assembly - 组装中的随机数

Question

我是汇编语言的新手，想知道如何在EMU8086中编写一个程序，该程序在每次运行时均打印不同的随机数。是否可以在不使用中断的情况下做到这一点？

Answer 1

如果您使用的是DOS的真实版本（不是EMU8086），则@fuz方法是您可以使用的方法，并且它不需要中断。您只需在BIOS Data Area（BDA）中的内存地址0x46c（0x00040：0x006c）处读取32位值的低16位。该位置的值是一个32位值，代表自午夜以来的计时器滴答数。不幸的是EMU8086不支持该方法。
要在带有中断（系统调用）的EMU8086中获取随机数，可以使用Int 1ah/ah=0h：

时间-获取系统时间

AH = 00h
Return:
CX:DX = number of clock ticks since midnight
AL = midnight flag, nonzero if midnight passed since time last read

然后，您可以使用该值并打印出来。该值是半随机的。您可以直接将其打印出来，但是最好将其作为种子值传递到 Pseudo-random Number Generator（PRNG）中。参见下面的 basic LCG部分。尽管EMU8086具有 macro/function来执行操作，但打印整数是一个单独的问题。这段代码可以产生一个介于1到10之间的半随机数并打印出来：

org 100h
include emu8086.inc                                                       

xor ax,ax            ; xor register to itself same as zeroing register
int 1ah              ; Int 1ah/ah=0 get timer ticks since midnight in CX:DX
mov ax,dx            ; Use lower 16 bits (in DX) for random value

xor dx,dx            ; Compute randval(DX) mod 10 to get num
mov bx,10            ;     between 0 and 9
div bx               ; Divide dx:ax by bx
inc dx               ; DX = modulo from division
                     ;     Add 1 to give us # between 1 and 10 (not 0 to 9)

mov ax,dx            ; Move to AX to print     
call PRINT_NUM_UNS   ; Print value in AX as unsigned

ret
                                                      
DEFINE_PRINT_NUM_UNS ; Needed to support EMU8086 PRINT_NUM_UNS function 

END

每次您运行该程序时，它都应该打印一个1到10之间的数字。从时钟滴答声中获得随机值后，我们会将其转换为1到10之间的数字。该代码将类似于此伪代码1：

unsigned char num = (get_rand_value() % 10) + 1

我们除以10并使用模（模值将在0到9之间），然后加1使其成为1到10之间的值。 get_rand_value实际上是Int 1ah / AH = 0系统调用。
注意：时钟滴答是半随机源，并且转换为1到10的值的方法受 modulo bias的影响。我将上面的代码作为一种快速而肮脏的方法进行介绍，但足以使您开始进行作业。

可以在不发出 INT指令的情况下执行此操作，但是我们仍然通过对中断处理程序的代码执行间接FAR CALL来使用中断向量表。当您问这个问题是否可以不间断地完成时，我想这就是您的初衷。底层的INT指令推入当前的FLAGS寄存器（使用 PUSHF），后跟FAR CALL的等效项。控制权转移到中断向量表（IVT）中的0x0000：[interrupt_num * 4]的FAR地址。中断例程完成后，它将发出 IRET指令，以取消推送，恢复标志，并在FAR CALL之后返回指令。修改后的代码如下所示：

org 100h
include emu8086.inc                                                       

xor ax,ax            ; xor register to itself same as zeroing register
mov es,ax            ; Zero the ES register for use with FAR JMP below so that we
                     ;     can make a FAR CALL relative to bottom of Interrupt Vector Table
                     ;     in low memory (0x0000 to 0x03FF)

