Код программы на ассемблере

Компилятор GNU для языка C позволяет компилировать программы, в которых взаимодействует код на ассемблере и код на языке Си.

Вызов функций С из кода на ассемблере

Вместо того, чтобы с нуля определять весь функционал программы на ассемблере, мы можем использовать уже готовый функционал языка C, который также обладает высокой производительностью. Например, какие-то определенные функции, для написания которых на ассемблере потребовалось бы много времени и для которых не нужна высокая производительность ассемблера. Для вызова функций языка C из кода на ассемблере необходимо добавить в программу среду выполнения языка C. Но стоит отметить, что различные функции среды выполнения С могут опираться на возможности конкретной операционной системы, например, Linux. И если программа создается под Linux (в том числе Android), то для компиляции среди цепочек компиляции на https://developer.arm.com/downloads/-/arm-gnu-toolchain-downloads лучше выбрать пакет aarch64-none-linux-gnu , а не . Следует отметить, что aarch64-none-linux-gnu доступен только для разработки на Linux и Windows, а для MacOS не доступен.

Как программировать на Ассемблере в 2021 году

Самый простой способ добавить в исполняемый файл среду выполнения C состоит в компиляции программы с помощью компилятора GNU для языка C, то есть gcc , который также включает и ассемблер as и который при установки располагается в том же каталоге:

gcc добавит среду выполнения C автоматически. Для компиляции применяется команда

aarch64-none-linux-gnu-gcc -o app app.s -static

Эта команда вызовет ассемблер as для файла app.s и затем автоматически вызовет линковщик ld , который добавит среду выполнения C.

Следует отметить, что для запуска на некоторых системах (например, для запуска на Android) может потребоваться скомпилировать приложение с флагом -static для статической линковки функционала:

aarch64-none-linux-gnu-gcc -o app app.s -static

Рассмотрим простейший пример — выведем на консоль строку с помошью стандартной функции С — printf . Для этого определим файл app.s со следующим кодом:

.global main main: // функция main STR LR,[SP,#-16]! // сохраняем в стеке текущий адрес из регистра LR LDR X0, =message // загружаем выводимую строку BL printf // вызываем стандартную функцию printf языка С MOV X0, #0 // код возврата LDR LR, [SP], #16 // извлекаем из стека адрес в регистр LR RET // выходим из функции .data message: .asciz «Hello METANIT.COM!n»

Прежде всего стоит отметить, что метка, по которой располагается код программы, называется main , а не _start . Среда выполнения языка C уже имеет метку _start . Соответственно ожидается, что сначала будет загружаться среда выполнения C, а затем вызывается собственно код программы. И если мы оставим в программе на ассемблере метку _start , то мы получим ошибку, что такая метка определена более одного раза.

После загрузки срежа выполнения будет обращаться к функции main . И в данном случае код ассемблера по сути представляет функцию main

ВИРУС на Ассемблере | Как программно отключить монитор?

В функции main сначала сохраняем в стек текущий адрес из регистра LR. Далее в регистр X0 загружаем строку message. Эта строка определяется с помошью директивы .asciz , которая определяет строку с концевым нулевым байтом. Собственно в языке С строки как раз и представляют набор символов, который заканчивается нулевым байтом.

Далее инструкцией BL printf вызываем стандартную функцию языка С — printf , которая выводит строку на консоль.

Затем в регистр X0 помещаем код возврата — число 0. Восстанавливаем значение регистра LR и выходим из функции инструкцией RET .

Скомпилируем этот код с помощью команды:

aarch64-none-linux-gnu-gcc -o app app.s // или с помощью команды aarch64-none-linux-gnu-gcc -o app app.s -static

В итоге у нас получится файл app , который содержит среду выполнения C. Минусом такого подхода является более раздутый код файла.

Вывод содержимого регистра

Пример выше, возможно, не очень показательный, поскольку без вызова функции printf нам потребовалось лишь на пару инструкций больше, чтобы вывести строку на консоль. Но посмотрим на другую задачу — вывод содержимого регистра на консоль. На ассемблере нам для этого потребовалось бы написать порядочное число инструкций, а использование функции printf позволяет быстро решить данную задачу:

.global main main: // функция main STR LR,[SP,#-16]! // сохраняем в стеке текущий адрес из регистра LR LDR X0, =str // загружаем строку форматирования str MOV X1, #15 // для спецификатора %d MOV X2, #15 // для спецификатора %x BL printf // вызываем стандартную функцию printf языка С MOV X0, #0 // код возврата LDR LR, [SP], #16 // извлекаем из стека адрес в регистр LR RET // выходим из функции .data str: .asciz «X1 = %ld tX2 = 0x%016lxn»

Здесь выводимая на консоль строка представляет строку форматирования «X1 = %ld tX2 = 0x%016lxn».

