Машинный язык (двоичный код, машинный тип) — это система инструкций и данных, непосредственно выполняемых центральным процессором в компьютере.
Машинный язык является примитивным языком программирования. Это также самое основное представление, или компьютерные программы , скомпилированные и / или собранные на самом низком уровне — машины уровня (от англ. Machine, иногда неформальный термин для устройства, машины, транспортного средства — в нашем случае компьютер). Машинный язык иногда называют выходец ( англо. Native кода ) при обращении к конкретному приложению аппаратных средств, то есть когда части кода или выражения зависят от платформы.
Компьютеры и их мозги — процессоры — работают на электричестве . Это электронные схемы, работа которых основана на состояниях напряжения; состояние с напряжением и состояние (почти) без напряжения. Машинный язык или его двоичный код — система 1 и 0 — напрямую соответствуют состояниям напряжения в интегральной схеме .
Инструкции на машинном языке.
ЯЗЫК АССЕМБЛЕРА С НУЛЯ | #1 НАЧАЛО
Инструкции представляют собой битовые комбинации, где каждый шаблон соответствует определенной команде, данной машине. Каждая модель процессора имеет свой собственный машинный язык или набор команд. Усовершенствованные однопроцессорные версии или более новые модели, основанные на предыдущих, могут использовать все инструкции своего предшественника, а также добавленные к ним инструкции.
Если процессор P1 полностью понимает язык процессора P2, говорят, что P1 и P2 совместимы. Например, так называемые IBM — совместимые компьютеры получили это обозначение именно потому, что они понимают машинный язык, созданный IBM, а затем примененный к большинству персональных компьютеров.
Но даже незначительные различия в почти полностью совместимых процессорах могут вызывать различные эффекты при наличии одинаковых инструкций. Иногда новая модель изменяет или нарушает инструкции своего предшественника, что затрудняет миграцию машинного языка между двумя процессорами. Даже при использовании одной и той же модели процессора они не будут одинаково работать на одном и том же машинном языке, если системная память настроена по-разному, если используется другая операционная система или периферия отличается. Это связано с тем, что машинный язык не содержит информации о конфигурации системы.
Проще говоря, пользователи часто указывают на эту проблему, спрашивая: «Так как же компьютер работает с соседом, а не со мной?!»
Все наборы команд в данном машинном коде могут, но не могут иметь одинаковую длину. Как организованы шаблоны, зависит в первую очередь от спецификаций машинного кода.
Программы
Компьютерная программа — это серия инструкций, выполняемых центральным процессором. Простые процессоры могут выполнять инструкции только одна за другой, в то время как сложные процессоры, подобные тем, которые используются в суперкомпьютерах, способны выполнять несколько команд одновременно, так называемая параллельная обработка.
05. Основы устройства компьютера. Регистры и команды процессора. [Универсальный программист]
При выполнении программы инструкции могут выполняться последовательно по порядку, но также и в «прыжках», то есть при определенных условиях выполнение в порядке может быть прервано и возобновлено по другому адресу в соответствии с заданными критериями.
Язык ассемблера
Написание программ непосредственно на машинном языке было бы очень трудоемкой задачей. Разработчики должны позаботиться о каждом бите в данной инструкции. Также было бы очень трудно справиться с непроницаемыми столбцами и рядами единиц и нулей.
Машинный язык часто смешивается с языком ассемблера . Правда, гораздо более четкое представление о машинном языке дано человеку на ассемблере, но ассемблер — это низкоуровневый язык программирования, который представляет машинный язык конкретной архитектуры процессора в читаемой форме.
Программы, написанные на ассемблере, имеют возможность отправлять прямые команды процессору, а также использовать весь спектр компьютерной архитектуры. Поскольку эти программы работают практически на уровне машинного кода и не имеют каких-либо вспомогательных конструкций, обобщений кода и машиноподобных «нерелевантных» вещей, они намного меньше и быстрее, чем программы, написанные на каком-то «обычном» языке программирования .
Некоторые из основных недостатков таких программ — плохая читаемость (особенно в крупных проектах), сложность кода и практическая невозможность преобразования того же кода в архитектуру другого процессора . Из-за этих недостатков ассемблер сегодня используется только в системах реального времени и других конкретных системах.
