Язы́к ассе́мблера ( англ. assembly language) — представление команд процессора в виде, доступном для чтения человеком. Язык ассемблера считается языком программирования низкого уровня , в противовес высокоуровневым языкам , не привязанным к конкретной реализации вычислительной системы. Программы, написанные на языке ассемблера однозначным образом переводятся в инструкции конкретного процессора и в большинстве случаев не могут быть перенесены без значительных изменений для запуска на машине с другой системой команд. Ассемблером называется программа, преобразующая код на языке ассемблера в машинный код; программа, выполняющая обратную задачу, называется дизассемблером .

История

Первые ассемблеры были спроектированы Кэтлин Бут в 1947 под ARC2 и в 1948 под EDSAC , при этом термин «ассемблер» не использовали, просто называя язык «множеством базовых команд» ( англ. basic order set) и «начальными командами» ( англ. initial orders) соответственно. Впервые термин «ассемблер» для процесса объединения полей в командное слово начали использовать более поздние отчёты по EDSAC.

Также на ранних этапах развития программирования было введено понятие автокод — язык программирования, предложения которого по своей структуре в основном подобны командам и обрабатываемым данным конкретного машинного языка ^{[ значимость факта? ]} . В настоящее время термин фактически не используется.

Исторически, если первым поколением языков программирования считать машинные коды, то язык ассемблера можно рассматривать как второе поколение языков программирования ^{[ источник не указан 432 дня ]} . Недостатки языка ассемблера, например, сложность разработки на нём больших программных комплексов, позже привели к появлению языков третьего поколения — языков программирования высокого уровня (таких как Фортран , Лисп , Кобол , Паскаль , Си и другие).

Синтаксис

Не существует общеупотребительного синтаксиса языка ассемблера. Так как системы команд различных процессоров значительно отличаются, также и отличаются языки ассемблера для этих процессоров. Кроме того, каждая программа-ассемблер может использовать отличающийся от других синтаксис. В ассемблерах для процессоров x86 наибольшее распространение получил так называемый Intel-синтаксис , в меньшей степени — синтаксис AT&T .

Мнемоники

Базовой конструкцией языка ассемблера является мнемоника, или мнемокод — краткое символьное представление команды процессора. Как правило, она состоит из нескольких символов, обозначающих производимое действие (например, mov — для пересылки из одного регистра в другой, add — для сложения значений и т.д.). Также в мнемонику может входить объект, над которым производится операция (регистр, память, стек), либо другие особенности (влияние на регистр флагов , условия исполнения и т.д.), однако в других диалектах те же особенности могут задаваться в операндах.

Как правило, ассемблер каждого процессора имеет свой традиционный набор мнемоник, но встречаются ассемблеры с кроссплатформенным синтаксисом (такие, как синтаксис AT&T), однако кроссплатформенными в них остаются только обозначения, код одного процессора не может быть напрямую перенесён на другой.

Операнды

В качестве операндов могут указываться регистры, константные значения, адреса ячеек памяти и портов ввода-вывода , константы, метки и т.д. Разные ассемблеры могут требовать разного порядка операндов: в одних реализациях первым идёт оператор, в который записывается значение, в других он идёт последним. Как правило, операнды отделяются от мнемоник команд пробелами.

Литералы

Наиболее распространённым типом данных , с которыми умеют работать большинство процессоров, является целое число , упакованное в машинное слово , либо один или несколько байтов , реже число с плавающей запятой . В программах на языке ассемблера значительно чаще используются значения, заданные в разных системах счисления. Прежде всего в компьютерах с восьмибитным байтом часто используется шестнадцатеричная запись числа, так как в один байт помещаются две шестнадцатеричные цифры. Некоторые значения могут записываться двоичными кодами. В ранних компьютерах с шестибитным байтом встречалась также восьмеричная система счисления . Способы записи могут различаться в различных ассемблерах, например:

• Для записи числа в десятичной системе счисления в одних трансляторах требуется представление только в виде цифр ( 255 , 65535 ), тогда как в других для этого требуется начать число с точки ( .255 , .65535 ).
• Для записи числа в шестнадцатеричной системе требуется начать число с префикса «0x» ( 0x FF , 0x 2000 ), в других — добавить в конце числа «h» ( 0FFh , 2000h ), в третьих — записывать только цифры ( 0FF , 2000 ), при этом в последних двух случаях у чисел, начинающиеся с A…F, для отличия их от символьных имён спереди добавляют ноль.
• Признаком восьмеричной системы в некоторых трансляторах является ведущий ноль ( 0377 , 0177777 ), в других требуется добавить префикс в виде буквы «O», а число заключить в апострофы ( O’377’ , O’177777’ ).
• Для записи констант в двоичной системе распространённым является формат вида b'10010111' .