Здесь используются два спецификатора. Вместо первого спецификатора %ld вставляется десятичное число, которое в языке представляет тип long. Вместо второго спецификатора 0x%016lx вставляется шестнадцатеричное число типа long, для вывода которого используются 16 символов. Если число занимает меньше 16 символов, то оставшиеся позиции заполняются нулями. Фактически в данном случае мы будем выводить значение регистра X1 в виде десятичного числа и значение регистра X2 в виде шестнадцатеричного числа.

В итоге функция printf принимает три аргумента — сама выводимая строка и два значения для ее спецификаторов. Параметры передаются функциям в порядке следования через регистры X0, X1, X2. То есть первый параметр функции printf — строка помещается в регистр X0, второй параметр — значение для спецификатора %ld помещается в регистр X1, значение для второго спецификатора помещается в регистр X2. То есть, если бы мы вызывали функцию printf в Си, то условно ее вызов бы выглядел следующим образом:

printf(«X1 = %ld tX2 = 0x%016lxn», X1, X2);

Причем в обоих случае выводим одно и то же число — 15, только в разных системах исчисления. В итоге консольный вывод будет выглядеть следующим образом:

X1 = 15 X2 = 0x000000000000000f

Макрос для универсальной печати регистра

Пойдем дальше и абстрагируемся от конкретного регистра и вынесем код печати регистра в отдельный макрос. Для этого определим файл printRegister.s со следующим кодом:

.macro printRegister reg STP X0, X1, [SP, #-16]! STP X2, X3, [SP, #-16]! STP X4, X5, [SP, #-16]! STP X6, X7, [SP, #-16]! STP X8, X9, [SP, #-16]! STP X10, X11, [SP, #-16]! STP X12, X13, [SP, #-16]! STP X14, X15, [SP, #-16]!

STP X16, X17, [SP, #-16]! STP X18, LR, [SP, #-16]! MOV X2, Xreg // для спецификатора %d MOV X3, Xreg // для спецификатора %x MOV X1, #reg // устанавливаем название регистра ADD X1, X1, #’0′ // для установки символа для спецификатора %c LDR X0, =str // строка форматирования BL printf // вызываем функцию printf LDP X18, LR, [SP], #16 LDP X16, X17, [SP], #16 LDP X14, X15, [SP], #16 LDP X12, X13, [SP], #16 LDP X10, X11, [SP], #16 LDP X8, X9, [SP], #16 LDP X6, X7, [SP], #16 LDP X4, X5, [SP], #16 LDP X2, X3, [SP], #16 LDP X0, X1, [SP], #16 .endm .data str: .asciz «X%c = %ld, 0x%016lxn» .align 4 .text

Вначале идет 10 строк для сохранения состояния регистров в стек, чтобы внешний код, в котором используется данный макрос, получил те же значения в регистрах, которые были до вызова макроса. Поскольку часть регистров может использовать сам макрос, некоторые регистры могут использовать вызываемые функции типа printf, и хорошей практикой считается сохранение вначале и восстановление в конце регистров.

Сам макрос имеет один параметр — reg , через который макрос получае номер регистра, например, число 1 будет представлять регистр X1.

На консоль здесь выводится строка, которая имеет следующее форматирование: «X%c = %ld, 0x%016lxn» . Через спецификатор %c передается символ — номер регистра. Через спецификатор %ld передается десятичное значение регистра. А через спецификатор %016lx передается шестнадцатеричное значение регистра.

Важный момент — инструкция .align 4 . Она позволяет выравнить строку по 4 байтам, что позвляет более быстро загружать данные, выравненные по 4 байтам. И далее идет объявление секции .text

Таким образом, в функцию printf передается четыре параметра, Соответственно, чтобы вывести значение одного регистра нам потребуется 4 регистра. В регистры X2 и X3 помещаются значения для второго и третьего спецификаторов:

MOV X2, Xreg // для спецификатора %d MOV X3, Xreg // для спецификатора %x

В регистр X1 помещается числовой код номера регистра. Чтобы получить числовой код ASCII, прибавляем к номеру числовой код символа «0»

MOV X1, #reg // устанавливаем название регистра ADD X1, X1, #’0′ // для установки символа для спецификатора %c

