Aufgaben zur IA32-Assembler-Programmierung - AG Technische ...

Aufgaben zur IA32-Assembler-Programmierung
Prof. Dr. Ralf Möller
AG Technische Informatik
Technische Fakultät
Universität Bielefeld
www.ti.uni-bielefeld.de
Version 1.19 vom 25. September 2013, WS 2013/14

Insgesamt müssen 100 Punkte erreicht werden. Die Aufgaben sind von jedem Studenten einzeln zu bearbeiten; Betrugsversuche
werden geahndet. Es ist nicht gestattet, Assembler-Programme aus compilierten hochsprachlichen
Programmen zu erstellen.
Aufgabe: (10 Punkte) Schreiben Sie ein Assembler-Programm add64.asm, welches zwei ganze Zahlen mit
jeweils 64 Bit Breite addiert. Der höherwertige Teil der ersten Zahl soll im Register eax, der niederwertige in ebx
stehen, die zweite Zahl entsprechend in ecx und edx, das Ergebnis in eax und ebx. Arbeiten Sie das Programm
im Debugger gdb schrittweise ab und notieren Sie nach jeder arithmetischen Operation den Zustand der beteiligten
Register und des erweiterten Flag-Registers eflags (es muss keine Ausgabefunktion implementiert werden).
Erklären Sie die Flagstellungen. Hinweis: Alle Statusflags stehen in den unteren 16 Bit des eflags Registers:
15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0
OF SF ZF AF PF CF
Verwenden Sie folgende Beispiele als Summanden:
eax ebx ecx edx
0x11111111 0x22222222 0x33333333 0x44444444
0x11111111 0x22222222 0x33333333 0xdddddddd
0x11111111 0x22222222 0x33333333 0xddddddde
0x11111111 0x22222222 0x33333333 0xeeeeeeee
0x11111111 0x22222222 0xeeeeeeee 0xeeeeeeee
Aufgabe: (30 Punkte) Ergänzen Sie das obige Programm add64.asm, so dass die Werte der 4 beteiligten Universalregister
und die Statusflags mittels Aufruf zweier Unterprogramme an beliebiger Stelle im Programm ausgegeben
werden können. Verwenden Sie bei der Ausgabe der Statusflags jeweils kleine Buchstaben für nicht gesetzte
und große Buchstaben für gesetzte Flags. Wiederholen Sie damit Ihre Versuche aus der vorherigen Aufgabe und
überprüfen Sie die Resultate. Beachten Sie, dass Operationen, die für die Ausgabe verwendet werden, die Statusflags
beeinflussen können (die Stack-Befehle für das erweiterte Flag-Register heißen pushf und popf). Beachten
Sie weiterhin, dass es keine bedingten Sprungbefehle gibt, welche das Auxiliary Carry Flag (AF) abfragen (Hinweis:
Der Befehl lahf überführt die Statusflags in das Register ah. Mit bt ax, 12 kann das AF-Flag in das
Carry-Flag kopiert werden.) Sie müssen davon ausgehen, dass sich die Flags vorher in einem undefinierten Zustand
befinden.
Beispiel:
% add64
11111111 22222222 33333333 ffffffff
osZAPc
11111111 22222221 33333333 ffffffff
oszAPC
44444445 22222221 33333333 ffffffff
oszapc
%
Aufgabe: (30 Punkte) Schreiben Sie ein Assembler-Programm namen.asm, welches in einer Zeichenkette mit
einem Personennamen jeweils den ersten Buchstaben als Großbuchstaben, alle anderen Buchstaben als Kleinbuchstaben
darstellt, unabhängig von der Schreibweise in der Eingabe. Die Zeichenkette wird von der Standardeingabe
gelesen, bis ein Zeilenumbruch auftritt, umgewandelt und auf der Standardausgabe ausgegeben. Gelangt die Leseroutine
(Systemruf read) zum Dateiende (Rückkehrwert 0), so wird das Programm beendet. Beispiel (abwechselnd
Eingabe/Ausgabe; die Shell gibt eine Zeichenkette erst dann weiter, wenn diese mit Enter abgeschlossen
wurde):
% namen
Eingabe: JAMES T. kirk
Ausgabe: James T. Kirk
Eingabe: heinrich HEINE
Ausgabe: Heinrich Heine
1