Кроме того, иногда требуется задавать блоки данных, загружаемые вместе с программным кодом, для чего ассемблер может содержать специализированные директивы. Современные ассемблеры могут поддерживать также организацию данных в виде различных структур .

Элементы выразительности

Ассемблеры могут поддерживать различные конструкции для облегчения чтения ассемблерного кода, снятия с программиста необходимости следить за адресами инструкций, а также для реализации элементов, характерных для языков высокого уровня.

• Метки — указывают на места в программе, на которые может производиться условный или безусловный переход , вызов процедуры, а также хранения данных и т.д. При ассемблировании метка преобразуется в адрес ;
• Именованные константы — позволяют давать осмысленное имя числовому значению, а также централизованно его менять. В процессе ассемблирования константа заменяется соответствующим ей значением;
• Комментарии в языке ассемблера имеют большее значение, чем в языках высокого уровня, так как он не может обеспечить кода.
• Макросы — позволяют упаковать часто встречающиеся последовательности команд, давая им осмысленное имя;
• Директивы ассемблера , позволяющие задавать режимы ассемблирования, осуществлять условную трансляцию и т.д.

Стандарты оформления кода

В ассемблерном коде как правило не применяются характерные для языков высокого уровня отступы и операторные скобки . Ассемблерный код обычно записывается в несколько колонок, которые включают:

• Адрес инструкции (необязательная колонка);
• Метки;
• Мнемонику самой инструкции;
• Операнды;
• Комментарии.

Такой способ записи отражает особенность исполнения программ на процессорах общего назначения: на уровне машинных кодов программы как правило линейны, не имеют никакой структуры и из одного места программы может быть осуществлён переход на другое безотносительно того, где находится начало программного кода и программа продолжит исполнение с того места, куда был осуществлён переход. Пример программы на языке ассемблера для архитектуры PIC16 :

Again: movf 0x40,W ;Скопировать ячейку с адресом 0x40 (десятичное 64) в регистр W addlw 0x05 ;Добавить константу 5 к регистру W movwf PORTC ;Записать регистр W в выходной порт PORTC микроконтроллера clrw ;Очистить регистр W (у данной инструкции нет операндов) goto Again ;Перейти на метку Again 

Достоинства и недостатки

Так как ассемблерный код однозначно переводится в машинный код для заданного процессора, это позволяет более полно использовать все возможности процессора, сокращать количество ненужных «холостых» операций и использовать прочие приёмы оптимизации программного кода, недоступные при использовании компиляторов, однако развитие оптимизирующих компиляторов приводит к тому, что качество генерируемого ими кода может быть выше, чем может написать программист на ассемблере средней квалификации . При этом чем больше объём программы, тем меньше выигрыш от использования языка ассемблера.

Программы на ассемблере не допускают неопределённого поведения , однако в целом написание и отладка кода на ассемблере требует больше усилий. На ассемблере недоступен контроль типов , из-за чего смысл того или иного значения и допустимые действия над ним должен контролировать сам программист. При написании программ на языке ассемблера требуется постоянно пользоваться стеком и ограниченным количеством регистров общего назначения, а также указателями, что требует от программиста внимательности и хорошей памяти.

Программы на языке ассемблера практически невозможно перенести на машину с другой архитектурой или системой команд без переписывания программы, даже если при написании использовался «кроссплатформенный» диалект ассемблера: разные архитектуры процессоров имеют разные наборы регистров, флагов, разные размеры машинного слова, а также могут иметь узкоспециализированные команды, отсутствующие на других платформах.

Программа на ассемблере имеет больше возможностей для взаимодействия с оборудованием и ядром ОС . К примеру, в ранних домашних компьютерах и игровых приставках мог отсутствовать встроенный таймер достаточно высокого разрешения, но при этом тактовая частота процессора была стандартной для всех устройств одного типа, что позволяло использовать процессор в качестве таймера, рассчитывая количество тактов на выполнение тех или иных команд и вставляя в нужных местах пустые операции. В современных процессорах, использующих встроенные схемы оптимизации исполнения, динамическое изменение тактовой частоты и сложные системы прерываний, а тем более под управлением многозадачных ОС такие приёмы стали невозможны, однако продолжают использоваться на некоторых микроконтроллерах .

