0,0

pushad

mov

al,11110000b

call showal mov

al,00110011b

call showal mov

al,00110011b

and

al,11110000b

call showal

popad leave ret ; funcion operacion or global orbits orbits: enter

0,0

pushad

mov

al,11110000b

call showal mov

al,00110011b

call showal mov

al,00110011b

or

al,11110000b

call showal

popad


Página 50 de 66 leave ret ; funcion operacion xor global xorbits xorbits: enter

0,0

pushad

mov

al,11110000b

call showal mov

al,00110011b

call showal mov

al,00110011b

xor

al,11110000b

call showal

popad leave ret ; funcion operacion not global notbits notbits: enter

0,0

pushad

mov

al,00110011b

call showal mov

al,00110011b

not

al

call showal

popad leave ret


Página 51 de 66 ; funcion de prueba, bits originales global testbits testbits: enter

0,0

pushad

mov

al,11001100b

call showal mov

al,00110011b

call showal mov

al,00110011b

test al,11001100b call out_flags

mov

al,11100011b

call showal mov

al,11101100b

call showal mov

al,11100011b

test al,11101100b call out_flags

popad leave ret

test.c #include

void testbits(void);

int main(){ testbits(); }


Página 52 de 66 and.c #include

void andbits(void);

int main() { andbits(); }

or.c #include

void orbits(void);

int main(){ orbits(); }

xor.c #include

void xorbits(void);

int main(){ xorbits(); }

not.c #include

void notbits(void);

int main(){ notbits(); }


Página 53 de 66 salida.asm “reutilizamos el del ejemplo anterior”

mostrar.asm “reutilizamos el del ejemplo anterior”

construir_modos_boolean.bat erase *.obj erase *.exe


nasm -f win32 mostrar.asm nasm -f win32 salida.asm


nasm -f win32 modos_boolean.asm

--prefix _

cl and.c modos_boolean.obj mostrar.obj salida.obj cl or.c modos_boolean.obj mostrar.obj salida.obj cl xor.c modos_boolean.obj mostrar.obj salida.obj cl not.c modos_boolean.obj mostrar.obj salida.obj cl test.c modos_boolean.obj mostrar.obj salida.obj y para Linux.

construir_modos_boolean_linux rm -f *.o rm -f and rm -f or rm -f xor rm -f not


Página 54 de 66 rm -f test

nasm -f elf salida.asm nasm -f elf mostrar.asm nasm -f elf modos_boolean.asm gcc and.c salida.o modos_boolean.o mostrar.o -o and gcc or.c salida.o modos_boolean.o mostrar.o -o or gcc xor.c salida.o modos_boolean.o mostrar.o -o xor gcc not.c salida.o modos_boolean.o mostrar.o -o not gcc test.c salida.o modos_boolean.o mostrar.o -o test

8. Elección sin árbol: escoger número más grande En este programa hacemos uso del algoritmo de búsqueda de una pasada para encontrar el número más grandes entre dos valores ingresados al inicio de ejecución (sin importar orden y tamaño de número). En este ejemplo podemos revisar cómo trabajar con simples estructuras de control para producir resultados en base a valores de entrada. Para esto codificamos escoger.asm que contiene el algoritmo y las variables, codigo_escoger.c para utilizar nuestra función, enlazar y compilar nuestro ejecutable, reutilizamos entrada.asm y salida.asm de ejemplos anteriores y adaptamos nuestro constructor (construir_escoger.bat) de acuerdo a nuestros recursos de código. Nuestro resultado es el siguiente.

CÓDIGO: escoger.asm segment .data


Página 55 de 66 ask1:

db

"Ingrese primer numero: ",0

ask2:

db

"Ingrese segundo numero: ",0

tell

db

"El numero mas grande es: ",0

newline db

10,0

segment .bss valor1: resd

1

segment .text

extern in_integer extern out_integer extern out_string

global escoger escoger: enter

0,0

push

dword ask1

call

in_integer

pop

ebx

mov

[valor1],eax

push

dword ask2

call

in_integer

pop

ebx

xor

ebx,ebx

; zero ebx

cmp

eax,[valor1]