ˆD
%
Aufgabe: (40 Punkte) Schreiben Sie ein Assembler-Programm sgrep.asm (mit ähnlicher Funktion wie das
Unix-Kommando grep), welches in der Standardeingabe nach einer Zeichenkette sucht, die als Kommandozeilenargument
angegeben wurde. Wird die Zeichenkette in einer Zeile (Zeilenabschluss 0x0a) gefunden, so wird
die gesamte Zeile auf der Standardausgabe ausgegeben.
Aufgabe: (40 Punkte) Schreiben Sie ein Assembler-Programm colsel.asm, welches die Standardeingabe
durchmustert und nur eine “Spalte” des Eingabedatenstroms auf der Standardausgabe ausgibt. Die Nummer der
Spalte (beginnend mit 1) wird als Kommandozeilenargument angegeben. Spalten werden von Tabulatoren (0x09)
getrennt, wobei auch mehrere Tabulatoren hintereinander auftreten können. Zeilen enden mit 0x0a.
Aufgabe: (40 Punkte) Schreiben Sie ein Assembler-Programm convert10to16.asm welches eine vorzeichenlose
Dezimalzahl in eine Hexadezimalzahl (32 bit) umwandelt. Die Dezimalzahl wird als Kommandozeilen-
Argument übergeben, nochmals im Original ausgegeben, umgewandelt und als Hexadezimalzahl (mit führenden
Nullen) auf der Standardausgabe ausgegeben. Das Programm soll eine Fehlermeldung ausgeben, wenn ein inkorrektes
Zeichen eingegeben wurde oder der Wertebereich von 32 bit überschritten wird. Beispiel:
% convert10to16 12345
decimal number = 12345
hexadecimal number = 0x00003039
% convert10to16 4294967295
decimal number = 4294967295
hexadecimal number = 0xffffffff
% convert10to16 4294967296
decimal number = 4294967296
invalid decimal number
% convert10to16 12x45
decimal number = 12x45
invalid decimal number
%
Aufgabe: (30 Punkte) Schreiben Sie ein Assembler-Programm convert16to10.asm, welches eine vorzeichenlose
Hexadezimalzahl (max. 8 Stellen) in eine Dezimalzahl umwandelt. Die Hexadezimalzahl wird als Kommandozeilen-Argument
übergeben, nochmals im Original ausgegeben, umgewandelt und als Dezimalzahl (ohne
führende Nullen) auf der Standardausgabe ausgegeben. Das Programm soll eine Fehlermeldung ausgeben, wenn
ein inkorrektes Zeichen oder mehr als 8 Stellen eingegeben wurden. Beispiel:
% convert16to10 3e8
hexadecimal number = 0x3e8
decimal number = 1000
% convert16to10 3g8
hexadecimal number = 0x3g8
invalid hexadecimal number
%
Aufgabe: (40 Punkte) Schreiben Sie ein Assembler-Programm wortzaehl.asm, welches die Anzahl der Zeilen,
der Worte und der Zeichen in einer Text-Datei zählt und diese Angaben auf der Standardausgabe ausgibt (eine
einfache Variante des Unix-Befehls wc, der auch zum Vergleich herangezogen werden sollte). Worte werden von
Leerzeichen (0x20), Tabulatoren (0x09) oder Zeilenumbrüchen (0x0a) getrennt, wobei auch mehrere dieser
Zeichen hintereinander auftreten können. Der Name der Text-Datei soll als Kommandozeilen-Argument übergeben
werden, die Ausgabe der drei Zahlen im Dezimalsystem erfolgt auf der Standardausgabe. Für die Ausgabe wird
ähnlicher Code wie in der Aufgabe convert16to10.asm nötig sein (es wird deswegen auch nur eine Aufgabe
von beiden gewertet).
Aufgabe: (20 Punkte) Schreiben Sie ein Assembler-Programm rot13.asm, welches ASCII-Text von der Standardeingabe
einliest, diesen mithilfe des ROT13-Verfahrens “verschlüsselt” und auf der Standardausgabe ausgibt.
Die ROT13-Chiffrierung verschiebt jeden Buchstaben des Alphabets um 13 Stellen nach vorn oder hinten. Chiffrierung
und Dechiffrierung sind identisch. Das folgende C-Programm realisiert das gewünschte Verhalten:
2