Применение

Появление ассемблеров значительно облегчило задачу программирования ранних компьютеров, но достаточно быстро сложность прикладных задач потребовала использования языков высокого уровня. Однако эти языки исполнялись достаточно медленно, к тому же им не всегда были доступны все аппаратные возможности компьютера. По мере роста производительности мейнфреймов и мини-компьютеров, а также с появлением таких языков, как Си , актуальность ассемблера начала снижаться, однако вновь возросла с появлением микрокомпьютеров . Как правило, ранние микропроцессоры имели невысокую производительность и небольшой объём доступной оперативной памяти , к тому же для них не сразу появились качественные компиляторы языков высокого уровня. Часто программы для домашних компьютеров, в том числе игры, писались целиком на ассемблере. Однако к началу XXI века к растущей производительности компьютеров добавились оптимизирующие компиляторы , которые генерировали машинный код более оптимальный, чем мог бы написать программист средней квалификации. Кроме того, важное значение стал приобретать вопрос переносимости между разными платформами.

Язык ассемблера также используется в отладке и обратной разработке , с использованием программ- дизассемблеров . Пользуясь дизассемблером можно контролировать исполнение программы на уровне машинных команд, что бывает полезно, например, при поиске мест с неопределённым поведением, или ошибок, возникающих при работе с указателями.

Ассемблерные вставки

Для облегчения разработки применялся следующий подход: большая часть кода пишется на языке высокого уровня, и только участки, для которых критична производительность, либо требующие обращения непосредственно к аппаратным ресурсам компьютера, пишутся на ассемблере.

Примеры

 .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 

 .MODEL SMALL .DATA msg DB 'Hello World',13,10,'$' .CODE START: mov ax, @DATA mov ds, ax mov ax, 0900h lea dx, msg int 21h mov ax, 4C00h int 21h END START 

 SECTION .data msg: db "Hello, world",10 len: equ $-msg SECTION .text global _start _start: mov edx, len mov ecx, msg mov ebx, 1 ; stdout mov eax, 4 ; write(2) int 0x80 mov ebx, 0 mov eax, 1 ; exit(2) int 0x80 

 SECTION .data msg: db "Hello, world",10 len: equ $-msg SECTION .text global _start syscall: int 0x80 ret _start: push len push msg push 1 ; stdout mov eax, 4 ; write(2) call syscall add esp, 3*4 push 0 mov eax, 1 ; exit(2) call syscall 

 .386 .model flat, stdcall option casemap:none include \masm32\include\windows.inc include \masm32\include\kernel32.inc includelib \masm32\lib\kernel32.lib .data msg db "Hello, world", 13, 10 len equ $-msg .data? written dd ? .code start: push -11 call GetStdHandle push 0 push OFFSET written push len push OFFSET msg push eax call WriteFile push 0 call ExitProcess end start 

format PE console entry start include 'include\win32a.inc' section '.data' data readable writeable message db 'Hello, world!',0 section '.code' code readable executable start: ; CINVOKE макрос в составе FASM. ; Позволяет вызывать CDECL-функции. cinvoke printf,message cinvoke getch ; INVOKE аналогичный макрос для STDCALL-функций. invoke ExitProcess,0 section '.idata' import data readable library kernel,'kernel32.dll',\ msvcrt,'msvcrt.dll' import kernel,\ ExitProcess,'ExitProcess' import msvcrt,\ printf,'printf',\ getch,'_getch' 

;yasm-1.0.0-win32.exe -f win64 HelloWorld_Yasm.asm ;setenv /Release /x64 /xp ;link HelloWorld_Yasm.obj Kernel32.lib User32.lib /entry:main /subsystem:windows /LARGEADDRESSAWARE:NO bits 64 global main extern MessageBoxA extern ExitProcess section .data mytit db 'The 64-bit world of Windows & assembler...', 0 mymsg db 'Hello World!', 0 section .text main: mov r9d, 0 ; uType = MB_OK mov r8, mytit ; LPCSTR lpCaption mov rdx, mymsg ; LPCSTR lpText mov rcx, 0 ; hWnd = HWND_DESKTOP call MessageBoxA mov ecx, eax ; uExitCode = MessageBox(...) call ExitProcess ret 

.section ".data" hello: .asciz "Hello World!\n" .section ".text" .align 4 .global main main: save %sp, -96, %sp ! выделяем память mov 4, %g1 ! 4 = WRITE (системный вызов) mov 1, %o0 ! 1 = STDOUT set hello, %o1 mov 14, %o2 ! количество символов ta 8 ! вызов системы ! выход из программы mov 1, %g1 ! move 1(exit() syscall) into %g1 mov 0, %o0 ! move 0(return address) into %o0 ta 8 ! вызов системы 

 mov SCON, #50h mov TH1, #0FDh orl TMOD, #20h setb TR1 again: clr RI jnb RI, $ mov A, SBUF jnb RI, $ clr TI mov SBUF, A jnb TI, $ sjmp again 

z = (a << 2) | (b & 15); 