В главном файле программы, который будет называться app.s , подключим макрос:

.include «printRegister.s» // подключем макрос printRegister .global main main: // функция main STR LR,[SP,#-16]! // сохраняем в стеке текущий адрес из регистра LR MOV X1, #0x0000000000000005 MOV X2, #0xFFFFFFFFFFFFFFFF MOV X3, #0x000000000000000E MOV X4, #0x0000000000000009 printRegister 1 // обращаемся к макросу, передавая номера регистров — X1 printRegister 2 // X2 printRegister 3 // X3 printRegister 4 // X4 MOV X0, #0 // код возврата LDR LR, [SP], #16 // извлекаем из стека адрес в регистр LR RET // выходим из функции

Здесь последовательно вызываем макрос printRegister значения регистров X1, X2, X3, X4 и выводим их на консоль. Консольный вывод:

X1 = 5, 0x0000000000000005 X2 = -1, 0xffffffffffffffff X3 = 14, 0x000000000000000e X4 = 9, 0x0000000000000009

Источник: metanit.com

Что такое язык ассемблера и стоит ли его изучать

Ассемблер используют разработчики микроконтроллеров и драйверов — те, кто работает с железом.

Анастасия Хамидулина
Автор статьи
5 мая 2023 в 9:01

Про Python, Java, C пишут в блогах онлайн-школ, на хабре и ви-си. Эти языки — лидеры по рейтингу TIOBE, их часто выбирают новички, чтобы изучать как первый язык программирования. Но знания менее популярных языков программирования тоже востребованы. В статье рассматриваем язык ассемблера: о нём расскажет Алексей Каньков, старший backend-разработчик Revizto.

Что такое ассемблер

Язык ассемблера (Assembly, или ASM) — это язык программирования, который используют, чтобы написать программы для аппаратных платформ или архитектур.

В отличие от языков программирования высокого уровня, например Python или Java, язык ассемблера обеспечивает прямое представление инструкций машинного кода. Поэтому язык ассемблера называют языком низкого уровня: он ближе к двоичному коду, который понимает компьютер.

Программы на языке ассемблера обычно пишут с комбинациями текстовой мнемоники и числовых кодов, известных как коды операций. Это инструкции: их выполняет процессор. Программы непросто писать и отлаживать из-за их низкоуровневой природы. Зато они дают больший контроль над аппаратным обеспечением компьютера и могут быть более эффективными, чем программы на языках высокого уровня.

Когда и как был создан

Язык программирования ассемблер существует с первых дней вычислительной техники. Его развитие можно проследить до первых электронных компьютеров, построенных в 1940-х и 1950-х.

Один из первых примеров языка ассемблера — язык, используемый для программирования компьютера Manchester Mark 1. Его разработала группа исследователей под руководством Фредерика Уильямса и Тома Килберна из Манчестерского университета в Англии. Manchester Mark 1 был одним из первых компьютеров, использующих архитектуру с хранимой программой. Его язык применяли для написания программ, которые хранились в его памяти.

Компьютерное оборудование развивалось — совершенствовались и языки ассемблера. Добавили новые инструкции и функции для более сложных операций и новых аппаратных возможностей. Сегодня язык ассемблера по-прежнему используют в специализированных областях. Например, в программировании встроенных систем и низкоуровневом системном программировании.

Python-разработчик: новая работа через 9 месяцев
Получится, даже если у вас нет опыта в IT

Где используют язык ассемблера

Сейчас используют множество различных языков ассемблера, каждый из которых предназначен для конкретной аппаратной платформы или архитектуры. Примеры:

• x86 для ПК на базе Intel;
• ARM для мобильных устройств и встроенных систем;
• MIPS для некоторых встроенных систем и академического использования.

Ассемблер нужен в областях, где требуется низкоуровневое системное программирование или аппаратное управление:

Разработка операционной системы. Язык ассемблера используют при разработке ОС и драйверов устройств, для которых нужен прямой доступ к аппаратным компонентам.

Программирование встроенных систем. Ассемблер применяют для разработки микроконтроллеров и других небольших устройств с ограниченной вычислительной мощностью.

Разработка игр. Язык нужен, чтобы оптимизировать критически важные для производительности участки кода. Примеры игр, в которых использовали ассемблер: TIS-100, RollerCoaster Tycoon, Shenzhen I/O, Human Resource Machine. Правда, эти игры скорее для программистов: в них разрабатывают имитацию кода.

Обратный инжиниринг. Язык ассемблера часто используют для дизассемблирования и анализа двоичного кода.