; Do a system call without the INT instruction
; This is advanced assembly and relies on the
; understanding of how INT/IRETD work. We fake a 
; system call by pushing FLAGS and rather 
; than use int 1ah we do a FAR CALL indirectly 
; through the interrupt vector table in lower memory
pushf                ; Push FLAGS
call far es:[1ah*4]  ; Indirectly call Int 1ah/ah=0 through far pointer in IVT
                     ;     get timer ticks since midnight in CX:DX

mov ax,dx            ; Use lower 16 bits (in DX) for random value

xor dx,dx            ; Compute randval(DX) mod 10 to get num
mov bx,10            ;     between 0 and 9
div bx
inc dx               ; DX = modulo from division
                     ;     Add 1 to give us # between 1 and 10 (not 0 to 9)

mov ax,dx            ; Move to AX to print
call PRINT_NUM_UNS   ; Print value in AX as unsigned

ret

DEFINE_PRINT_NUM_UNS ; Macro from include file to make PRINT_NUM_UNS usable

END

相关问题？可能的问题。简单的LCG PRNG
还有一个与此相似的问题，在这个问题的一天之内就是 posted。如果此分配与另一个分配有关，则需要注意的是，如果尝试从系统计时器滴答声中快速连续获取随机数，则会遇到问题。在上面的回答中，我说：

该值是半随机的。您可以直接将其打印出来，但是最好将其作为种子值传递到 Pseudo Random Number Generator（PRNG）中。

计时器分辨率为每秒18.2次。分辨率不是很高，一个接一个地调用Int 1ah / ah = 0可能会导致返回相同的数字，或者第二个调用返回的值比第一个更大的机会。这可以通过创建PRNG（如简单的 LCG）并使用一次计时器值作为种子来解决。对于您需要的每个值-您向PRNG查询下一个值而不是系统时间。
在相关的 LCG based PRNG中可以找到一个简单的 Stackoverflow Answer。根据该答案，您可以创建一个 srandsystime函数以用计时器滴答声为PRNG注入种子，并创建一个 rand()函数以从PRNG返回下一个值。下面的代码演示了一次设置种子，然后显示1到10之间的两个随机值：

org 100h
include emu8086.inc

start:
    call srandsystime   ; Seed PRNG with system time, call once only 

    call rand           ; Get a random number in AX
    call rand2num1to10  ; Convert AX to num between 1 and 10
    call PRINT_NUM_UNS  ; Print value in AX as unsigned
    PRINT ", "          ; Print delimiter between numbers
    call rand           ; Get another random number in AX
    call rand2num1to10  ; Convert AX to num between 1 and 10
    call PRINT_NUM_UNS  ; Print value in AX as unsigned
    ret 

; Return number between 1 and 10
;    
; Inputs:   AX = value to convert
; Return:   (AX) value between 1 and 10

rand2num1to10:
    push dx
    push bx
    xor dx,dx           ; Compute randval(DX) mod 10 to get num
    mov bx,10           ;     between 0 and 9
    div bx
    inc dx              ; DX = modulo from division
                        ;     Add 1 to give us # between 1 and 10 (not 0 to 9)
    mov ax,dx
    pop bx
    pop dx
    ret

; Set LCG PRNG seed to system timer ticks
;
; Inputs:   AX = seed
; Modifies: AX 
; Return:   nothing 

srandsystime:
    push cx
    push dx
    xor ax, ax          ; Int 1Ah/AH=0 to get system timer in CX:DX 
    int 1ah
    mov [seed], dx      ; seed = 16-bit value from DX
    pop dx
    pop cx
    ret

; Updates seed for next iteration
;     seed = (multiplier * seed + increment) mod 65536
;     multiplier = 25173, increment = 13849
;
; Inputs: none
; Return: (AX) random value

rand:
    push dx
    mov ax, 25173       ; LCG Multiplier
    mul word ptr [seed] ; DX:AX = LCG multiplier * seed
    add ax, 13849       ; Add LCG increment value
    mov [seed], ax      ; Update seed
    ; AX = (multiplier * seed + increment) mod 65536
    pop dx
    ret
        
seed dw 11             ; Default initial seed of 11    

    DEFINE_PRINT_NUM_UNS; Macro from include file to make PRINT_NUM_UNS usable    

END

脚注：

1要获取 lower到 upper（含）范围内的随机数，可以使用以下通用公式：

rndvalue =（rand（）％（up-lower + 1））+更低;


缺陷：将PRNG中的随机值转换为1到10之间的数字仍然会遭受模偏差。

通常在开发16位汇编例程时使用 Watcom's register calling convention（描述为第12页）。可以根据自己的需求量身定制。

该特定的LCG PRNG在图案重复之前的周期约为65536。对于大多数简单的任务，这应该足够了。