; comparar los dos valores

setg

bl

; establecer bl=1 si valor2 > valor1, sino cero

not

ebx

; cumplimiento del primero


Página 56 de 66 inc

ebx

; cumplimiento del segundo

mov

ecx,ebx

; copiar en ecx

and

ecx,eax

; ecx es: o segundo valor, o cero

not

ebx

; ebx es cero o todos

and

ebx,[valor1]

; ebx es cero o primer de valor

or

ecx,ebx

; ecx es ya sea primer o segundo valor

push

dword tell

call

out_string

pop

ebx

push

ecx

call

out_integer

pop

ebx

push

dword newline

call

out_string

pop

ebx

leave ret

codigo_escoger.c #include

void escoger(void);

int main() { escoger(); }

entrada.asm Materia: Lenguaje Ensamblador Clave: F1265

Página 57 de 66 “reutilizamos de un ejemplo anterior”

salida.asm “reutilizamos el del ejemplo anterior”

construir_escoger.c erase *.obj erase *.exe


nasm -f win32 escoger.asm nasm -f win32 salida.asm


nasm -f win32 entrada.asm

--prefix _

cl codigo_escoger.c entrada.obj salida.obj escoger.obj

Y para Linux, pues ya saben...

9. Arreglos: definiendo y manejando direcciones Este programa depende más de código C que de ensamblador. En este último solo definimos el manejo de las direcciones en memoria y en lenguaje C codificamos el comportamiento de los arreglos con valores preestablecidos y la orden de salida. Para que se perciba como podemos trabajar con ellos se han creado 2 variantes la primera es un arreglo simple donde multiplicamos sus valores y la segunda es un arreglo multidimensional donde los valores son ordenados por el método bubble sort, aunque en la salida no se pueda apreciar en primera instancia. Versión 1: Aquí los recursos de código son codigo_por_cuatro.c, por_cuatro.asm y construir_arreglos.bat con lo cual obtendremos el siguiente resultado.


Página 58 de 66 Versión 2: Aquí los recursos de código son codigo_ordenar.c, ordenar.asm y construir_arreglos.bat con lo cual obtendremos el siguiente resultado. Aquí los valores de cada posición han sido ordenados por el método bubble sort (ordenamiento burbuja).

CÓDIGO: codigo_por_cuatro.c #include

void por_cuatro(int tamanio,int arr[]);

int main() { int i; int tamanio=10; int array[10];

for(i=0; i
por_cuatro(tamanio,array);

for(i=0; i

Página 59 de 66 printf("\n"); }

por_cuatro.asm segment .data segment .bss segment .text

global por_cuatro por_cuatro: push

ebp

mov

ebp,esp

mov

ebx,[ebp+12]

; direccion del arreglo

mov

ecx,[ebp+8]

; tamaño del arreglo

mov

eax,[ebx]

shl

eax,2

mov

[ebx],eax

add

ebx,4

loop

top

top:

leave ret

codigo_ordenar.c #include

void a_ordenar(int tamanio,int arr[]); int array[] = { 5,32,87,4,92,11,34,3,84,60,17 };

int main() {


Página 60 de 66 int i; int tamanio = sizeof(array) / sizeof(int);

for(i=0; i
a_ordenar(tamanio,array);

for(i=0; i
ordenar.asm segment .data segment .bss segment .text

global a_ordenar a_ordenar: push

ebp

mov

ebp,esp

reiniciar: mov

ebx,[ebp+12]

; direccion del arreglo

mov

ecx,[ebp+8]

; tamaño del arreglo

sub

ecx,1

mov

eax,[ebx]

cmp

eax,[ebx+4]

top:


Página 61 de 66 jle

noswap

xchg

eax,[ebx+4]

mov

[ebx],eax

jmp

reiniciar

noswap: add

ebx,4

loop

top

leave ret

construir_arreglos.bat erase *.obj erase *.exe


nasm -f win32 por_cuatro.asm nasm -f win32 ordenar.asm

--prefix _

--prefix _

cl codigo_por_cuatro.c por_cuatro.obj cl codigo_ordenar.c ordenar.obj

10. Punto flotante: ejemplo ecuación cuadrática En este programa tratamos con números de punto flotante para que de acuerdo a este tipo de valor llevemos a cabo instrucciones condicionales. El ejemplo elegido es el cálculo de la ecuación cuadrática donde una solución puede ser positiva y otra negativa, enteras o de punto flotante, infinito negativo e infinito positivo, etc. Digamos que, tratamos con una cuestión práctica donde se requiere exactitud en los cálculos. Para este caso los recursos de código creados son codigo_cuadratica.c, cuadratica.asm y construir_cuadratica.bat, y el comportamiento que obtenemos es el siguiente.


