Язык программирования Ассемблер

Среди низкоуровневых языков программирования особое место занимает язык программирования Ассемблер. Он является идеальным вариантом для тех, кто желает заниматься программированием с самого начала.

Несмотря на то, что он принадлежит к категории низкоуровневых, он предназначен для компьютеров и прочих устройств, которые предназначены для особой архитектуры ПК. Конвертация этого языка осуществляется в машинные исполняемый код посредством применения специального программного обеспечения.

Основы синтаксиса ассемблера

Если рассматривать общепринятые основы синтаксиса, которые используются для всех языков программирования, то для ассемблера их не существует. Но несмотря на это, тот, кто занимается программированием на этом языке, придерживается определенных общепринятых подходов. Среди таких стандартов стоит обратить внимание на AT&T-синтаксис и Intel-синтаксис.

Для каждого из этих стандартов применяется единый формат для записи, который выглядит следующим образом:

Здесь конкретно в качестве ассемблерной команды выступает опкод, который является мнемоникой инструкции к конкретному процессору. Здесь могут встречаться специальные префиксы, среди которых часто встречаются изменения в виде адресации и повторения.

Что же касается наименований регистров, констант, адресов, находящихся в оперативной памяти ПК, то они выступают в качестве операндов. Но при этом стоит обратить внимание на то, что между стандартами синтаксиса есть и отличие, которое в основном заключаются в порядке, в котором перечисляются между собой операнды в процессе такой процедуры, как адресация. Команды, которые применяются, в основном являются одинаковыми для всех процессоров, которые принадлежат к одной архитектуре.

Директивы ассемблера

Помимо того, что в языке программирования ассемблер используются команды, здесь также есть возможность в применении специальных директив. Они также представляют собой команды, но только те, которые в последующем не реально будет перевести в специальные машинные коды. Управлять ими можно только посредством специальной программы компилятора.

Что же касается их набора и непосредственного самого синтаксиса, то он будет существенно отличаться. Это будет зависеть от того, какому компилятору будет отдано предпочтение, а не от аппаратной составляющей.

Среди основного набора директив стоит обратить внимание на следующие:

• определение переменных и констант;
• задание режима, в котором будет работать компилятор;
• управление параметрами выходного файла, а также организацией программного обеспечения;
• макросы;
• различные абстракции – от циклов и условных конструкций до функций и процедур оформления.

Преимущества и недостатки языка ассемблер

Среди преимуществ языка программирования ассемблер стоит обратить внимание на следующие:

• количество избыточного кода является минимальным – это связано с тем, что количество обращений к памяти является небольшим и при этом число команд не слишком большое. Это способствует возможности получения программы не слишком большого размера и оперативной скорости работы;
• возможность получения непосредственного доступа к аппаратуре: определенным регистрам ПК и портам вывода-ввода;
• реализация максимальной подгонки для платформы, которая необходима (применение технических особенностей используемого железа и специальных инструкций);
• возможность в создании кода с функцией самомодификации – в дальнейшем это удобно тем, что у пользователя будет возможность в изменении кода в процессе выполнения программы без применения дополнительного интерпретатора.

Если же смотреть на недостатки, то они есть, хоть и в небольшом количестве. К ним стоит отнести следующие:

• огромное количество дополнительных и очень мелких команд, огромные коды программ;
• читабельность кода находится на низком уровне, а также возникновение сложностей в процессе отладки;
• небольшая совместимость между библиотеками, а также их небольшое количество;
• невозможность осуществить перенос на другие виды платформ помимо тех, которые являются двоично совместимыми между собой.

Ассемблер: регистры

Язык программирования ассемблер работает с регистрами, среди которых стоит выделить следующие:

Регистр общего назначения – сюда входит 8 регистров, в каждом из которых происходит процесс хранения не более 4 байтов информации. В последующем такой регистра можно условно поделить на 4 или же 2 части, что дает возможность в дальнейшем осуществлять работу с различными ячейками;

Регистр указателя команд – в регистре представленного образца происходит процесс хранения только адреса той команды, которая в последующем должна быть выполнена процессором. В ручном режиме этот регистр не подлежит изменению, но за счет применения всевозможных процедур и команд перехода можно осуществить на него влияние;

Регистр флагов – под таким понятием, как «флаг», стоит понимать определенное свойство, которым наделен процессор. В том случае, если будет применяться так называемый флаг переполнения, это будет указывать на то, что процессор будет в последующем наделен таким числом, которое в нужную ячейку памяти не сможет поместиться. Он будет вкладывать в эту ячейку только то, что будет помещаться.