Разработка вредоносных программ. Хакеры создают на ассемблере вирусы.

То есть язык ассемблера используют в тех областях, где критически важны производительность и аппаратный контроль. Там, где другие языки программирования высокого уровня не отвечают конкретным требованиям приложения.

Как устроен язык ассемблера

Синтаксис

Синтаксис ассемблера может различаться: зависит от конкретной архитектуры или платформы. Одни языки используют двоеточия для меток или целей перехода, у других символы отличаются. Но в целом синтаксис состоит из серии инструкций и операндов, написанных с использованием текстовой мнемоники. Пример:

«` MOV AX, 1 ; move the value 1 into the AX register ADD AX, BX ; add the value in the BX register to the AX register «`

В этом примере MOV и ADD — это мнемоники для инструкций «переместить» и «добавить». AX и BX — это операнды. Они относятся к регистрам, в которых хранятся данные.

Синтаксис языка ассемблера точный и структурированный, потому что предназначен для работы с машинным кодом. Но это затрудняет чтение и написание кода для программистов, привыкших к языкам более высокого уровня.

Если хотите изучать более универсальные и популярные языки, начните с Java и Python. В онлайн-университете Skypro есть такие курсы: учим с нуля, делаем упор на практику. Научитесь разрабатывать приложения, сайты, социальные сети, игры, доски объявлений. В конце — диплом и помощь с работой. Не просто подбираем вакансии, а устраиваем на новую работу — или возвращаем деньги за обучение.

Директивы

В языке ассемблера директивы — это специальные инструкции. Они используются для предоставления дополнительной информации ассемблеру или компоновщику, а не выполняются как часть программы. Директивы обычно обозначают специальным символом, например точкой или решеткой.

`SECTION`: эта директива нужна для определения разделов программы, которые используют для группировки связанного кода и данных вместе.

`ORG`: чтобы установить исходный или начальный адрес программы или раздела.

`EQU`: чтобы определить константы или символы, которые используют во всей программе.

`DB`, `DW`, `DD`: для определения значений данных байтов, слов или двойных слов в памяти.

`ALIGN`: для выравнивания ячейки памяти следующей инструкции или значения данных с указанной границей.

`EXTERN`, `GLOBAL`: чтобы указать, определяется ли символ внешне или глобально. Эту информацию использует компоновщик для разрешения ссылок на символы в разных объектных файлах.

`INCLUDE`: для включения файла кода на языке ассемблера в текущую программу.

Директивы помогают управлять структурой и организацией программы на языке ассемблера, указывать дополнительную информацию для создания конечной исполняемой программы.

Команды

Команды языка ассемблера — основные строительные блоки программ. Эти инструкции используют, чтобы сообщить процессору, какие операции следует выполнять. В одних архитектурах сотни или тысячи различных инструкций, в других может быть всего несколько десятков.

Команды перемещения данных. Перемещают данные между регистрами или ячейками памяти: MOV, PUSH и POP.

Арифметические команды. Выполняют арифметические операции с данными в регистрах или ячейках памяти: ADD, SUB и MUL.

Логические команды. Выполняют логические операции с данными в регистрах или ячейках памяти: AND, OR и XOR.

Команды ветвления. Управляют путем перехода к другому разделу кода: JMP, JZ и JE.

Команды стека. Управляют стеком — областью памяти для хранения данных — и управляющей информацией во время вызовов функций и возвратов: PUSH и POP.

Системные вызовы. Позволяют программам на ассемблере взаимодействовать с операционной системой или другими системными функциями, такими как INT, которые запускают программное прерывание.

Ассемблерный код

Примеры фрагментов кода ассемблера для архитектуры x86:

«` section .data msg db ‘Hello, world!’, 0 section .text global _start _start: mov eax, 4 ; System call for write mov ebx, 1 ; File descriptor for stdout mov ecx, msg ; Address of message to print mov edx, 13 ; Length of message int 0x80 ; Call kernel mov eax, 1 ; System call for exit xor ebx, ebx ; Exit code 0 int 0x80 ; Call kernel «`

Эта программа определяет строку сообщения в разделе .data, а затем использует инструкцию mov для настройки параметров системного вызова. Выводит на экран сообщения с помощью системного вызова записи. Затем программа завершается с кодом выхода 0.

