Kierunek Informatyka
Instrukcja do ćwiczeń laboratoryjnych nr:		3	Nazwa przedmiotu: Programowanie niskopoziomowe
Temat: Rozkazy arytmetyczno – logiczne, przesunięcia bitowe, deklaracja zmiennych				Tryb studiów: stacjonarny i niestacjonarny
				Czas trwanie ćw. 2x45 min
Autor materiałów: dr Marcin Skuba

I. Treści programowe

Rejestry procesora, pamięć, wysyłanie i wysyłanych danych na stos oraz pobieranie, działania matematyczne - rozkazy arytmetyczne i logiczne, przesunięcia bitów.

II. Cel ćwiczenia

Opanowanie umiejętności używania rozkazów dodawania, odejmowania, inkrementacji dekrementacji, mnożenia i dzielenia oraz OR, AND, XOR i NOT. Zrozumienie operacji przesuwania bitów w prawo i w lewo oraz deklaracji zmiennych w pamięci operacyjnej.

III. Materiały dydaktyczne:

Wybrane instrukcje arytmetyczne, logiczne, bitowe

Składnia rozkazu	Opis	Przykład
INC rejestr/pamięć	Zwiększa o jeden wartość operandu.	INC AX AX = AX + 1
DEC rejestr/pamięć	Zmniejsza o jeden wartość operandu.	DEC AX AX = AX - 1
ADD rejestr/pamięć, rejestr/pamięć/wartość natychmiastowa	Dodaje wartość operandu drugiego do pierwszego i wynik zapisuje w operandzie pierwszym.	ADD AX, BX ;AX = AX + BX ADD AX, 7 ; AX = AX + 7
SUB rejestr/pamięć, rejestr/pamięć/wartość natychmiastowa	Odejmuje wartość operandu drugiego od pierwszego i wynik zapisuje w operandzie pierwszym.	SUB AX, BX ;AX = AX - BX SUB AX, 7 ;AX = AX – 7
MUL rejestr/pamięć	Mnożymy (wartości dodatnie) rejestr akumulatora (AX/EAX/RAX) z podanym operandem. Wynik zapisuje do rejestru akumulatora lub pary DX:AX, EDX:EAX, RDX:RAX.	MUL BX ;DX:AX = AX * BX MUL CL    ; AX = AL*CL MUL zm1 ; AX = AX *zm1 MUL CL ;AX = AL*CL  (1 bajt) MUL BX      ;DX:AX = AX*BX  ;(2 bajty)
iMUL rejestr/pamięć	Mnożenie wartości ze znakiem (wartości ujemnych).	MOV bx, -2 MOV ax, 3 iMUL bx ; FFFA - 1111 1010 NOT ax ;5 - 0000 0101 INC ax ;wartość bezwzględna =6
DIV rejestr/pamięć	Dzieli wartość (bez znaku) w rejestrze AX lub parze rejestrów DX:AX, EDX:EAX, RDX:RAX przez podany operand. Wynik zachowuje w rejestrze AX lub parze DX:AX, EDX:EAX, RDX:RAX. Rejestr akumulatora zawiera wynik, natomiast rejestr danych (DX, EDX, RDX) zawiera resztę z dzielenia.	DIV BX ; AX = AX / BX (DX zawiera resztę z dzielenia) DIV zmienna1 ; AX = AX / zmienna1 (DX zawiera resztę z dzielenia)
iDIV rejestr/pamięć	Dzielenie ze znakiem
AND rejestr/pamięć, rejestr/pamięć/wartość natychmiastowa	Wykonuje koniunkcję logiczną na bitach podanych operandów Wynik umieszcza w operandzie pierwszym. Jeśli dany bit obu operandów jest równy jeden to bit w wyniku będzie miał wartość jeden. W przeciwnym wypadku dany bit wyniku będzie miał wartość zero.	AND AX, 1 ; AX = 0000000000000001 (binarnie) = 1 (dziesiętnie) AND AX, 11111111 ; AX = 0000000011111111 (binarnie) = 255 (dziesiętnie)
OR rejestr/pamięć, rejestr/pamięć/wartość natychmiastowa	Wykonuje alternatywę logiczną na bitach podanych operandów. Wynik umieszcza w operandzie pierwszym. Jeśli dany bit jednego z operandów jest równy jeden to bit w wyniku będzie miał wartość jeden. Bit wyniku będzie miał wartość zero tylko wtedy, gdy dane bity operandów będą równe zero.	OR AX, 0FFh ; AX = 1111111111111111 (binarnie) = 255/-1 (dziesiętnie)
XOR rejestr/pamięć, rejestr/pamięć/wartość natychmiastowa	Wykonuje alternatywę wykluczającą na bitach podanych operandów. Wynik umieszcza w operandzie pierwszym. Jeśli dane bity operandów mają taką samą wartość (jeden/jeden lub zero/zero) to bit w wyniku ma wartość zero. Jeśli dane bity mają różne wartości (jeden/zero, zero/jeden) to bit w wyniku ma wartość jeden.	XOR AX, AX ; AX = 0
SAL/SHL rejestr/pamięć, rejestr/pamięć/wartość natychmiastowa	Przesuwa w lewo bity operandu pierwszego o podaną ilość bitów w operandzie drugim. Starszy przesunięty bit, zostaje zachowany w fladze CF (Carry Flag), a młodsze bity są wypełniane zerami. SAL — schemat
SAR/SHR rejestr/pamięć, rejestr/pamięć/wartość natychmiastowa	Instrukcja SAR przesuwa w prawo bity operandu pierwszego o podaną ilość bitów w operandzie drugim. Najmłodszy przesunięty bit, zostaje wpisany do flagi CF, a najstarszy bit zostaje zachowany. Instrukcja SHR działa podobnie, różni się tylko tym, że zeruje najstarszy bit (nazywany również bitem znaku). SAR — schemat SHR — schemat
ROL/RCL rejestr/pamięć, rejestr/pamięć/wartość natychmiastowa	Instrukcja ROL przesuwa logicznie w lewo operand pierwszy o ilość bitów podaną w operandzie drugim. Nie używa flagi CF, więc najmłodszy bit przyjmuje wartość najstarszego bitu. Instrukcja RCL robi tę samą czynność, ale przy użyciu flagi CF, gdzie najmłodszy bit przyjmuje wartość, która była w CF, a znacznik CF przyjmuje wartość najstarszego bitu. ROL — schemat RCL — schemat
ROR/RCR rejestr/pamięć, rejestr/pamięć/wartość natychmiastowa	Instrukcja ROR przesuwa logicznie w prawo operand pierwszy o ilość bitów podaną w operandzie drugim. Nie używa flagi CF, więc najstarszy bit przyjmuje wartość najmłodszego bitu. Instrukcja RCR robi tę samą czynność, ale przy użyciu flagi CF, gdzie najstarszy bit przyjmuje wartość, która była w CF, a znacznik CF przyjmuje wartość najmłodszego bitu. ROR — schemat RCR — schemat

