Laborator 5 - Suport teoretic

Instructiunea CMP

CMP <opd>, <ops>

• Instructiunea CMP realizeaza comparatia intre valorile numerice ale celor doi operanzi prin efectuarea unei scăderi fictive opd-ops.

• CMP scade valoarea operandului sursă din operandul destinaţie, dar spre deosebire de instrucţiunea SUB, rezultatul nu este reţinut, el neafectând nici una din valorile iniţiale ale operanzilor. Efectul acestei instrucţiuni constă numai în modificarea valorii unor flaguri în conformitate cu efectuarea operaţiei opd-ops. Instrucţiunea CMP este cel mai des folosită în combinaţie cu instrucţiuni de salt condiţionat.
• Deşi numele ei este CMP este important de subliniat ca în realitate aceasta instructiune NU COMPARA nimic, nestabilind nici un criteriu de comparaţie şi neluând de fapt nici o decizie, ci ea doar PREGATESTE decizia corespunzător cu flagurile setate, comparaţia efectivă si decizia corespunzatoare fiind luata concret de instrucţiunea de salt conditionat care va fi folosită ulterior instructiunii CMP ! Dacă nu folosim ulterior nici o instructiune decizională, CMP nu are nici un rol concret în vreo comparatie, ea reprezentând doar o simpla scadere fictiva cu rol de afectare a flagurilor şi nu îşi va merita în nici un caz numele de CMP (compare).
• Operatorul destinatie poate sa fie registru sau variabila in memorie.
• Operandul sursa poate sa fie registru, variabila in memorie sau constanta.
• Ambii operanzi ai instructiunii CMP trebuie sa fie de aceasi dimensiune.

Exemplul 1:

cmp eax, ebx ; ”compara” valorile stocate in cei doi registri (scadere fictiva eax-ebx)
jle done ;în funcţie de instrucţiunea de salt condiţionat utilizată (aici JLE) se stabileste criteriul de comparare.
;In acest caz: daca continutul din EAX in interpretarea cu semn este mai mic sau egal cu continutul din EBX atunci JUMP la eticheta Done, 
;Altfel continua cu urmatoarea  instructiune (flagul testat aici este ZF).
done:
;instructiuni care urmează etichetei done

Exemplul 2:

mov al,200 ; AL = C8h
mov bl,100
cmp al, bl ; se realizeaza scaderea fictiva al-bl si se seteaza 
; flagurile in mod corespunzator acesteia (in acest caz vom avea SF=0, OF=1, CF=0 şi ZF=0)
JB et2 ;instructiunea de salt conditionat stabileste criteriul de comparare, in acest caz Jump if Below – comparatie pentru numere fara semn (este 200 BELOW 100 ?) si se testeaza continutul lui CF: dacă CF=1 saltul se va efectua, dacă CF=0 saltul NU se va efectua. 
;Cum CF=0 în cazul nostru, saltul NU se va efectua.
;............. ;set de instructiuni care urmează
et2:
;............. ;set de instructiuni care urmează etichetei

Exemplul 3:

mov al,-56 ; AL = C8h = 200 in interpretarea fara semn
mov bl,100
cmp al, bl ;se realizeaza scaderea fictiva al-bl si se seteaza flagurile in mod corespunzator acesteia (pentru cazul nostru vom avea SF=0, OF=1, CF=0 şi ZF=0)
JNGE et2 ;se verifica conditia JNGE - Jump if not greater or equal 
;(comparaţie CU SEMN -56 fată de 100) 
;concret se verifica daca este diferit continutul din SF si OF 
; Avand in vedere ca în cazul nostru SF=0 şi OF=1, deci SF <> OF, condiţia este îndeplinită (şi intr-adevăr -56 este „NOT GREATER OR ;EQUAL” fata de 100) deci saltul la eticheta et2 se va efectua 
mov dx,1 
et2:
mov cx,1

Exemplul 4:

mov al,-56 ; AL = C8h = 200 in interpretarea fara semn
mov bl,100
cmp al, bl ;se realizeaza scaderea fictiva al-bl si se seteaza  flagurile in mod corespunzator acesteia (pentru cazul nostru vom avea SF=0, OF=1, CF=0 şi ZF=0)
JNBE et2 ;se verifica conditia JNBE - Jump if not below or equal 
;(comparaţie FARA SEMN  200 fată de 100)
;concret se verifica daca CF=0 şi ZF=0
;Avand in vedere ca în cazul nostru CF=0 şi ZF=0, condiţia este îndeplinită (şi intr-adevăr 200 este „NOT BELOW OR EQUAL” ;fata de 100) deci saltul la eticheta et2 se va efectua
mov dx,1
et2:
mov cx,1

Instructiunea TEST

TEST <opd>, <ops>

• Instructiunea TEST realizeaza operatia logica SI intre cei doi operanzi (executie fictiva ops AND opd) fara a salva rezultatul operatiei in vreunul dintre cei doi operanzi.
• Ambii operanzi ai instructiunii TEST trebuie sa fie de aceasi dimensiune.
• Singurul efect al unei instructiuni TEST este modificarea continutului flagurilor specificate in tabelul de mai sus corespunzator cu rezultatul operatiei AND efectuate.