В других же случаях программист, который занимается процессом написания программы, будет получать уведомление о том, что что-то происходит не так, как должно быть. Что же касается количества флагов, то их может быть достаточно много. Одни из них будут использоваться для анализа, а другие будут влиять на осуществляемые процедуры, связанные с вычислениями. Их можно менять собственноручно или же оставлять неизменными;

Регистры сегментного типа – такие регистры применяются только для того, чтобы у программиста появилась возможность осуществлять работу с отдельными элементами оперативной памяти и получать свободный доступ к любой ячейке, которая необходима.

Ныне объем таких ячеек составляет порядка 32 бит и именно это дает возможность получить полный доступ к оперативной памяти с объемом в 4 Гб. Для тех приложений и программ, которые создаются посредством применения языка программирования Ассемблер, этого вполне чем достаточно.

Поэтому, рассматривая все то, с чем осуществляет свою деятельность язык программирования Ассемблер, особое место принадлежит переменным, командам процессора и регистрам.

Ассемблер: макросы

Для того, чтобы обеспечить качественное модульное программирование в Ассамблере, используются специальные макросы. Макрос представляет собой особую последовательность инструкций, которые имеют имя. При этом применяться макросы могут в любом месте, несмотря на то, где они находятся. Для того, чтобы осуществить процесс определения макросов, применяется следующий синтаксис:

В том случае, если есть необходимость в том, чтобы вызвать макрос, нужно вместе с конкретными параметрами, которые необходимы, применять специальное имя макроса, которым он наделен. Если же есть необходимость в том, чтобы осуществлять процесс использования определенной инструкции большое количество раз подряд, в данном случае в такие инструкции можно внедрить специальный макрос, который в последующем будет применяться вместо стандартной процедуры написания инструкций.

Если привести пример, то здесь стоит обратить внимание на вариант, когда есть необходимость в реализации постоянного процесса выведения на экран специальных строк символов. Для того, чтобы реализовать этот процесс, в дальнейшем может быть применена следующая последовательность инструкций:

В данном случае, когда будет возникать необходимость в том, чтобы выводить определенные строки на экран, эти регистры в дальнейшем должны быть сохранены в специальном стеке. Здесь вполне целесообразно будет применять одновременно несколько макросов: для восстановления данных и для их хранения.

Ассемблер: рекурсия

Среди процедур, которые способны вызывать сами себя, особое место занимает рекурсия. Среди тех вариантов рекурсии, которые применяются в языке программирования Ассемблер, особое место занимают следующие:

• косвенная рекурсия;
• прямая рекурсия.

В том случае, если будет происходить процесс применения прямой рекурсии, то она способна вызывать сама себя. Если же во внимание брать рекурсию косвенного типа, то в ней появление первой процедуры автоматически вызывает возникновение второй процедуры. При этом вторая процедура будет наоборот осуществлять вызов первой, так как они взаимосвязаны между собой.

Наблюдается такая процедура, как рекурсия, при необходимости в выполнении сложных математических операций. Например, сюда можно отнести такой математический процесс, как процедура вычисления факториала числа. В данном случае рекурсивный алгоритм должен в обязательном порядке иметь окончание. Если же рассматривать процесс вычисления факториала числа, то здесь конечным этапом будет тот момент, когда n = 0.

Ассемблер: процедуры

В языке программирования Ассемблер особое место занимают подпрограммы и специальные процедуры. Связано это с тем, что огромное количество программ, которые написаны на этом языке, являются достаточно объемными.

Идентификация всех процедур между собой происходит по специальному имени, после которого в последующем идет само тело используемой процедуры. Для того, чтобы указать процесс окончания процедуры, обязательно появляется стейтмент возврата.

С тем, каким является синтаксис используемых процедур, можно ознакомиться ниже:

Вызов из другой функции процедуры происходит посредством применения инструкции CALL, которая в качестве аргумента имеет имя той функции, которая вызывается.

Ассемблер: условия

В языке программирования Ассемблер в качестве условий принадлежат инструкции ветвления и циклических процессов. Посредством их использования в коде программы можно изменять поток, по которому будут выполняться команды.

Среди вариантов выполнения условий в Ассемблере можно выделить несколько типов:

• безусловный прыжок (прыжок без условий) – его выполнение происходит за счет инструкции JMP. В процессе передачи управления может осуществляться повторный процесс выполнения определенных инструкций или же выполнение того набора инструкций, которые являются совершенно новыми;
• условный прыжок (прыжок с условием) –выполнение процедур происходит с помощью использования специальных условий и будет зависеть от того, какое условие будет поставлено для реализации. Инструкции условного типа осуществляют процесс изменения смещения в регистре, что способствует процессу прерывания определенного программного кода.