Источник: amd76.ru
Машинный код как язык программирования. Язык ассемблера
Язык сборки (или ассемблера) представляет собой низкоуровневый язык программирования для компьютера или иного программируемого оборудования, в котором существует корреляция между языком и инструкцией машинного кода архитектуры. Каждый машинно-ориентированный язык (в профессиональной терминологии — «сборщик») относится к конкретной компьютерной архитектуре. Напротив, большинство высокоуровневых языков программирования кроссплатформенны, но требуют интерпретации или компиляции.
Платформенно-ориентированный код также можно назвать символическим языком или набором инструкций, выполняемых непосредственно центральным процессором компьютера. Каждая программа, выполняемая процессором, состоит из серии инструкций. Машинный код по определению является самым низким уровнем программирования, видимым для программиста.
Использование
Для многих операций требуется один или несколько операндов, способных построить полную инструкцию, и многие ассемблеры могут принимать выражения чисел и константы, а также регистры и метки в качестве операндов. Это освобождает специалиста при программировании на языке машинного кода от утомительных повторяющихся вычислений. В зависимости от архитектуры эти элементы также могут быть объединены для конкретных инструкций или режимов адресации с использованием смещений или других данных, а также фиксированных адресов. Многие «сборщики» предлагают дополнительные механизмы для облегчения разработки программы, контроля процесса сборки и поддержки отладки.
Историческая перспектива
Первый ассемблерный язык был разработан в 1947 году Кэтлин Бут для ARC2 в Биркбекском лондонском университете в процессе работы с Джоном фон Нейманом и Германом Голдстином в Институте перспективных исследований. SOAP (Symbolic Optimal Assembly Program) была языком ассемблера для ПК IBM 650, созданного Стэном Поули в 1955 году.
Исторически многие программные решения были написаны только на ассемблере. ОС писались исключительно на этом языке до введения Burroughs MCP (1961 г.), который был написан на языке Executive Systems Problem Oriented Language (ESPOL). Многие коммерческие приложения были написаны на машинно-ориентированном языке, в том числе большое количество программного обеспечения мэйнфреймов IBM, созданного ИТ-гигантами. COBOL и FORTRAN в конечном итоге вытеснили большую часть наработок, хотя многие крупные организации сохранили ассемблерные прикладные инфраструктуры в 1990-х годах.
Большинство ранних микрокомпьютеров основывались на языке ассемблера с ручной кодировкой, включая большинство ОС и масштабных приложений. Это связано с тем, что эти машины имели серьезные ограничения ресурсов, нагружали индивидуальную память и архитектуру дисплеев и предоставляли ограниченные системные службы с ошибками. Возможно, более важным было отсутствие первоклассных высокоуровневых компиляторов языка, подходящих для использования в микрокомпьютере, что осложняло обучение машинному коду.
Область применения
Языки сборки устраняют большую часть проблемного, утомительного и трудоемкого программирования на ассемблерах первого поколения, необходимого на самых ранних компьютерах. Это освобождает программистов от рутины в виде запоминания числовых кодов и вычисления адресов. На начальных этапах «сборщики» широко использовались для всех разновидностей программирования.
Однако к концу 1980-х гг. их применение в значительной степени было вытеснено языками более высокого уровня в поисках повышения производительности программирования. Сегодня язык ассемблера по-прежнему используется для прямой аппаратной манипуляции, доступа к специализированным инструкциям процессора или для решения критических проблем с производительностью. Типичной областью применения являются драйверы устройств, низкоуровневые встроенные системы и параметры реального времени.
Образцы применения
Типичными примерами крупных программ на языке ассемблера являются операционные системы IBM PC DOS, компилятор Turbo Pascal и ранние приложения, такие как программа электронных таблиц Lotus 1-2-3.
Машинно-ориентированный язык — основной язык разработки для многих востребованных домашних ПК 1980-х и 1990-х годов (таких как MSX, Sinclair ZX Spectrum, Commodore 64, Commodore Amiga и Atari ST). Это обусловлено тем, что интерпретированные диалоги BASIC на этих системах обеспечивали низкую скорость выполнения, а также ограниченные возможности для полного использования имеющегося оборудования. Некоторые системы даже имеют интегрированную среду разработки (IDE) с высокоразвитыми средствами отладки и макрообъектов. Некоторые компиляторы, доступные для Radio Shack TRS-80 и его преемников, имели возможность комбинировать встроенный источник сборки с программами высокого уровня. После компиляции встроенный ассемблер создал встроенный двоичный код.