Wybrane znaczniki stanu i znaczniki sterujące w rejestrze EFLAGS:
SF – znacznik znaku
OF – znacznik przepełnienia
CF – znacznik przeniesienia
PF – znacznik parzystości
ZF – znacznik zera

0 AND 0 = 0     0 OR 0 = 0      0 XOR 0 = 0   NOT 0 = 1
0 AND 1 = 0     0 OR 1 = 1      0 XOR 1 = 1   NOT 1 = 0
1 AND 0 = 0     1 OR 0 = 1      1 XOR 0 = 1
1 AND 1 = 1     1 OR 1 = 1      1 XOR 1 = 0

and ax, 1 -  wyzeruje wszystkie bity z  wyjątkiem bitu numer 0.
or bx, 1111b  -  ustawia (włącza) 4 dolne bity. Reszta bez zmian.
xor cx, cx  - CX = 0 – zerowanie wartości rejestru
not dh - DH jest 0 tam, gdzie było 1

Deklaracja zmiennych (Na niebiesko zapisano nazwy zmiennych, na zielono zarezerwowany rozmiar danych)

dane0 db ? ;bajt bez nadanej wartości początkowej
dane1 db 7 ;bajt (8 bitów) z nadaną wartością 7

dane2 db 1, 2, 3, 4 ;ciąg czterech bajtów o nadanych wartościach

dane3 db "a" ;bajt przechowujący znak "a"

dane4 dw 5 ;słowo (2 bajty, 16 bitów) z nadaną wartością 5

dane5 dd 0 ;podwójne słowo (4 bajty, 32 bity)

dane6 dq 0 ;poczwórne słowo (8 bajtów, 64 bity)

dane7 dt 0 ;dziesięć bajtów

dane8 db "PWSZ Krosno $" ;ciąg bajtów (znaków) - napis

dane9 db 128 dup(0) ;ciąg 128 bajtów z wartością zero

dane10 db 64 dup("a") ;ciąg 64 bajtów z wartością znak "a"