#include
#include
int
main()
{
char c, cc;
while (!feof(stdin)) {
c = fgetc(stdin);
if (c == EOF) break;
cc = c | 0x20;
if ((cc >= ’a’) && (cc = ’n’) && (cc

#include
#include
void
block_ausgabe(long int wert, char einer, char fuenfer, char zehner)
{
long int i;
if (wert == 9)
printf("%c%c", einer, zehner);
else if (wert > 4) {
printf("%c", fuenfer);
for (i = wert; i >= 6; i--)
printf("%c", einer);
}
else if (wert == 4)
printf("%c%c", einer, fuenfer);
else
for (i = wert; i >= 1; i--)
printf("%c", einer);
}
int
main(int argc, char *argv[])
{
long int i, zahl;
}
if (argc != 2) {
fprintf(stderr, "arabic2roman \n");
return -1;
}
zahl = atol(argv[1]);
/* keine Ausgabe fuer 0 oder negative Zahlen */
if (zahl

% bubblesort Dieses Programm sortiert alle Zeichenketten nach Ihrem ASCII-Code.
Deeiss
Pagmmorr
eiorrstt
aell
Zceeeehiknntt
achn
Iehmr
-.ACCIISdeo
%
Beim Bubblesort werden nacheinander jeweils zwei aufeinanderfolgende Elemente verglichen (Index i und i + 1).
Befinden die beiden Elemente sich nicht in der gewünschten Ordnung, so werden sie vertauscht. Dann wird mit
Index i + 1 und i + 2 fortgefahren. Die Sortierung ist beendet, wenn im letzten Durchlauf keine Vertauschung
vorgenommen wurde.
Aufgabe: (40 Punkte) Implementieren Sie das CRC-Verfahren zur Checksummen-Berechnung nach der Beschreibung
auf http://de.wikipedia.org/wiki/CRC-32 in einem Assemblerprogramm crc.asm. Das Programm
soll die CRC-Checksumme für die Zeichen berechnen, die ihm auf der Standardeingabe übergeben werden
(z.B. durch Umlenken einer Datei auf die Standardeingabe). Beispiel:
% crc < print_args.asm
Checksumme: 0xbe9b56fc
%
Gehen Sie von dem modifizierten Algorithmus aus, der auf obiger Webseite als C-Programm angegeben ist:
#include
#include
#include
#define CRC32POLYREV 0xEDB88320 /* CRC-32 Polynom, umgekehrte Bitfolge */
int datastream[]={1,0,0,0,1,1,0,0}; /* ASCII-"1", LSB zuerst */
int databits=8;
uint32_t crc32_rev; /* Shiftregister */
void calc_crc32_rev(int bit)
{ int lbit;
lbit=crc32_rev & 1;
if (lbit != bit)
crc32_rev=(crc32_rev>>1) ˆ CRC32POLYREV;
else
crc32_rev=crc32_rev>>1;
}
int main(void)
{ int i;
}
crc32_rev=0xffffffff; /* Startwert (111...) */
for (i=0; i

% clock
Es ist 11:27:36
%
Die Uhrzeit kann um 1 oder 2 Stunden von der Mitteleuropäischen (Sommer-)Zeit abweichen.
Aufgabe: (40 Punkte) Schreiben Sie ein Assembler-Programm fixedpoint.asm. Dieses soll auf der Standardeingabe
eine Dezimalzahl mit Vor- und Nachkommestellen akzeptieren und auf der Standardausgabe deren
Kodierung als Festkommazahl binär ausgeben. Die Festkommazahl hat 32 Bit und soll jeweils 16 Bit als Vor- und
Nachkommabereich enthalten. Das Programm soll enden, wenn der Systemruf read den Rückgabewert 0 liefert.
% fixedpoint
Type a number: 234.23508
32bit fixed-point number: 00000000111010100011110000101110b
Type a number: 56908.2309482
32bit fixed-point number: 11011110010011000011101100011111b
Type a number: 230983.0984209348
32bit fixed-point number: 11111111111111110001100100110010b
ˆD
%
6