Exemplu 1:

ambiiOPeranziZero: ;set de instructiuni care compun eticheta....
test ECX, ECX ; set ZF to 1 if ECX == 0
je ambiiOPeranziZero ; în funcţie de instrucţiunea de salt condiţionat utilizată
; (aici JE) se stabileste criteriul de comparare. 
;In acest caz: jump la eticheta if ZF = 1
; alternativ se putea folosi aici varianta jz AmbiiOPeranziZero, aceste doua instructiuni de salt conditionat (JE şi JZ) fiind similare in ceea ce priveste conditia testata (true if ZF=1)
 

Exemplu 2:

mov AH,[v]
test AH,0F2h 
js et2 ; în funcţie de instrucţiunea de salt condiţionat utilizată (aici JS) se stabileste criteriul de comparare.  
; In acest caz: daca rezultatul operatiei AH AND 0F2h este un numar strict negativ in interpretarea cu semn (adica daca bitul de semn al rezultatului este 1) atunci Jump ;la eticheta et2 (flagul testat este SF).
et2: ;set de instructiuni care compun eticheta....

• Similar cu situatia de la instructiunea CMP, avem de făcut şi aici următoarea observaţie:
• Deşi numele ei este TEST este important de subliniat ca în realitate aceasta instructiune NU TESTEAZA nimic, nestabilind nici un criteriu de testare şi neluând de fapt nici o decizie, ci ea doar PREGATESTE decizia corespunzător cu flagurile setate, criteriul de testare, testarea efectivă si decizia corespunzatoare fiind luata concret de instrucţiunea de salt conditionat care va fi folosită ulterior instructiunii TEST ! Dacă nu folosim ulterior nici o instructiune decizională, TEST nu are nici un rol concret în vreo testare, ea reprezentând doar o simpla operatie SI bit cu bit cu rol de afectare a flagurilor şi nu îşi va merita în nici un caz numele de TEST (testare a unei conditii).

• Cand se compara doua numere cu semn se folosesc termenii "less than" (mai mic decat) si "greater than" (mai mare decat), iar cand se compara doua numere fara semn se folosesc termenii "below" (inferior, sub) si respectiv "above" (superior, deasupra, peste).
• Redam mai jos o parte din documentatia INTEL, referitoare la aceste instructiuni de salt. (🔗 Combined Volume Set of Intel® 64 and IA-32 Architectures Software Developer’s Manuals, incepand de la pag. 1058)

JMP – Unconditional Jump

• Transfers program control to a different point in the instruction stream without recording return information.
• The destination (target) operand specifies the address of the instruction being jumped to.
• This operand can be an immediate value, a general-purpose register, or a memory location.

• Near jump: A jump to an instruction within the current code segment (the segment currently pointed to by the CS register), sometimes referred to as an intrasegment jump.
• Short jump: A near jump where the jump range is limited to -128 to +127 from the current EIP value.
• Far jump: A jump to an instruction located in a different segment than the current code segment but at the same privilege level, sometimes referred to as an intersegment jump.

Jcc — Jump if Condition Is Met

• The conditions for each Jcc mnemonic are given in the "{description}" column of the table on the preceding page. The terms "less" and "greater" are used for comparisons of signed integers and the terms "above" and "below" are used for unsigned integers.

• These jumps checks the state of one or more of the status flags in the EFLAGS register (CF, OF, PF, SF, and ZF) and, if the flags are in the specified state (condition), performs a jump to the target instruction specified by the destination operand.
• A condition code (cc) is associated with each instruction to indicate the condition being tested for. If the condition is not satisfied, the jump is not performed and execution continues with the instruction following the Jcc instruction.
• The target instruction is specified with a relative offset (a signed offset relative to the current value of the instruction pointer in the EIP register).
• A relative offset (rel8, rel16, or rel32) is generally specified as a label in assembly code, but at the machine code level, it is encoded as a signed, 8-bit or 32-bit immediate value, which is added to the instruction pointer.
• Instruction coding is most efficient for offsets of -128 to +127. If the operand-size attribute is 16, the upper two bytes of the EIP register are cleared, resulting in a maximum instruction pointer size of 16 bits.
• The Jcc instruction does not support far jumps (jumps to other code segments). When the target for the conditional jump is in a different segment, use the opposite condition from the condition being tested for the Jcc instruction, and then access the target with an unconditional far jump (JMP instruction) to the other segment.
• The JECXZ and JCXZ instructions differ from the other Jcc instructions because they do not check the status flags. Instead they check the contents of the ECX and CX registers, respectively, for 0. Either the CX or ECX register is chosen according to the address-size attribute.
• These instructions are useful at the beginning of a conditional loop that terminates with a conditional loop instruction (such as LOOPNE). They prevent entering the loop when the ECX or CX register is equal to 0, which would cause the loop to execute 232 or 64K times, respectively, instead of zero times.