Машинный код для чайников. Терминология
Программа ассемблера создает коды операций путем перевода комбинаций мнемоники и синтаксических правил для операций и режимов адресации в их числовые эквиваленты. Это представление обычно включает в себя код операции, а также другие управляющие биты и данные. Ассемблер также высчитывает постоянные выражения и определяет символьные имена для мест памяти и других объектов.
Машинные коды команд ассемблера также могут выполнять некоторые простые типы оптимизации, зависящей от набора команд. Одним из конкретных примеров этого могут быть популярные «сборщики» x86 от разных поставщиков. Большинство из них могут выполнять замены команд перехода в любом количестве проходов, по запросу. Также способны выполнять простую перегруппировку или вставку инструкций, таких как некоторые сборщики для архитектур RISC, которые могут помочь оптимизировать разумное планирование команд, чтобы максимально эффективно использовать конвейер CPU.
Подобно ранним языкам программирования, таким как Fortran, Algol, Cobol и Lisp, сборщики были доступны с 1950-х годов, как и первые поколения текстовых компьютерных интерфейсов. Однако сначала появились сборщики, поскольку их намного проще писать, чем компиляторы для высокоуровневых языков. Это связано с тем, что каждая мнемоника, а также режимы адресации и операнды инструкций транслируются в числовые представления каждой конкретной инструкции без большого контекста или анализа. Также был ряд классов переводчиков и полуавтоматических генераторов кода со свойствами, аналогичными как сборкам, так и языкам высокого уровня, причем скоростной код, возможно, является одним из наиболее известных примеров.
Количество проходов
Существует два вида программирования на ассемблере, основанные на количестве проходов через источник (по количеству попыток прочтения) для создания объектного файла.
Однопроходные ассемблеры проходят через исходный код один раз. Любой символ, используемый до его определения, потребует errata в конце объектного кода.
Многопроходные ассемблеры создают таблицы со всеми символами и их значениями в первых проходах, а затем применяют таблицу в последующих проходах для генерации кода.
Первоначальной причиной использования однопроходных сборщиков была скорость сборки — часто второй проход требовал перемотки и перечитывания источника программы на ленту. Более поздние компьютеры с гораздо большими объемами памяти (особенно для хранения дисков) имели пространство для выполнения всей необходимой обработки без повторного чтения. Преимущество многопроходного ассемблера заключается в том, что отсутствие ошибок приводит к тому, что процесс связывания (или загрузка программы, если ассемблер непосредственно создает исполняемый код) проходит быстрее.
Что такое двоичный код?
Программа, написанная на языке ассемблера, состоит из ряда мнемонических команд процессора и мета-операторов (известных как директивы, псевдо-инструкции и псевдооперации), комментарии и данные. Инструкции по языку ассемблера обычно состоят из мнемоники кода операции. За ней следует список данных, аргументов или параметров. Они переводятся ассемблером в инструкции машинного языка, которые загружаются в память и выполняются.
Например, приведенная ниже инструкция сообщает процессору x86/IA-32 переместить 8-битное значение в регистр. Двоичный код для этой команды — 10110, за которым следует 3-битный идентификатор, для которого используется регистр. Идентификатором AL является 000, поэтому следующий код загружает регистр AL с данными 01100001.
Возникает вопрос: что такое двоичный код? Это система кодирования с использованием двоичных цифр «0» и «1» для представления буквы, цифры или другого символа на компьютере или другом электронном устройстве.
Пример машинного кода: 10110000 01100001.
Технические особенности
Преобразование языка сборки в машинный код — это задание ассемблера. Обратный процесс выполняется с помощью дизассемблера. В отличие от языков высокого уровня существует взаимно однозначное соответствие между множеством простых операторов сборки и инструкциями машинного языка. Однако в некоторых случаях ассемблер может предоставлять псевдоинструкции (макросы).
