Язык ассемблера

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Язык ассемблера — тип языка программирования низкого уровня, представляющий собой формат записи машинных команд, удобный для восприятия человеком. Часто для краткости его называют просто ассемблером, что не верно.

[править] Содержание языка

Команды языка ассемблера один в один соответствуют командам процессора и, фактически, представляют собой удобную символьную форму записи (мнемокод) команд и их аргументов. Также язык ассемблера обеспечивает базовые программные абстракции: связывание частей программы и данныx через метки с символьными именами (при ассемблировании^[1] для каждой метки высчитывается адрес, после чего каждое вхождение метки заменяется на этот адрес) и директивы^[2].

Директивы ассемблера позволяют включать в программу блоки данных (описанные явно или считанные из файла); повторить определённый фрагмент указанное число раз; компилировать фрагмент по условию; задавать адрес исполнения фрагмента, отличный от адреса расположения в памяти^{[уточнить!]}; менять значения меток в процессе компиляции; использовать макроопределения с параметрами и др.

Каждая модель процессора, в принципе, имеет свой набор команд и соответствующий ему язык (или диалект) ассемблера.

Имеются процессоры, реализующие базис своих высокоуровневых языков (Forth, Lisp), где ассемблер имеет минимальные отличия от базового языка. В отличие, например, от существующих, ассемблер процессора Java не совместим синтаксически с своим высокоуровневым языком.

[править] Достоинства и недостатки

[править] Достоинства языка ассемблера

• Минимальное количество избыточного кода, то есть использование меньшего количества команд и обращений в память, позволяет увеличить скорость и уменьшить размер программы.
• Обеспечение полной совместимости и максимального использования возможностей нужной платформы: использование специальных инструкций и технических особенностей данной платформы.
• При программировании на ассемблере становятся доступными специальные возможности: непосредственный доступ к аппаратуре, портам ввода-вывода и особым регистрам процессора, а также возможность написания самомодифицирующегося кода (то есть метапрограммирование, причём без необходимости программного интерпретатора).
• Последние технологии безопасности, внедряемые в операционные системы, не позволяют делать самомодифицирующегося кода, так как исключают одновременную возможность исполнения инструкций и запись в одном и том же участке памяти (технология W^X в BSD-системах, DEP в Windows).

[править] Недостатки языка ассемблера

• Большие объёмы кода и большое число дополнительных мелких задач, что приводит к тому, что код становится очень сложно читать и понимать, а следовательно усложняется отладка и доработка программы, а также трудность реализации парадигм программирования и любых других соглашений, что приводит к сложности совместной разработки.
• Меньшее количество доступных библиотек, их малая совместимость между собой.
• Непереносимость на другие платформы (кроме двоично совместимых).

[править] Применение

Напрямую вытекает из достоинств и недостатков.

Поскольку большие программы на ассемблере писать крайне неудобно, их пишут на языках высокого уровня. На ассемблере же пишут небольшие фрагменты или модули, для которых критически важны:

• быстродействие (драйверы);
• размер кода (загрузочные сектора, программное обеспечение для микроконтроллеров и процессоров с ограниченными ресурсами, вирусы, программные защиты);
• специальные возможности: работа напрямую с аппаратурой или машинным кодом, то есть загрузчики операционных систем, драйверы, вирусы, системы защиты.

[править] Связывание ассемблерного кода с другими языками

Поскольку на ассемблере чаще всего пишут лишь фрагменты программы, их необходимо связывать с остальными частями на других языках. Это достигается 2 основными способами:

• На этапе компиляции — вставка в программу ассемблерных фрагментов (англ. inline assembler) специальными директивами языка, в том числе написание процедур на языке ассемблера. Способ удобен для несложных преобразований данных, но полноценного ассемблерного кода, с данными и подпрограммами, включая подпрограммы с множеством входов и выходов, не поддерживаемых высокоуровневыми языками, с помощью него сделать нельзя.
• На этапе компоновки, или раздельная компиляция. Для взаимодействия скомпонованных модулей достаточно, чтобы связующие функции^[3] поддерживали нужные соглашения о вызовах (англ. calling conventions) и типы данных. Написаны же отдельные модули могут быть на любых языках, в том числе и на ассемблере.

[править] Синтаксис

Общепринятого стандарта для синтаксиса языков ассемблера не существует. Однако, существуют стандарты, которых придерживается большинство разработчиков языков ассемблера. Основными такими стандартами являются Intel-синтаксис и AT&T-синтаксис.

