Aufgaben zur IA32-Assembler-Programmierung

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1 Aufgaben zur IA32-Assembler-Programmierung Prof. Dr. Ralf Möller AG Technische Informatik Technische Fakultät Universität Bielefeld Version 1.22 vom 8. August 2017, WS 2017/18

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3 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 sgrep : (40 Punkte) Schreiben Sie ein Assembler-Programm sgrep.asm (mit ähnlicher Funktion wie das Unix-Kommando grep), welches in der Standardeingabe (auch mit mehreren Zeilen) 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 colsel : (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 convert10to16 : (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. Vermeiden Sie bei Divisionen bei der Ausgabe der Hexadezimalzahl. Das Programm soll eine Fehlermeldung ausgeben, wenn ein inkorrektes Zeichen eingegeben wurde oder der Wertebereich von 32 bit überschritten wird. Beispiel: convert10to decimal number = hexadecimal number = 0x convert10to decimal number = hexadecimal number = 0xffffffff convert10to decimal number = invalid decimal number convert10to16 12x45 decimal number = 12x45 invalid decimal number Aufgabe convert16to10 : (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 wortzaehl : (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 mime : (50 Punkte) Schreiben Sie ein Assembler-Programm mime.asm, welches beliebige Binärdaten in das MIME-Format verwandelt. Das Programm soll die Daten von der Standardeingabe lesen; die Ausgabe des konvertierten Datei-Inhalts erfolgt auf der Standardausgabe. 1

4 Das MIME-Format (Multipurpose Internet Mail Exchange) wird beim Versenden von -Attachments verwendet. Da einige Mailserver nur mit ASCII-Daten umgehen können und deshalb Bit 7 eines übertragenen Bytes ignorieren, würden Binärdateien (Programme, gepackte Dateien usw.), bei denen Bit 7 Information enthält, beim -Versand verstümmelt. Beim MIME-Format werden jeweils 24 Bit (3 Byte) der Eingangsdaten durch 4 ASCII-Zeichen kodiert. Jedes ASCII-Zeichen wird anhand einer Tabelle aus jeweils 6 Bit der Eingabedaten ermittelt. Die Tabelle zeigt die Zuordnung der vier 6-Bit-Gruppen (1 bis 4) zu den drei Eingabe-Bytes (Kästen): Byte 1 Byte 2 Byte Jede 6-Bit-Gruppe wird dabei durch ein druckbares ASCII-Zeichen nach folgender Tabelle ersetzt: Wert Zeichen Wert Zeichen Wert Zeichen Wert Zeichen 0 A 26 a B 27 b / Y 50 y Z 51 z 61 9 Endet die Eingabe-Datei mit einer unvollständigen 24-Bit-Gruppe, so werden angebrochene 6-Bit-Gruppen mit Nullen aufgeführt und wie üblich transformiert, und für die nicht benutzten 6-Bit-Gruppen werden jeweils Füllzeichen = ausgegeben. Nach jeweils 72 encodierten Zeichen sind Zeilenumbrüche (0x0a) zu ergänzen. Zum Test Ihres Programms können Sie die Ausgaben Ihres Programms mime mit der Ausgabe des vorhandenen Programms base64 vergleichen (bspw. mit dem Kommando diff), oder mit base64 -d zurückwandeln und das Ergebnis vergleichen. Beispiel: echo "Dies benötigt 8 Bit" mime RGllcyBiZW7DtnRpZ3QgOCBCaXQK echo "Dies benötigt 8 Bit" base64 RGllcyBiZW7DtnRpZ3QgOCBCaXQK echo "Dies benötigt 8 Bit" mime base64 -d Dies benötigt 8 Bit Aufgabe arabic2roman : (50 Punkte) Schreiben Sie ein Assembler-Programm arabic2roman, welches arabische in römische Zahlen verwandelt und diese ausgibt. Das folgende C-Programm realisiert das gewünschte Verhalten (aus Herold / Arndt: C-Programmierung unter Linux): #include <stdio.h> #include <stdlib.h> void block_ausgabe(long int wert, char einer, char fuenfer, char zehner) { long int i; if (wert == 9) printf("cc", einer, zehner); else if (wert > 4) { printf("c", fuenfer); for (i = wert; i >= 6; i--) printf("c", einer); else if (wert == 4) printf("cc", einer, fuenfer); else for (i = wert; i >= 1; i--) printf("c", einer); int 2

5 main(int argc, char *argv[]) { long int i, zahl; if (argc!= 2) { fprintf(stderr, "arabic2roman <positive Zahl>\n"); return -1; zahl = atol(argv[1]); /* keine Ausgabe fuer 0 oder negative Zahlen */ if (zahl <= 0) return 0; /* Ausgabe Tausender (M) */ for (i = 1; i <= zahl/1000; i++) printf("m"); /* Ausgabe Zahlenbereich , C=100, D=500, M=1000 */ zahl = zahl 1000; block_ausgabe(zahl/100, C, D, M ); /* Ausgabe Zahlenbereich , X=10, L=50, C=100 */ zahl = zahl 100; block_ausgabe(zahl/10, X, L, C ); /* Ausgabe Zahlenbereich 1..9, I=1, V=5, X=10 */ zahl = zahl 10; block_ausgabe(zahl, I, V, X ); printf("\n"); return 0; C-Eigenheiten: Der Operator ist die Modulo-Operation, der Operator / ist in diesem Fall eine ganzzahlige Division. Die Funktion printf() realisiert eine Ausgabe auf der Konsole. Das Ausgabeformat c gibt das ASCII-Zeichen einer Zahl aus. Die Funktion main() wird beim Start des Programms aufgerufen. Ihr werden die Anzahl der auf der Kommandozeile übergebenen Argumente argc und ein Feld von Zeichenketten der Argumente argv übergeben. Die Funktion atol verwandelt eine Zeichenkette in eine ganze Zahl. Beispiele: arabic2roman 2010 MMX arabic2roman 1968 MCMLXVIII Aufgabe bubblesort : (20 Punkte) Schreiben Sie ein Assembler-Programm bubblesort.asm, welches das Bubblesort-Verfahren verwendet, um mehreren Zeichenketten aufsteigend nach Ihrem ASCII-Code zu sortieren. Die Zeichenketten werden als Kommandozeilenparameter übergeben, die sortierten Zeichenketten werden auf der Standardausgabe ausgegeben. Beispiel: 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 crc : (40 Punkte) Implementieren Sie das CRC-Verfahren zur Checksummen-Berechnung nach der Beschreibung auf in einem Assemblerprogramm crc.asm. 3

6 Das Programm soll die CRC-Checksumme für die Folgen von Zeichen berechnen, die ihm auf der Standardeingabe übergeben werden (z.b. durch Umlenken einer Datei auf die Standardeingabe). Beispiel (verwenden auch Sie die Datei crctest.txt zum Test Ihres Programms): crc < crctest.txt Checksumme: 0x76e71f9c Gehen Sie von dem modifizierten Algorithmus aus, der auf obiger Webseite als C-Programm angegeben ist (das C-Programm benutzt einen festen Datenstrom, Ihr Programm soll von der Standardeingabe lesen): #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <inttypes.h> #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<databits; ++i) calc_crc32_rev(datastream[i]); printf("0x08x\n",crc32_rev ˆ 0xffffffff); /* inverses Ergebnis, MSB zuerst */ return EXIT_SUCCESS; Aufgabe fixedpoint : (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. Der Vorkommateil soll bei Überlauf aus 1-Bits bestehen. fixedpoint Type a number: bit fixed-point number: b Type a number: bit fixed-point number: b Type a number: bit fixed-point number: b ˆD 4