Они распространяются на несколько инструкций машинного языка для обеспечения обычно необходимой функциональности. Большинство полнофункциональных ассемблеров также предоставляют богатый макроязык, который используется поставщиками и программистами для генерации более сложных кодов и последовательностей данных.
Каждая компьютерная архитектура имеет свой собственный машинный язык. Компьютеры отличаются количеством и типами операций, которые они поддерживают, в разных размерах и числе регистров, а также в представлениях данных в хранилище. В то время как большинство ПК общего назначения способны выполнять практически ту же функциональность, способы, которыми они это делают, различаются. Соответствующие языки ассемблера отражают эти различия.
Множество наборов мнемоники или синтаксиса на ассемблере могут существовать для одного набора команд, обычно создаваемого в разных программах. В этих случаях наиболее популярным является, как правило, тот, который предоставляется изготовителем и используется в его документации.
Язык дизайна
Существует большая степень разнообразия в том, как авторы сборщиков классифицируют заявления и номенклатуру, которые они используют. В частности, некоторые описывают все, что отличается от машинной или расширенной мнемоники, как псевдооперацию. Базовый словарь сборки состоит из системы команд — трех основных разновидностей инструкций, которые используются для определения программных операций:
- мнемоника опкода;
- определения данных;
- директивы сборщика.
Мнемоника опкода и расширенная мнемоника
Инструкции, написанные на языке ассемблера, элементарны, в отличие от высокоуровневых языков. Как правило, мнемоника (произвольные символы) является символьным обозначением для одной исполняемой инструкции кода. Каждая команда обычно состоит из кода операции плюс ноль или более операндов. Большинство команд относятся к одному или двум значениям.
Расширенная мнемоника зачастую применяется для специализированной эксплуатации инструкций — для целей, не очевидных из названия мануала. Например, многие процессоры не имеют явной инструкции NOP, но имеют встроенные алгоритмы, которые используются для этой цели.
Многие сборщики поддерживают элементарные встроенные макрокоманды, способные сгенерировать две или более машинных инструкций.
Директивы данных
Существуют инструкции, используемые для определения элементов для хранения данных и переменных. Они определяют тип данных, длину и выравнивание. Эти инструкции также могут определять доступность информации для внешних программ (собранных отдельно) или только для программы, в которой определен раздел данных. Некоторые ассемблеры определяют их как псевдооператоры.
Директивы сборки
Директивы сборщика, также называемые псевдокодами или псевдооперациями, являются командами, предоставленными ассемблеру, и направляющих его на выполнение операций, отличных от инструкций по сборке. Директивы влияют на работу ассемблера и могут влиять на объектный код, символьную таблицу, файл листинга и значения параметров внутреннего ассемблера. Иногда термин псевдокода зарезервирован для директив, которые генерируют объектный код.
Имена псевдоопераций часто начинаются с точки, чтобы отличаться от машинных команд. Другим распространенным использованием псевдоопераций является резервирование областей хранения для данных времени выполнения и, возможно, инициализация их содержимого до известных значений.
Самодокументирующийся код
Символьные ассемблеры позволяют программистам связывать произвольные имена (метки или символы) с ячейками памяти и разными константами. Зачастую каждой постоянной величине и переменной присваивается собственное имя, поэтому инструкции могут ссылаться на эти местоположения по имени, тем самым способствуя самодокументирующему коду. В исполняемом коде имя любой подпрограммы соотносится с ее точкой входа, поэтому любые вызовы подпрограммы могут использовать ее имя. Внутри подпрограмм назначаются метки GOTO. Многие сборщики поддерживают локальные символы, которые лексически отличаются от обычных символов.
Ассемблеры типа NASM обеспечивают гибкое управление символами, позволяя программистам управлять разными пространствами имен, автоматически вычислять смещения в структурах данных и назначать метки, которые ссылаются на литеральные значения или результат простых вычислений, выполняемых ассемблером. Ярлыки также могут использоваться для инициализации констант и переменных с помощью перемещаемых адресов.