Сумма двух чисел:

«` section .data a dw 5 b dw 7 section .text global _start _start: mov ax, [a] ; Load first number into AX add ax, [b] ; Add second number to AX mov cx, ax ; Save result in CX mov eax, 1 ; System call for exit xor ebx, ebx ; Exit code 0 int 0x80 ; Call kernel «`

Эта программа определяет два значения в разделе .data, а потом использует инструкции mov и add для вычисления суммы двух чисел и сохранения результата в регистре cx. Затем программа завершается с кодом выхода 0.

Программа для вычисления последовательности Фибоначчи:

«` section .data n dw 10 section .bss fib resw 10 section .text global _start _start: mov eax, [n] mov ebx, 0 mov ecx, 1 mov edx, 2 mov [fib+ebx], ecx .loop: cmp edx, eax jge .done add ecx, [fib+ebx] mov [fib+edx], ecx mov ebx, edx inc edx jmp .loop .done: mov eax, 1 xor ebx, ebx int 0x80 «`

Эта программа использует цикл для вычисления первых n чисел в последовательности Фибоначчи и сохранения их в массиве, в разделе .bss. Затем программа завершается с кодом выхода 0.

Достоинства и недостатки ассемблера

Преимущества

➕ Эффективность: программы на языке ассемблера можно оптимизировать для конкретной архитектуры — это делает их эффективными и быстрыми.

➕ Низкоуровневый контроль над аппаратными ресурсами: позволяет разработчикам писать программы, адаптированные к конкретным аппаратным требованиям.

➕ Небольшой размер кода: программы на языке ассемблера обычно меньше программ на языках более высокого уровня. Это важно в определенных встроенных системах или других средах с ограниченным объемом памяти.

➕ Переносимость: язык используют для написания кода, который можно скомпилировать для работы на разных платформах с соответствующими модификациями.

➕ Отладка: язык ассемблера полезен для отладки низкоуровневых проблем в программах или оборудовании.

Недостатки

➖ Сложность: язык ассемблера гораздо сложнее написать и понять, чем языки более высокого уровня. Программирование на ассемблере утомительно и занимает много времени: разработчики должны писать код даже для самых простых операций.

➖ Ограниченная абстракция: в языке нет многих абстракций и высокоуровневых конструкций — это затрудняет написание сложных программ.

➖ Сопровождение: программы на ассемблере трудно поддерживать, потому что изменения в аппаратном или программном обеспечении требуют значительных обновлений кода.

➖ Отладка: это еще и минус, потому что отладка кода на языке ассемблера сложная — проблемы низкого уровня трудно диагностировать и исправить.

Стоит ли изучать язык ассемблера

Это зависит от ваших целей и интересов. Если хотите писать высокопроизводительный код для конкретной аппаратной платформы или устройства, ассемблер полезен. Еще знания пригодятся для отладки низкоуровневых проблем в программах или оборудовании.

Но учитывайте, что язык ассемблера требует глубокого понимания компьютерной архитектуры и наборов инструкций. Учить его сложнее, чем языки более высокого уровня. Особенно если нет опыта в области компьютерных наук, вы еще не знакомы с архитектурой компьютера и концепциями низкоуровневого программирования.

Востребованы ли программисты на ассемблере сегодня

Программирование на языке assembler не так распространено, как раньше. Но всё еще есть отрасли и приложения, где он нужен. Например, встроенные системы, разработка операционных систем и реверс-инжиниринг.

Этот язык программирования используют только для максимально эффективной разработки, потому что команды работают с процессором или контроллером напрямую. То есть код ассемблера будет максимально быстро исполняться и четко работать.

Изучать его стоит, если вы планируете программировать микросхемы или писать эффективные программы для процессоров.

Потому что писать программы на ассемблере трудоемко, а разрабатывать приложения с интерфейсами для пользователей бессмысленно.

На 13 марта 2023-го на хедхантере 50 075 вакансий программистов, а вакансий с упоминанием Assembler всего 244 по России — меньше 0,5%. Но с учетом тренда на импортозамещение спрос на таких программистов может вырасти.

Юрий Гизатуллин, руководитель и сооснователь digital-агентства TIQUM, сооснователь RB7.ru

Примеры вакансий на хедхантере с упоминанием ассемблера: зарплаты от 100 000 ₽ до 500 000 ₽

Главное: что такое ассемблер

• Ассемблер — это язык программирования низкого уровня. Он нужен для программирования микроконтроллеров или написания программ, которые работают с процессорами напрямую. Еще его используют для анализа двоичного кода, создания вирусов, оптимизации важных для производительности участков кода при разработке игр.
• Преимущества языка ассемблера: низкоуровневый контроль над аппаратными ресурсами, небольшой размер кода. Код ассемблера можно скомпилировать для работы на разных платформах с соответствующими модификациями. Язык ассемблера полезен для отладки низкоуровневых проблем в программах или оборудовании. Программы на языке ассемблера можно оптимизировать для конкретной архитектуры.
• Недостатки: в языке нет многих абстракций и высокоуровневых конструкций, его сложно изучать, а программы на ассемблере трудно поддерживать.

