Язык ассемблера

Язык ассемблера или просто ассемблер - понятное человеку представление машинного языка, используемого определенной архитектурой компьютера. Машинный язык, шаблон битов кодирующих машинные операции, делается читабельным заменой сырых значения так называемой "мнемоникой".

Например, компьютер с соответствующим процессором поймет эту машинную инструкцию x86/IA-32: ::10110000 01100001 Однако програмистам легче запомнить эквивалентное представление на ассемблере: ::mov al, 0x61 что означает переместить шестадцатеричное значение 61 (97 - десятичное) в процессорный регистр с именем 'al'. Мнемоническое "mov" сокращение для "move," (переместить), и за ним следует разделяемый запятой список аргументов или параметров; это типичное выражение на языке ассемблера.

В отличии от языков высокого уровня, обычно имеется точное соответствие между простыми выражениями ассемблера и инструкциями на машинном языке. Превращение ассемблера в машинный язык делается ассемблером и обратное диассемблером.

У каждой компьютерной архитектуры есть сообственный машинный язык, а значит и язык ассемблера. Компьютерные архитектуры отличаются количеством и тпипом операций, поддерживаемых ими. Они также могут иметь различный размер, количество регисторов и различные представления типов данных в памяти. Тогда как все компьютеры для общих целей имеют в целом одну и ту же функциональность, способ её реализации отличается, и все эти отличия неизбежно отражаются на языке ассемблера.

В дополнение, могут существовать различные варианты мнемоники или синтаксиса для одного набора инструкций. В таких случаях, обычно в документации производителем указывается самый популярный вариант.

Машинные инструкции

Инструкции в языке ассемблера обычно очень простые, в отличии от языков высокого уровня. Любая инструкция, обращающаяся к памяти (за данными или за целью прыжка) будет также иметь режим адресации для определения того, как высчитать требуемый адрес памяти. Более сложные операции должны быть построены из этих простых. Некоторые из операций, доступные в большинстве наборе инструкций:

перемещения
- задают регистр (временная "сверхоперативной память" в самом CPU) в определённое постоянное значение
- переместить данные из памяти в регистр или наоборот. Это делается для того, чтобы получить данные и позже выполнить по ним вычисление, или сохранить результат вычисления.
- read and write data from hardware devices
computing
- add, subtract, multiply, or divide the values of two registers, placing the result in a register
- perform bitwise operations, taking the conjunction/disjunction (and/or) of corresponding bits in a pair of registers, or the negation (not) of each bit in a register
- compare two values in registers (for example, to see if one is less, or if they are equal)
affecting program flow
- jump to another location in the program and execute instructions there
- jump to another location if a certain condition holds
- jump to another location, but save the location of the next instruction as a point to return to (a call)

Specific instruction sets will often have single, or a few instructions for common operations which would otherwise take many instructions. Examples:

saving many registers on the stack at once
moving large blocks of memory
complex and/or floating-point arithmetic (sine, cosine, square root, etc.)
applying a simple operation (for example, addition) to a vector of values

Assembly language directives

In addition to codes for machine instructions, assembly languages have extra directives for assembling blocks of data, and assigning address locations for instructions or code.

They usually have a simple symbolic capability for defining values as symbolic expressions which are evaluated at assembly time, making it possible to write code that is easier to read and understand.

Like most computer languages, comments can be added to the source code which are ignored by the assembler.

They also usually have an embedded macro language to make it easier to generate complex pieces of code or data.

In practice, the absence of comments and the replacement of symbols with actual numbers makes the human interpretation of disassembled code considerably more difficult than the original source would be.

Usage of assembly language

There is some debate over the usefulness of assembly language. It is often said that modern compilers can render higher-level languages into codes that run as fast as hand-written assembly, but counter-examples can be made, and there is no clear consensus on this topic. It is reasonably certain that, given the increase in complexity of modern processors, effective hand-optimization is increasingly difficult and requires a great deal of knowledge.

However, some discrete calculations can still be rendered into faster running code with assembly, and some low-level programming is simply easier to do with assembly. Some system-dependent tasks performed by operating systems simply cannot be expressed in high-level languages. In particular, assembly is often used in writing the low level interaction between the operating system and the hardware, for instance in device drivers. Many compilers also render high-level languages into assembly first before fully compiling, allowing the assembly code to be viewed for debugging and optimization purposes.

It's also common, especially in relatively low-level languages such as C, to be able to embed assembly language into the source code with special syntax. Programs using such facilities, such as the Linux kernel, often construct abstractions where different assembly is used on each platform the program supports, but it is called by portable code through a uniform interface.

Many embedded systems are also programmed in assembly to obtain the absolute maximum functionality out of what is often very limited computational resources, though this is gradually changing in some areas as more powerful chips become available for the same minimal cost.

Another common area of assembly language use is in the system BIOS of a computer. This low-level code is used to initialize and test the system hardware prior to booting the OS and is stored in ROM. Once a certain level of hardware initialization has taken place, code written in higher level languages can be used, but almost always the code running immediately after power is applied is written in assembly language. This is usually due to the fact system RAM may not yet be initialized at power-up and assembly language can execute without explicit use of memory, especially in the form of a stack.

Assembly language is also valuable in reverse engineering, since many programs are distributed only in machine code form, and machine code is usually easy to translate into assembly language and carefully examine in this form, but very difficult to translate into a higher-level language. Tools such as the Interactive Disassembler make extensive use of disassembly for such a purpose.