Языки ассемблера, как и большинство других языков компьютера, позволяют добавлять комментарии к исходному коду программы, которые будут игнорироваться во время процесса сборки. Судебное комментирование имеет важное значение в программах ассемблерного языка, поскольку определение и назначение последовательности двоичных машинных команд трудно определить. «Необработанный» (без комментирования) язык ассемблера, созданный компиляторами или дизассемблерами, довольно сложно прочитать, когда необходимо внести изменения.
Источник: fb.ru
Урок №1. Введение в программирование
Компьютеры понимают только очень ограниченный набор инструкций, и чтобы заставить их что-то делать, нужно четко сформулировать задание, используя эти же инструкции. Программа (также « приложение » или « программное обеспечение », или « софт ») — это набор инструкций, которые указывают компьютеру, что ему нужно делать. Физическая часть компьютера, которая выполняет эти инструкции, называется «железом» или аппаратной частью (например, процессор, материнская плата и т.д.). Данный урок является началом серии уроков по программированию на языке С++ для начинающих.
Машинный язык
Процессор компьютера не способен понимать напрямую языки программирования, такие как C++, Java, Python и т.д. Очень ограниченный набор инструкций, которые изначально понимает процессор, называется машинным кодом (или «машинным языком» ). То, как эти инструкции организованы, выходит за рамки данного введения, но стоит отметить две вещи.
Во-первых, каждая команда (инструкция) состоит только из определенной последовательности (набора) цифр: 0 и 1 . Эти числа называются битами (сокр. от « bi nary digi t » ) или двоичным кодом .
Например, одна команда машинного кода архитектуры ×86 выглядит следующим образом:
Во-вторых, каждый набор бит переводится процессором в инструкции для выполнения определенного задания (например, сравнить два числа или переместить число в определенную ячейку памяти ). Разные типы процессоров обычно имеют разные наборы инструкций, поэтому инструкции, которые будут работать на процессорах Intel (используются в персональных компьютерах), с большей долей вероятности, не будут работать на процессорах Xenon (используются в игровых приставках Xbox). Раньше, когда компьютеры только начинали массово распространяться, программисты должны были писать программы непосредственно на машинном языке, что было очень неудобно, сложно и занимало намного больше времени, чем сейчас.
Язык ассемблера
Так как программировать на машинном языке — удовольствие специфическое, то программисты изобрели язык ассемблера. В этом языке каждая команда идентифицируется коротким именем (а не набором единиц с нулями), и переменными можно управлять через их имена. Таким образом, писать/читать код стало гораздо легче. Тем не менее, процессор все равно не понимает язык ассемблера напрямую.
Его также нужно переводить, с помощью ассемблера, в машинный код. Ассемблер — это транслятор (переводчик), который переводит код, написанный на языке ассемблера, в машинный язык. В Интернете язык ассемблера часто называют просто «Ассемблер» .
Преимуществом Ассемблера является его производительность (точнее скорость выполнения) и он до сих пор используется, когда это имеет решающее значение. Тем не менее, причина подобного преимущества заключается в том, что программирование на этом языке адаптируется к конкретному процессору. Программы, адаптированные под один процессор, не будут работать с другим. Кроме того, чтобы программировать на Ассемблере, по-прежнему нужно знать очень много не очень читабельных инструкций для выполнения даже простого задания.
Например, вот вышеприведенная команда, но уже на языке ассемблера:
mov al, 061h
Высокоуровневые языки программирования
Для решения проблем читабельности кода и чрезмерной сложности были разработаны высокоуровневые языки программирования. C, C++, Pascal, Java, JavaScript и Perl — это всё языки высокого уровня . Они позволяют писать и выполнять программы, не переживая о совместимости кода с разными архитектурами процессоров. Программы, написанные на языках высокого уровня, также должны быть переведены в машинный код перед выполнением. Есть два варианта:
компиляция, которая выполняется компилятором;
интерпретация, которая выполняется интерпретатором.
Компилятор — это программа, которая читает код и создает автономную (способную работать независимо от другого аппаратного или программного обеспечения) исполняемую программу, которую процессор понимает напрямую. При запуске программы весь код компилируется целиком, а затем создается исполняемый файл и уже при повторном запуске программы компиляция не выполняется.