Источник: sky.pro

Почему Ассемблер — это круто, но сложно

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».

Как мыслит процессор

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. Подробнее — в расхлопе ↓

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.

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.

Команды Ассемблера

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 — 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

Здесь нет меток, первыми идут команды (mov или add), а за ними — операнды и комментарии.

Пример: возвести число в куб

Если нам понадобится вычислить х³, где х занимает ровно один байт, то на Ассемблере это будет выглядеть так.

Первый вариант

mov al, x ; Пересылаем x в регистр AL imul al ; Умножаем регистр AL на себя, AX = x * x movsx bx, x ; Пересылаем x в регистр BX со знаковым расширением imul bx ; Умножаем AX на BX. Результат разместится в DX:AX

Второй вариант

mov al, x ; Пересылаем x в регистр AL imul al ; Умножаем регистр AL на себя, AX = x * x cwde ; Расширяем AX до EAX movsx ebx, x ; Пересылаем x в регистр EBX со знаковым расширением imul ebx ; Умножаем EAX на EBX. Поскольку x – 1-байтовая переменная, результат благополучно помещается в EAX

На любом высокоуровневом языке возвести число в куб можно одной строкой. Например:

на худой конец x = x*x*x.

Хитрость в том, что когда каждая из этих строк будет сведена к машинному коду, этого кода может быть и 5 команд, и 10, и 50, и даже 100. Чего стоит вызов объекта Math и его метода pow: только на эту служебную операцию (ещё до самого возведения в куб) может уйти несколько сотен и даже тысяч машинных команд.

А на Ассемблере это гарантированно пять команд. Ну, или как реализуете.

Почему это круто

Ассемблер позволяет работать с процессором и памятью напрямую — и делать это очень быстро. Дело в том, что в Ассемблере почти не тратится зря процессорное время. Если процессор работает на частоте 3 гигагерца — а это примерно 3 миллиарда процессорных команд в секунду, — то очень хороший код на Ассемблере будет выполнять примерно 2,5 миллиарда команд в секунду. Для сравнения, JavaScript или Python выполнят в тысячу раз меньше команд за то же время.

Ещё программы на Ассемблере занимают очень мало места в памяти. Именно поэтому на этом языке пишут драйверы, которые встраивают прямо в устройства, или управляющие программы, которые занимают несколько килобайт. Например, программа, которая находится в брелоке сигнализации и управляет безопасностью всей машины, занимает всего пару десятков килобайт. А всё потому, что она написана для конкретного процессора и использует его возможности на сто процентов.

Справедливости ради отметим, что современные компиляторы С++ дают машинный код, близкий по быстродействию к Ассемблеру, но всё равно немного уступают ему.

Почему это сложно

Для того, чтобы писать программы на Ассемблере, нужно очень любить кремний:

• понимать архитектуру процессора;
• знать устройство железа, которое работает с этим процессором;
• знать все команды, которые относятся именно к этому типу процессоров;
• уметь работать с данными в побайтовом режиме (забудьте о строках и массивах, ведь ваш максимум — это одна буква);
• понимать, как в ограниченных условиях реализовать нужную функциональность.

Теперь добавьте к этому отсутствие большинства привычных библиотек для работы с чем угодно, сложность чтения текста программы, медленную скорость разработки — и вы получите полное представление о программировании на Ассемблере.

Для чего всё это

Ассемблер незаменим в таких вещах:

• драйверы;
• программирование микроконтроллеров и встраиваемых процессоров;
• куски операционных систем, где важно обеспечить скорость работы;
• антивирусы (и вирусы).

На самом деле на Ассемблере можно даже запилить свой сайт с форумом, если у программиста хватает квалификации. Но чаще всего Ассемблер используют там, где даже скорости и возможностей C++ недостаточно.

Получите ИТ-профессию

В «Яндекс Практикуме» можно стать разработчиком, тестировщиком, аналитиком и менеджером цифровых продуктов. Первая часть обучения всегда бесплатная, чтобы попробовать и найти то, что вам по душе. Дальше — программы трудоустройства.

Источник: thecode.media