Página 62 de 66

CÓDIGO: cuadratica.asm %define a

qword [ebp+8]

%define b

qword [ebp+16]

%define c

qword [ebp+24]

%define solucion1 dword [ebp+32] %define solucion2 dword [ebp+36]

%define rad

qword [ebp-8]

%define recip_2a

qword [ebp-16]

segment .data menoscuatro: dw

-4

segment .bss segment .text

global cuadratica cuadratica: push

ebp

mov

ebp,esp

sub

esp,16

; dos espacios de trabajo double


Página 63 de 66 push

ebx

fild

word [menoscuatro]

fld

a

; st: a, -4

fld

c

; st: c, a, -4

fmulp

st1

; st: a*c, -4

fmulp

st1

; st: -4*a*c

fld

b

; st: b, -4*a*c

fld

b

; st: b, b, -4*a*c

fmulp

st1

; st: b*b, -4*a*c

faddp

st1

; st: b*b - 4*a*c

ftst fstsw

; comparar st0 a 0 ax

sahf jb

no_solucion_real

; st: sqrt(b*b - 4*a*c) rad

fld1 fld

; ax = palabra de estado ; banderas = ah

fsqrt fstp

; st: -4

; st: vacio, y radical almacenado ; st: 1

a

fscale

; st: a, 1 ; st: 2*a, 1

fdivp

st1

; st: 1/(2*a)

fst

recip_2a

; st: 1/(2*a)

fld

b

; st: b, 1/(2*a)

fld

rad

; st: rad , b, 1/(2*a)

fsubrp st1

; st: rad

- b, 1/(2*a)

fmulp

st1

; st: (-b + rad )/(2*a)

mov

ebx,solucion1

fstp

qword [ebx]

; resultado en solucion1

fld

b

; st: b

fld

rad

; st: rad , b

fchs

; st: -rad , b

fsubrp st1

; st: -rad

fmul

; st: (-rad

recip_2a

- b - b)/(2*a)


Página 64 de 66 mov

ebx,solucion2

fstp

qword [ebx]

; resultado en solucion2

mov

eax,1

; retornar valor

jmp

quit

no_solucion_real: mov

eax,0

quit: pop

ebx

mov

esp,ebp

pop

ebp

ret

codigo_cuadratica.c #include

int cuadratica(double,double,double,double *,double *);

int main() { double a; double b; double c; double solucion1; double solucion2; int cond;

do { printf("\na: "); scanf("%lf",&a); printf("b: "); scanf("%lf",&b); printf("c: ");


Página 65 de 66 scanf("%lf",&c);

cond = cuadratica(a,b,c,&solucion1,&solucion2); if(cond == 0) { printf("Sin solucion real.\n"); } else { printf("%g and %g\n",solucion1,solucion2); } } while(1); }

construir_cuadratica.bat erase *.obj erase *.exe


nasm -f win32 cuadratica.asm

--prefix _

cl codigo_cuadratica.c cuadratica.obj

FUENTES ANEXAS: Las siguientes fuentes de información hacen referencia a documentos (e-books) publicados que son de utilidad para estudiar la programación en lenguaje ensamblador, unas son mejores que otras pero todas se complementan. 1. Richard Blum. Professional Assembly Language. Wiley Publishing, Inc. 2. Peter Abel. Lenguaje ensamblador y programación para IBM PC y compatibles. Pearson Education, Inc. 3. Randall Hyde. The Art Of Assembly Language. No Starch Press, Inc. 4. Jeff Duntemann. Assembly Language Step-by-Step: Programming with Linux . Wiley Publishing, Inc.


Página 66 de 66 5. Kip R. Irvine. Lenguaje ensamblador para computadoras basadas en Intel. Pearson Education, Inc. 6. Joseph Cavanagh. X86 Assembly Language and C Fundamentals. CRC Press by Taylor & Francis Group


programación en lenguaje ensamblador con NASM

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