Проще говоря, процесс компиляции выглядит следующим образом:
Источник: dzen.ru
Что такое программа это набор инструкций на машинном языке
главное отличие между машинным кодом и языком ассемблера в том, что Машинный код — это язык, который состоит из двоичных файлов, которые могут непосредственно выполняться компьютером, в то время как язык ассемблера является языком программирования низкого уровня, для которого требуется программное обеспечение, называемое ассемблером, для преобразования его в машинный код.
Программисты пишут компьютерные программы, используя языки программирования. Программа — это набор инструкций для выполнения конкретной задачи. В основном, есть три категории языков программирования, такие как языки программирования высокого уровня, ассемблер и машинный код. Здесь люди могут легко понимать языки высокого уровня, тогда как компьютеры могут легко понимать машинный код. С другой стороны, ассемблер является языком между языками высокого уровня и машинным кодом.
Ключевые области покрыты
1. Что такое машинный код
— определение, функциональность
2. Что такое язык ассемблера
— определение, функциональность
3. В чем разница между машинным кодом и языком сборки
— Сравнение основных различий
Основные условия
Ассемблер, ассемблер, машинный код, языки программирования
Что такое машинный код
Программист пишет компьютерные программы, используя языки программирования высокого уровня. Эти языки имеют простой и легко понятный синтаксис, похожий на английский язык. C, C ++, Python, Java являются примерами языков программирования высокого уровня. Тем не менее, процессор не понимает эти программы или исходные коды.
Поэтому необходимо преобразовать эти программы высокого уровня в машинно-понятный машинный код. Компилятор или интерпретатор выполняет это преобразование.
Рисунок 1: Машинный код
Мы также называем машинный код как машинный язык, Он состоит из двоичных цифр, которые являются нулями и единицами. «Один» указывает на истинное состояние, а «ноль» указывает на ложное состояние.
Что такое язык ассемблера
Ассемблер является промежуточным языком между языком высокого уровня и машинным кодом. Это на один уровень выше машинного кода и на один уровень ниже языков высокого уровня. Более того, он имеет синтаксис, похожий на английский, но он сложнее, чем языки программирования высокого уровня.
Рисунок 2: Язык ассемблера
Язык ассемблера ближе к аппаратному уровню. Поэтому он считается языком низкого уровня. При этом программист должен хорошо понимать архитектуру компьютера и структуру регистра для написания программ на ассемблере. Затем ассемблер преобразует программу на ассемблере в машинный код. Следовательно, этот язык более полезен для построения встроенных систем реального времени.
Разница между машинным кодом и языком ассемблера
Определение
Машинный код — это компьютерная программа, написанная на инструкциях на машинном языке, которая может выполняться непосредственно центральным процессором (ЦП) компьютера. И наоборот, ассемблер является языком программирования низкого уровня, в котором существует строгое соответствие между утверждениями программы и инструкциями машинного кода архитектуры. Следовательно, это принципиальное различие между машинным кодом и языком ассемблера.
Синтаксис
Машинный код состоит из двоичных файлов, которые являются нулями и единицами. Язык ассемблера, с другой стороны, следует синтаксису, подобному английскому языку. Следовательно, это является основным отличием машинного кода от языка ассемблера.
усвояемость
Только процессор понимает машинный код; однако программист понимает язык ассемблера.
зависимость
Другое различие между машинным кодом и языком ассемблера состоит в том, что машинный код зависит от платформы или операционной системы. Но язык ассемблера состоит из набора стандартных инструкций.
использование
Учитывая использование, ЦП может напрямую выполнять машинный код для выполнения определенных задач в компьютерной программе. С другой стороны, системы реального времени и встроенные системы на основе микроконтроллеров являются некоторыми примерами приложений, использующих язык ассемблера.
Вкратце, язык ассемблера на один уровень опережает машинный код. Основное различие между машинным кодом и языком ассемблера состоит в том, что машинный код представляет собой язык, состоящий из двоичных файлов, которые могут непосредственно выполняться компьютером, в то время как язык ассемблера является языком программирования низкого уровня, для которого требуется программное обеспечение, называемое ассемблером, для преобразования его в Машинный код.
Ссылка:
1. «Машинный код». Википедия, Фонд Викимедиа, 24 сентября 2018 г.
Источник: ru.strephonsays.com