Przykład zapisu daty w jednym rejestrze dwubajtowym:

wartość od 0-99 (Rok - Y) -> YYYYYYY (potrzebne maksymalnie 7 bitów)
wartości 1-12 (Miesiąc – M) -> MMMM (potrzebne maksymalnie 4 bity)
wartość 1-31 (Dzień – D) -> DDDDD (potrzebne maksymalnie 5 bitów)

YYYYYYY MMMM DDDDD

Przykład: 15 Maj 2026 roku
0011010 0101 01111
26 (1Ah) 05(5h) 15 (0FCh)

ROK Miesiąc Dzień

mov ax, 26 ; 00000000 00011010 ; 1A
mov bx, 05 ; 00000000 00000101 ; 05
mov cx, 15 ; 00000000 00001111 ; F

xor dx, dx ; 00000000 00000000 ; 0
mov dx, ax ; 00000000 00011010 ; 1A
shl dx, 4 ; 00000001 10100000 ; 1A0
xor dx, bx ; 00000001 10100101 ; 1A5
shl dx, 5 ; 00110100 10100000 ; 34A0
xor dx, cx ; 00110100 10101111 ; 34AF

Wartości ujemne

Zapisywanie liczb ujemnych w asemblerze opiera się na sprytnym triku matematycznym zwanym kodem uzupełnień do dwóch (U2). Pozwala on procesorowi traktować odejmowanie tak samo jak dodawanie.

Przykład 8-bitowy (jeden bajt). Załóżmy, że chcemy zapisać liczbę -5.

Metoda "Odwróć i dodaj jeden"

To najprostszy przepis na zamianę liczby dodatniej na ujemną w systemie binarnym:

1. Zapisz liczbę dodatnią binarnie:

5 to 0000 0101

2. Odwróć wszystkie bity (NOT):

Zamień zera na jedynki, a jedynki na zera.

1111 1010 (to się nazywa uzupełnienie do jedynki)

3. Dodaj 1 do wyniku:

1111 1010 + 1 = 1111 1011

Wynik 1111 1011 (czyli FBh w hex) to w asemblerze liczba -5.

Najłatwiej zrozumieć to na przykładzie licznika w samochodzie. Jeśli masz stan 000 i cofniesz go o 1, zobaczysz 999.

W komputerze działa to identycznie:

• 0000 0000 to 0
• Cofasz o 1 (odejmujesz): 1111 1111 to -1
• Cofasz o kolejne 1: 1111 1110 to -2

Kluczowa cecha: Najstarszy bit

W asemblerze (i całej architekturze x86/x64) najstarszy bit (ten najbardziej z lewej) pełni rolę "strażnika znaku":

• Jeśli jest równy 0 – liczba jest dodatnia.
• Jeśli jest równy 1 – liczba jest ujemna.

Dlatego dla 8 bitów:

• Maksymalna liczba dodatnia to 0111 1111 (127)
• Najmniejsza liczba ujemna to 1000 0000 (-128)

IV. Zadania

Zadanie 1.
Napisz program, który pobiera znak z klawiatury oraz wyświetla na ekran znak następny w kolejności. Np. po wciśnięciu znaku ‘a’ program wyświetla ‘b’, itd.

Zadanie 2.

Napisz program, który pobiera z klawiatury małe litery i wyświetla na ekranie te same litery jako duże.

Zadanie 3.
Przepisz przykłady z tabeli powyżej sprawdzając działanie rozkazów arytmetyczno logicznych sprawdzając zawartość rejestrów w TD.

Użyj również wartości ujemnych i spróbuj odczytać wynik (przekonwertuj do wartości bezwzględnej).

Zadanie 4.

Wzorując się na przykładzie powyżej zapisz w jednym rejestrze DX swoją datę urodzenia według kolejności: MMMMDDDDDRRRRRRR.

Zadanie 5.

Napisz program odczytujący kolejne wartości: rok, dzień, miesiąc z rejestru DX z poprzedniego zadania. Wartości zapisz w zmiennych w pamięci operacyjnej o nazwie rok, dzien, miesiac.