Sistemi E Reti

I Registri CS E IP

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I registri IP e CS nei programmi Assembly in formato .COM, per comprendere il funzionamento dell’esecuzione dei programmi a basso livello su CPU 8086.

Durata

20 minuti

Software

EMU8086

Nei sistemi basati su CPU 8086, l’esecuzione dei programmi Assembly è controllata da registri specifici. In questa lezione analizziamo il ruolo dei registri CS (Code Segment) e IP (Instruction Pointer) nei programmi in formato .COM, tipici dell’ambiente DOS.
Formato .COM
Un file .COM è un programma Assembly molto semplice:
  • utilizza un solo segmento di memoria
  • inizia sempre all’indirizzo 0100h
Registro CS (Code Segment)

Il registro CS contiene l’indirizzo del segmento di memoria dove si trova il codice del programma. La CPU usa CS insieme a IP per sapere dove leggere la prossima istruzione. Il registro rimane sempre costante e non viene mai aggiornato.

Registro IP (Instruction Pointer)

Il registro IP contiene l’offset della prossima istruzione da eseguire all’interno del segmento indicato da CS. Dopo ogni istruzione, IP viene automaticamente aggiornato.

CS e IP: cosa sono e perché si usano insieme

Nel processore 8086 la CPU individua la prossima istruzione tramite la coppia CS:IP. CS (Code Segment) contiene l’indirizzo del segmento di codice, mentre IP (Instruction Pointer) contiene l’offset della prossima istruzione all’interno di quel segmento.

Elemento Che cos’è Chi lo imposta Quando
CS Segmento del codice (base logica del codice) Loader/ambiente (es. DOS/EMU8086) All’avvio del programma
IP Offset della prossima istruzione (posizione nel segmento) CPU, inizialmente il loader; poi aumenta/esegue salti All’avvio e durante l’esecuzione
CS:IP Puntatore completo alla prossima istruzione CPU Continuamente

2) Indirizzo fisico: formula 8086

L’8086 trasforma segmento:offset in un indirizzo fisico con la formula: 

indirizzo_fisico = CS * 16 + IP

Esempio: se CS=0700h e IP=0100h, allora: 

0700h * 10h = 7000h
7000h + 0100h = 7100h

3) Perché nei file .COM IP parte da 0100h

Nei programmi .COM (ambiente DOS) il loader riserva i primi 256 byte del segmento per il PSP (Program Segment Prefix). Per questo motivo il codice del programma viene eseguito a partire dall’offset 0100h.

Intervallo (offset) Contenuto Nota
0000h - 00FFh PSP Informazioni di avvio, parametri, servizi DOS
0100h - ... Codice + dati del programma Qui parte l’esecuzione: CS:0100h

4) ORG 100h: la direttiva che “allinea” il codice

ORG 100h è una direttiva dell’assemblatore (non è un’istruzione CPU). Serve a dire: “Considera che il primo byte del mio programma si trova a offset 0100h”.

Domanda Risposta
ORG 100h imposta IP? No. IP lo imposta il DOS per i .COM (tipicamente a 0100h).
Allora a cosa serve ORG 100h? A fare in modo che l’assemblatore calcoli correttamente offset di salti e variabili sapendo che il codice parte da 0100h.
Cosa succede se scrivo ORG 200h in un .COM? Il DOS parte comunque da 0100h: si crea disallineamento e il programma tende a funzionare male (offset errati).

La dimensione delle istruzioni

IP viene incrementato del numero di byte dell’istruzione eseguita. 
org 100h

mov al, num1
add al, num2

L’istruzione mov al, num1 viene tradotta in 3 byte in memoria.

Quindi IP passa da:

0100h → 0103h

Nota:

  • IP non avanza di “una riga”, ma di 3 byte, cioè della dimensione dell’istruzione macchina.
  • IP viene incrementato in base al numero di byte dell’istruzione macchina, non in base alle righe del codice sorgente.
  • Single Step esegue una istruzione macchina, e IP avanza della sua lunghezza in byte.


LABORATORIO

Dimensione delle istruzioni e variazione dell’offset (IP) in EMU8086

In questo laboratorio si osserva che l’Instruction Pointer (IP) non viene incrementato di 1, ma della dimensione in byte dell’istruzione eseguita. L’obiettivo è collegare istruzioni Assembly, byte in memoria e valore di IP.

1 Codice di partenza

Creare un nuovo programma .COM e inserire il seguente codice: 

org 100h

 
  mov al, num1
  add al, num2
  sub al, num2
  mov ax, num3
  int 20h

num1 db 5
num2 db 1
num3 dw 0

Questo programma contiene istruzioni di lunghezza diversa.

2 Osservazione iniziale di IP

1) Avviare il programma in modalità Single Step.
2) Prima di eseguire la prima istruzione, osservare la finestra Registers.

  • Annotare il valore iniziale di IP (atteso: 0100h).
  • Annotare il valore di CS.

Questo conferma che l’esecuzione parte dall’offset 0100h.

3 Esecuzione Single Step e variazione di IP

Eseguire il programma una istruzione alla volta con Single Step. Dopo ogni istruzione, osservare il nuovo valore di IP.

Compilare la seguente tabella. La prima riga è già completata.

Istruzione IP iniziale IP finale Incremento IP Dimensione istruzione
mov al, num1 0100h 0103h +3 3 byte
add al, num2 ________ ________ ________ ________
sub al, num2 ________ ________ ________ ________
mov ax, num3 ________ ________ ________ ________
int 20h ________ ________ ________ ________

4 Verifica con il Memory Dump

Aprire la finestra Memory Dump e posizionarsi all’indirizzo CS:0100.

  • Osservare quanti byte consecutivi occupa ogni istruzione.
  • Verificare che il numero di byte corrisponda all’incremento di IP osservato.

Questo dimostra che IP avanza della lunghezza in byte dell’istruzione.

5 Conclusione guidata

Rispondere alle seguenti domande:

  • IP aumenta sempre di 1? Perché?
  • Da cosa dipende l’incremento di IP?
  • La CPU esegue righe di codice o byte di memoria?







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