Что такое ассемблер?
Язык ассемблера (от англ. assembly language) — это императивный язык низкого уровня, который используется для представления команд CPU. При этом команды процессора остаются читабельными для программиста. Под термином “ассемблер” также может подразумеваться ПО, которое преобразует соответствующий исходный код в машинный код. Обратный процесс (конвертация машинного кода в ассемблер-код) выполняет дизассемблер.
Простыми словами, язык ассемблера — это низкоуровневый язык, позволяющий программисту обращаться непосредственно к процессору машины.
Как работает язык ассемблера
Это самый низкоуровневый человекочитаемый язык программирования. Сегодня он используется для точного управления процессором и памятью на «голом» железе. Важно отметить: нет единого языка ассемблера. Существует множество таких языков.
Языки разнятся в зависимости от архитектуры, на которой функционирует машина (например, x86, x32, ARM или PowerPC).
Assembly language позволяет работать с читаемым машинным байт-кодом, который выполняется компьютером напрямую.
Введение
Ассемблер (англ. «Assembler») — это низкоуровневый язык программирования, который представляет собой промежуточное звено между машинным кодом и высокоуровневыми языками программирования. Он используется для написания программ, которые управляют компьютером или другими устройствами на более низком уровне, непосредственно взаимодействуя с аппаратным обеспечением.
Но под названием “ассемблер” не всегда имеют только язык, а еще и компилятор. Транслятор программы из текста на языке ассемблера, в программу на машинном языке. Как и сам язык, ассемблеры, как правило, специфичны для конкретной архитектуры, операционной системы и варианта синтаксиса языка, поскольку работают с мнемониками машинных инструкций определённого процессора.
Есть высокоуровневые языки — это те, где вы говорите if — else, print, echo, function и так далее. «Высокий уровень» означает, что вы говорите с компьютером более-менее человеческим языком. Другой человек может не понять, что именно у вас написано в коде, но он хотя бы сможет прочитать слова.
Но сам компьютер не понимает человеческий язык. Компьютер — это регистры памяти, простые логические операции, единицы и нули. Поэтому прежде чем ваша программа будет исполнена процессором, ей нужен переводчик — программа, которая превратит высокоуровневый язык программирования в низкоуровневый машинный код.
Ассемблер — это собирательное название языков низкого уровня: код всё ещё пишет человек, но он уже гораздо ближе к принципам работы компьютера, чем к принципам мышления человека.
Вариантов Ассемблера довольно много. Но так как все они работают по одинаковому принципу и используют (в основном) одинаковый синтаксис, мы будем все подобные языки называть общим словом «Ассемблер».
Процессор - мозг компьютера
Чтобы понять, как работает Ассемблер и почему он работает именно так, нам нужно немного разобраться с внутренним устройством процессора.
Кроме того, что процессор умеет выполнять математические операции, ему нужно где-то хранить промежуточные данные и служебную информацию. Для этого в самом процессоре есть специальные ячейки памяти — их называют регистрами.
Регистры бывают разного вида и назначения: одни служат, чтобы хранить информацию; другие сообщают о состоянии процессора; третьи используются как навигаторы, чтобы процессор знал, куда идти дальше, и так далее
Так вот: всё, с чем работает Ассемблер, — это команды процессора, переменные и регистры.
Здесь нет привычных типов данных — у нас есть только байты памяти, в которых можно хранить что угодно. Даже если вы поместите в ячейку какой-то символ, а потом захотите работать с ним как с числом — у вас получится. А вместо привычных циклов можно просто прыгнуть в нужное место кода.
Какими бывают регистры
Общего назначения. Это 8 регистров, каждый из которых может хранить всего 4 байта информации. Такой регистр можно разделить на 2 или 4 части и работать с ними как с отдельными ячейками.
Указатель команд. В этом регистре хранится только адрес следующей команды, которую должен выполнить процессор. Вручную его изменить нельзя, но можно на него повлиять различными командами переходов и процедур.
Регистр флагов. Флаг — какое-то свойство процессора. Например, если установлен флаг переполнения, значит процессор получил в итоге такое число, которое не помещается в нужную ячейку памяти. Он туда кладёт то, что помещается, и ставит в этот флаг цифру 1. Она — сигнал программисту, что что-то пошло не так.
Флагов в процессоре много, какие-то можно менять вручную, и они будут влиять на вычисления, а какие-то можно просто смотреть и делать выводы. Флаги — как сигнальные лампы на панели приборов в самолёте. Они что-то означают, но только самолёт и пилот знают, что именно.
Сегментные регистры. Нужны были для того, чтобы работать с оперативной памятью и получать доступ к любой ячейке. Сейчас такие регистры имеют по 32 бита, и этого достаточно, чтобы получить 4 гигабайта оперативки. Для программы на Ассемблере этого обычно хватает.
Команды ассембера
Каждая команда Ассемблера — это команда для процессора. Не операционной системе, не файловой системе, а именно процессору — то есть в самый низкий уровень, до которого может дотянуться программист.
Любая команда на этом языке выглядит так: [<метка>:] <команда> [<операнды>] [;<комментарий>]
Метка — это имя для фрагмента кода. Например, вы хотите отдельно пометить место, где начинается работа с жёстким диском, чтобы было легче читать код. Ещё метка нужна, чтобы в другом участке программы можно было написать её имя и сразу перепрыгнуть к нужному куску кода.
Команда — служебное слово для процессора, которое он должен выполнить. Специальные компиляторы переводят такие команды в машинный код. Это сделано для того, чтобы не запоминать сами машинные команды, а использовать вместо них какие-то буквенные обозначения, которые проще запомнить. В этом, собственно, и выражается человечность Ассемблера: команды в нём хотя бы отдалённо напоминают человеческие слова.
Операнды отвечают за то, что именно будут делать команды: какие ячейки брать для вычислений, куда помещать результат и что сделать с ним дополнительно. Операндом могут быть названия регистров, ячейки памяти или служебные части команд.
Комментарий — это просто пояснение к коду. Его можно писать на любом языке, и на выполнение программы он не влияет. Примеры команд:
mov eax, ebx ; Пересылаем значение регистра EBX в регистр EAX
mov x, 0 ; Записываем в "переменную" x значение 0
add eax, х ; Складываем значение регистра ЕАХ и переменной х, результат отправится в регистр ЕАХ
Ассемблер в 2023 году и стоит ли изучать его
Вообще, на ассемблере, как на фундаменте, держится всё программирование с тех пор, как в мире появился первый процессор. Представьте себе, как физики, стремясь постичь строение вселенной, ведут поиски тех самых неделимых низкоуровневых элементов, из которых она изначально создавалась. Но у ученых для этого есть лишь квантовая теория. А вот первичной материей вселенной процессора как раз и является язык программирования ассемблер.
Именно он раскрывает принцип работы машинных команд, без чего не обойтись ни одному программисту, даже если конкретно на ассемблере он никогда ничего писать не будет. Это точно так же, как, не зная азов арифметики, нельзя стать математиком.