ADR r4,a ; get address for a LDR r0,[r4] ; get value of a MOV r0,r0,LSL#2 ; perform shift ADR r4,b ; get address for b LDR r1,[r4] ; get value of b AND r1,r1,#15 ; perform AND ORR r1,r0,r1 ; perform OR ADR r4,z ; get address for z STR r1,[r4] ; store value for z 

if (i == 0) { i = i + 10; } 

@(переменная i находится в регистре R1) SUBS R1, R1, #0 ADDEQ R1, R1, #10 

for (i = 0 ; i < 15 ; i++) { j = j + j; } 

 SUB R0, R0, R0 ; i -> R0 and i = 0 start CMP R0, #15 ; is i < 15? ADDLT R1, R1, R1 ; j = j + j ADDLT R0, R0, #1 ; i++ BLT start 

 LIST p=16F628A __CONFIG 0309H STATUS equ 0x003 RP0 equ 5 TRISB equ 0x086 PORTB equ 0x006 ORG 0x0000 ;Вектор запуска goto start ;Переход на начало основного кода start: bsf STATUS,RP0 ;Выбор банка 1 clrf TRISB ;Все биты порта PORTB - выходы bcf STATUS,RP0 ;Выбор банка 0 led: movlw .170 ;Запись двоичного значения "10101010" в PORTB movwf PORTB goto led ;Зацикливание END 

 .cdecls C,LIST, "msp430g2231.h" ;------------------------------------------------------------------------------ .text ; Program Start ;------------------------------------------------------------------------------ RESET mov.w #0280h,SP ; Initialize stackpointer StopWDT mov.w #WDTPW+WDTHOLD,&WDTCTL ; Stop WDT SetupP1 bis.b #001h,&P1DIR ; P1.0 output ; Mainloop bit.b #010h,&P1IN ; P1.4 hi/low? jc ON ; jmp--> P1.4 is set ; OFF bic.b #001h,&P1OUT ; P1.0 = 0 / LED OFF jmp Mainloop ; ON bis.b #001h,&P1OUT ; P1.0 = 1 / LED ON jmp Mainloop ; ; ;------------------------------------------------------------------------------ ; Interrupt Vectors ;------------------------------------------------------------------------------ .sect ".reset" ; MSP430 RESET Vector .short RESET ; .end 

Примечания

Литература

• Галисеев Г. В. Ассемблер для Win 32. Самоучитель. — М. : , 2007. — 368 с. — ISBN 978-5-8459-1197-1 .
• Зубков С. В. Ассемблер для DOS, Windows и UNIX. — М. ДМК Пресс; СПб. Питер, 2006. — 608 с. — ISBN 5-94074-259-9 .
• Кип Ирвин. Язык ассемблера для процессоров Intel = Assembly Language for Intel-Based Computers. — М. : , 2005. — 912 с. — ISBN 0-13-091013-9 .
• Калашников О. А. Ассемблер? Это просто! Учимся программировать. — СПб. : , 2007. — 384 с. — ISBN 978-5-94157-709-5 .
• Крис Касперски. Искусство дизассемблирования. — СПб. : , 2008. — 896 с. — ISBN 978-5-9775-0082-1 .
• Владислав Пирогов. Ассемблер для Windows. — СПб. : , 2007. — 896 с. — ISBN 978-5-9775-0084-5 .
• Владислав Пирогов. Ассемблер и дизассемблирование. — СПб. : , 2006. — 464 с. — ISBN 5-94157-677-3 .
• Ричард Саймон. Microsoft Windows API Справочник системного программиста.
• Фрунзе А. В. Микроконтроллеры? Это же просто! — Т. 1.
• Юров В., Хорошенко С. Assembler: учебный курс. — СПб. : Питер , 1999. — С. 672. — ISBN 5-314-00047-4 .
• Аблязов Р. З. Программирование на ассемблере на платформе х86-64. — М. : , 2011. — С. 304. — ISBN 978-5-94074-676-8 .
• Юричев Д., Понимание языка ассемблера
• Практическое программирование микроконтроллеров Atmel AVR на языке ассемблера.. — 2-е. — БХВ-Петербург, 2014. — 368 с. — (Электроника). — ISBN 9785977533119 .

Ссылки

• (англ.) — введение в ассемблер под х86-64