Ассемблер: константы и переменные

Для процесса хранения переменных предлагаются для использования самые разные директивы для резервирования места. Для того, чтобы выделить дисковое пространство, в языке программирования Ассемблер применяется специальная директива определения. Ее можно применять не только для резервирования, но и для осуществления процесса инициализации байтов.

Для данных, которые являются инициализированными, стейтмент выделения памяти будет иметь следующих синтаксис, представленный в таком виде:

В качестве идентификатора, применяемого для пространства, используемого для хранения, выступает непосредственно само имя переменной. Для каждого из выбранных имен переменных язык Ассемблер осуществляет связывание значений, по которому происходит смещение.

Среди представленных форм директив определения можно выделить следующие:

С примерами, по которым происходит процесс использования директив определения, можно ознакомиться ниже:

Здесь стоит обратить внимание на следующие особенности:

• хранение каждого из байтов символов осуществляется непосредственно в шестнадцатеричной форме;
• порядок байтов, который используется процессором, является прямым;
• если берутся десятичные значения, то они в автоматическом режиме конвертируются в формат шестнадцатеричного типа с двоичным эквивалентом;
• происходит процесс обязательной конвертации отрицательных чисел;
• для того, чтобы представить длинные и короткие числа, которые имеют плавающую точку, представляются с применением 64 или же 32 бит.

На следующем примере можно ознакомиться с тем, каким образом будет происходить процесс использования директивы определения:

В том случае, если есть необходимость в осуществлении такого процесса, как резервирование места для данных, которые являются неинициализированными, то здесь используются специальные директивы резервирования. Такие директивы в последующем осуществляют процесс применения одного операнда, который и будет отвечать за количество того места, которое будет свободным и в дальнейшем зарезервированным.

Если же рассматривать директивы определения, стоит обратить внимание на то, что каждая из них имеет связанную с ними директиву резервирования.

Среди форм, которые могут получать директивы резервирования, стоит выделить следующие:

Для того, чтобы в программе определить данные, одновременно может использоваться несколько стейтментов. Например, выглядеть это может следующим образом:

Чтобы осуществить одновременное определение переменных, Ассемблер самостоятельно выполняет выделение так называемой смежной памяти.

Для одного значения одновременно можно реализовать несколько инициализаций, что будет выполнено посредством применения директивы Times. Большим спросом эта директива пользуется в том случае, когда есть необходимость осуществлять работу с таблицами и массивами.

Для выполнения такого процесса, как определение констант, используются следующие директивы:

• %assign;
• EQU;
• %define.

Для определения констант чаще всего применяется директива EQU. Синтаксис будет выглядеть следующим образом:

Например, это может принимать такой вид:

После этого константу в последующем можно будет применять в написанной программе:

В качестве операнда может выступать следующее выражение:

В том случае, если есть необходимость в применении констант числового типа, в данной ситуации на помощь придет директива под наименованием %assign. С ее помощью можно осуществить такой процесс, как переопределение, если в этом есть необходимость. Для определения такой константы, как TOTAL, можно привести такой пример:

После этого непосредственно в самом коде программы при необходимости можно реализовать ее переопределение:

Среди всех используемых директив именно эта является одной из самых чувствительных к регистру.
Среди директив, которые можно применять, как для строковых, так и для числовых констант, используется %define.

Она очень похожа на точно такую же директиву, которая применяется в процессе создания программ на языке С. Эта директива наравне с вышеперечисленными достаточно чувствительна к регистру и дает возможность реализовать такой процесс, как переопределение.

Ассемблер: системные вызовы

Между ядром и непосредственно самими пользователями должны существовать программные интерфейсы, которые реализуются в виде системных вызовов.

Среди системных вызовов, которые могут применяться в процессе использования языка программирования Ассемблер, особое внимание стоит обратить на вызовы Linux. Для того, чтобы реализовать этот процесс, нужно выполнить следующие действия:

• в регистр ЕАХ внести номер, которому отвечает конкретный системный вызов;
• в регистрах ЕСХ и ЕВХ осуществить процесс сохранения аргументов, которые отвечают конкретному системному вызову;
• осуществить процедуру вызова необходимых прерываний;
• результат будет опубликован в первом регистре под наименованием ЕАХ.

Для использования или же процесса хранения системных вызовов может быть использовано 6 следующих регистров:

• ЕСХ;
• ЕВХ;
• ESI;
• EDX;
• EBP;
• EDI.

Рассматривая эти регистры, стоит обратить внимание на то, что они работают с аргументами последовательного типа. В том случае, если количество аргументов превышает 6 штук, то ячейка, в которой находится самый первый аргумент, автоматически сохраняется в регистре ЕВХ.