• Sumarizand, prin analiza tabelului de mai sus, se observă că unele instrucţiuni testează exact aceeaşi condiţie, ele fiind astfel similare ca efect. Faptul că o aceeaşi instrucţiune apare sub mai multe forme sintactice echivalente provine din posibilitatea de a exprima o aceeaşi situaţie sub mai multe formulări echivalente. De exemplu condiţia op1 „mai mic sau egal” (JLE) decât op2 se poate exprima şi sub forma op1 „NU este mai mare decât” (JNG) op2. Similar, condiţia JB (Jump if below – tradus prin „este inferior”) se poate exprima şi sub forma „NU este superior sau egal” (JNAE) etc.
In tabelul următor aveţi grupate toate instructiunile echivalente ca efect, echivalenţa lor fiind dată tocmai pe baza condiţiei testate. Ca urmare, este totuna de exemplu dacă folosiţi într-o comparaţie JAE, JNB sau JNC, efectul lor fiind identic: „salt dacă CF=0”.

• Pentru a facilita alegerea corectă de către programator a variantelor de salt condiţionat în raport cu rezultatul unei comparaţii (adică, dacă programatorul doreşte interpretarea rezultatului comparaţiei cu semn sau fără semn) dăm următorul tabel:

• Studiul acestor tabele reiterează afirmaţia noastră anterioară: nu instrucţiunea CMP este cea care face distincţie între o comparaţie cu semn şi una fără semn! Rolul de a interpreta în mod diferit (cu semn sau fără semn) rezultatul final al comparaţiei revine NUMAI instrucţiunilor de salt condiţionat specificate ULTERIOR comparaţiei efectuate.
• Tabelul de mai sus îl considerăm foarte util pentru interpretarea rezultatelor instrucţiunilor aritmetice în general. Fără a mai efectua o instrucţiune CMP, considerând d rezultatul ultimei instrucţiuni aritmetice executate şi punând s=0, tabelul rămâne valabil.

• Procesoarele x86 sunt prevăzute cu instrucţiuni speciale pentru realizarea ciclării. Ele sunt: LOOP, LOOPE, LOOPNE şi JECXZ.
• Sintaxa lor este:

[instructiune] eticheta

• Instrucţiunea LOOP comandă reluarea execuţiei blocului de instrucţiuni ce începe la etichetă, atâta timp cât valoarea din registrul ECX este diferită de 0. Se efectuează întâi decrementarea registrului ECX şi apoi se face testul şi eventual saltul. Saltul este de această dată în mod obligatoriu "scurt" (max. 127 octeţi - atenţie deci la "distanţa" dintre LOOP şi etichetă!).

Exemplu:

mov ecx, 5
start_loop:
; the code here would be executed 5 times
loop start_loop

• În cazul în care condiţiile de terminare a ciclului sunt mai complexe se pot folosi instrucţiunile LOOPE şi LOOPNE.
• Instrucţiunea LOOPE (LOOP while Equal) diferă faţă de LOOP prin condiţia de terminare, ciclul terminându-se fie dacă ECX=0, fie dacă ZF=0. În cazul instrucţiunii LOOPNE (LOOP while Not Equal) ciclul se va termina fie dacă ECX=0, fie dacă ZF=1. Chiar dacă ieşirea din ciclu se face pe baza valorii din ZF, decrementarea lui ECX are oricum loc.
• LOOPE mai este cunoscută şi sub numele de LOOPZ iar LOOPNE mai este cunoscută şi sub numele de LOOPNZ. Aceste instrucţiuni se folosesc de obicei precedate de o instrucţiune CMP sau SUB

• Instructiunile JECXZ si JCXZ sunt instructiuni de jump conditional dar difera de setul standard al acestor instructiuni prin faptul ca acestea NU verifica statusul flagurilor. JECXZ si JCXZ verifica numai daca continutul din ECX sau CX are valoarea 0. Aceste instructiuni pot fi utilizate la inceputul unei bucle care se termina cu un loop conditional pentru a preveni intrarea in bucla cand ECX sau CX au valoarea 0. Daca se va intra in bucla cu CX=0, avand in vedere faptul ca “se efectuează întâi decrementarea registrului ECX şi apoi se face testul şi eventual saltul” acest aspect va determina executia unei bucle de 2^32 ori sau 2^16 ori, in loc de 0 ori cum ar fi normal pe baza valorii CX=0..

Exemplu:

mov ecx, numar ; numar de iteratii
JECXZ endFor	;skip loop if numar=0
forIndex
; instructiuni
Loop forIndex	; repeat
endFor

mov ECX, numar
cmp ECX,0
JZ endFor
forIndex
; instructiuni
Loop forIndex	; repeat
endFor

• Este important să precizăm aici faptul că nici una dintre instrucţiunile de ciclare prezentate nu afectează flag-urile şi de asemenea că

loop Bucla

dec ecx
jnz Bucla

• deşi semantic echivalente, nu au exact acelaşi efect, deoarece spre deosebire de LOOP, instrucţiunea DEC afectează indicatorii OF, ZF, SF şi PF.