[править] Инструкции

Общий формат записи инструкций одинаков для обоих стандартов:

[метка:] опкод [операнды] [;комментарий]

где опкод — непосредственно мнемоника инструкции процессору. К ней могут быть добавлены префиксы (повторения, изменения типа адресации и пр.).

В качестве операндов могут выступать константы, названия регистров, адреса в оперативной памяти и пр.. Различия между стандартами Intel и AT&T касаются, в основном, порядка перечисления операндов и их синтаксиса при различных методах адресации.

Используемые мнемоники обычно одинаковы для всех процессоров одной архитектуры или семейства архитектур (среди широко известных - мнемоники процессоров и контроллеров Motorola, ARM, x86). Они описываются в спецификации процессоров. Возможные исключения:

• Если ассемблер использует кроссплатформенный AT&T-синтаксис (оригинальные мнемоники приводятся к синтаксису AT&T)
• Если изначально существовало два стандарта записи мнемоник (система команд была наследована от процессора другого производителя).

Например, процессор Zilog Z80 наследовал систему команд Intel i8080, расширил ее и поменял мнемоники (и обозначения регистров) на свой лад. Например сменил интеловские mov^[4] на ld. Процессоры Motorola Fireball наследовали систему команд Z80, несколько её урезав. Вместе с тем, Motorola официально вернулась к мнемоникам Intel. И в данный момент половина ассемблеров для Fireball работает с интеловскими мнемониками, а половина с мнемониками Zilog.

[править] Директивы

Кроме инструкций, программа может содержать директивы: команды, не переводящиеся непосредственно в машинные инструкции, а управляющие работой компилятора. Набор и синтаксис их значительно разнятся и зависят не от аппаратной платформы, а от используемого компилятора (порождая диалекты языков в пределах одного семейства архитектур). В качестве "джентельменского набора" директив можно выделить:

• определение данных (констант и переменных)
• управление организацией программы в памяти и параметрами выходного файла
• задание режима работы компилятора
• всевозможные абстракции (т.е. элементы языков высокого уровня) - от оформления процедур и функций (для упрощения реализации парадигмы процедурного программирования) до условных конструкций и циклов (для парадигмы структурного программирования)
• макросы

[править] Пример программы

Пример программы Hello world для MS-DOS для архитертуры x86 на диалекте TASM:

.MODEL TINY
CODE SEGMENT
ASSUME CS:CODE, DS:CODE
ORG 100h
START:
        mov ah,9
        mov dx,OFFSET Msg
        int 21h
        int 20h
        Msg DB 'Hello World',13,10,'$'
CODE ENDS
END START

[править] Происхождение и критика термина «язык ассемблера»

Данный тип языков получил свое название от названия транслятора (компилятора) с этих языков — ассемблера (англ. assembler — сборщик). Название последнего обусловлено тем, что на первых компьютерах не существовало языков более высокого уровня, и единственной альтернативой созданию программ с помощью ассемблера было программирование непосредственно в кодах.

Язык ассемблера в русском языке часто называют «ассемблером» (а что-то связанное с ним — «ассемблерный»), что, согласно английскому переводу слова, неправильно, но вписывается в правила русского языка. Однако, сам ассемблер (программу) тоже называют просто «ассемблером», а не «компилятором языка ассемблера» и т. п.

Использование термина «язык ассемблера» также может вызвать ошибочное мнение о существовании единого языка низкого уровня, или хотя бы стандарта на такие языки. При именовании языка, на котором написана конкретная программа, желательно уточнять, для какой архитектуры она предназначена и на каком диалекте языка написана.

[править] См. также

• Ассемблер - дополнительная информация
• KolibriOS — операционная система, полностью написанная на языке ассемблера (fasm)
• Методы адресации

[править] Ссылки

• WASM.ru — крупнейший русскоязычный портал, посвящённый информационной безопасности и программированию на языках ассемблера

1. ↑ переводе команд из мнемонической записи в двоичный вид, понятный процессору
2. ↑ команды, не переводящиеся в процессорные инструкции, а выполняемые компилятором при ассемблировании
3. ↑ определенные в одних модулях и использующиеся в других
4. ↑ команда перемещения данных

[править] Литература

• Галисеев Геннадий Владимирович Ассемблер для Win 32. Самоучитель. — М.: «Диалектика», 2007. — С. 368. — ISBN 978-5-8459-1197-1
• Кип Ирвин Язык ассемблера для процессоров Intel = Assembly Language for Intel-Based Computers. — М.: «Вильямс», 2005. — С. 912. — ISBN 0-13-091013-9