Среди системных вызовов, с которыми может столкнуться пользователь, можно ознакомиться в таблице, которая находится ниже:

Ассемблер: режимы адресации

Для обработки используемых операндов большое количество инструкций, которые созданы на языке программирования Ассемблер, нуждаются в реализации такого процесса, как адресация. В качестве адреса операнда выступает определенное место, где происходит процесс хранения данных, которые в дальнейшем будут подлежать процессу обработки.

Естественно, есть такие инструкции, которые не нуждаются в таком процессе, как обработка операндов. Но есть категория и тех инструкций, которые могут требовать к себе сразу нескольких обработок. Если же есть необходимость в нескольких операндах, в качестве первого будет выступать используемое место для хранения информации, а в качестве второго можно взять источник.

В источнике будет находиться такая информация, как адрес доставки или же данные, необходимые для выполнения доставки. После операции те данные, которые были исходными, не меняются.

Среди режимов, используемых для адресации, можно выделить следующие:

• непосредственная или прямая адресация;
• регистровая адресация;
• адресация памяти.

Рассматривая особенности работы регистровой адресации, стоит обратить внимание на то, что регистр содержит непосредственно сам операнд. Исходя из того, какой будет применяемая инструкция, сам регистр может выступать в качестве, как первого, так и второго операнда. Например, это может выглядеть следующим образом:

Здесь можно реализовать максимально оперативный процесс обработки, так как нет необходимости в дополнительной памяти в процессе реализации обработки регистров.

Выражение или же определенное константное значение может иметь прямой операнд. В том случае, если прямая адресация применяется для инструкции, в которой присутствует несколько операндов, то первый из них может выступать в качестве константы, а второй ячейкой памяти или же регистра. За длину данных будет отвечать именно первый операнд. Например, это будет выглядеть так:

В том случае, если в режиме адресации операнды являются определенными, то к основной памяти нужно иметь только прямой доступ. Но здесь стоит обратить внимание на то, что такой метод будет достаточно медленным. С помощью использования начального адреса сегмента и значения смещения есть возможность в дальнейшем максимально точно определить место размещения информации в памяти. В качестве эффективного адреса используется именно значение смещения.

Если же рассматривать режим, где применяется прямая адресация, то здесь значение смещения будет выступать в виде составляющей части отдельной инструкции. Например, это может быть имя конкретной переменной. Все значения смещения в автоматическом режиме определяются в Ассемблере и переносятся в специальную таблицу, которые в последующем будут применяться при написании программ.

В процессе применения прямой адресации один из операндов будет ссылаться на регистр, а другой непосредственно на конкретную ячейку памяти. Например, это может выглядеть следующим образом:

При адресации так называемого прямого смещения будут применяться специальные арифметические операторы, посредством использования которых можно осуществить процесс изменения адреса. Для переменных, в которых одновременно могут находиться несколько элементов, используется так называемая непрямая адресация. Наиболее подходящей она будет при роботе с массивами данных.

Для чего необходим язык программирования Ассемблер?

Очень часто возникает вопрос о том, почему язык программирования Ассемблер до сих пор используется, так как он принадлежит к категории достаточно примитивных языков. В данном случае стоит обратить внимание на то, что практически незаменимым он будет в следующих направлениях:

• драйверы;
• создание кусков различных операционных систем, на которых необходимо реализовать максимально высокую скорость работы;
• процесс программирования различных встраиваемых процессоров и микроконтроллеров;
• вирусы и антивирусное программное обеспечение.

Но, как показывает практика, при умелом применении языка программирования Ассемблер, у человека есть возможность в создании собственного сайта, на котором даже имеется форум. Но для этого программист должен обладать соответствующей квалификацией, так как должен быть в курсе всех особенностей в процессе работы с этим языком. Но зачастую используют Ассемблер в том случае, где возможностей и скорости С++ кажется недостаточно для выполнения того процесса, который необходим.

При этом, стоит понимать то, что писать на языке программирования Ассемблер не так просто, как кажется на первый взгляд. В первую очередь это связано с тем, что человек должен полностью понимать всю архитектуру процессора, знать, каким образом работает конкретное железо и при этом осуществляет взаимодействие с процессором, быть в курсе всех необходимых команд, которые будут работать для конкретного процессора, который используется, уметь работать с информацией, которая подается в побайтовом формате, понимать то, что существуют определенные ограничения, которые могут не привести к желаемой функциональности создаваемого программного обеспечения.

Не менее важным фактором здесь также выступает то, что процесс чтения написанных программных кодов является достаточно сложным и именно это приводит к тому, что процесс написания программы усложняется и замедляется.