Язык ассемблера: в чем суть и нужно ли изучать сегодня

Характеристика языка ассемблера

Название ассемблер взято от английского assemble, что в переводе означает собирать, монтировать. По сути – это разновидность транслятора. Ассемблер представляет собой язык низкого уровня, который используется внутри операционной системы для того, чтобы в автоматическом режиме преобразовывать исходную программу (заданную компьютеру) на машинный язык.

По составляющим ассемблера становится понятна архитектура электронно-вычислительной машины. На ассемблере машинный язык представляется в виде символики, благодаря чему программы пишутся гораздо проще. Можно разработать несколько языков ассемблера, подходящих одному и тому же компьютеру. Когда программист работает с высокоуровневым языком, то не видит проблем, связанных с реализацией алгоритмов. А ассемблер открыто взаимодействует с компьютерной системой команд.

Язык ассемблер дает доступ к регистрам, позволяет указывать методы адресации и использовать терминологию команд процессора для описания операций. В состав языка может входить инструментарий более высокого уровня. Например, макрокоманды (и встроенные, и определяемые), аналогичные набору из нескольких машинных команд; возможность задавать автоматический выбор команд (по типам операндов); инструменты для описания структур данных.

Компилятор, трансформирующий язык ассемблера в команды машинного языка, часто тоже называют ассемблером, хотя для него есть ещё название – мнемокод. С его помощью машинные коды трансформируются в мнемонический (удобный для восприятия) вид.

Плюс это еще позволяет задействовать процессор, память и периферию компьютера максимально эффективно. Мнемокод часто применяется там, где во главе угла стоит быстродействие. Какой именно можно использовать мнемокод – зависит от объёма оперативной памяти. Для набора команд центрального процессора тоже часто применяется определение «ассемблер».

Есть отдельные ассемблеры и для разных по архитектуре процессоров, и для разных операционных систем. К примеру, программу для машины с одной архитектурой можно ассемблировать с помощью кросс-ассемблера под машину с другой архитектурой (или операционкой).

Между командами ассемблера и процессора существует соответствие, что позволяет записывать команды и аргументы в установленной символьной форме. И данные, и части программы в процессе ассемблирования связываются между собой посредством меток. Сначала для каждой метки определяется адрес, который потом и ставится в места вхождения меток.

Бесплатный онлайн-интенсив

Ваш Путь в IT начинается здесь

Подробнее

Понятно, что у разных микропроцессоров системы команд неодинаковы. Поэтому для каждого процессора есть персональный набор команд, написанных на языке программирования ассемблер и собственные компиляторы-ассемблеры.

Синтаксис языка ассемблера

Структура языка ассемблера не включает в себя общепринятые для других языков основы синтаксиса. Тем не менее, специалисты по ассемблеру применяют, как правило, определенные общие подходы к программированию. Подобными общепринятыми стандартами считаются AT&T-синтаксис и Intel-синтаксис.

Данные стандарты записываются с применением единого формата, и выглядит он так:

Опкод – это и есть ассемблерная команда. Он выступает в роли инструкции к определенному процессору. В записи могут присутствовать специальные префиксы, а среди них, в свою очередь бывают изменения, представленные адресациями и повторениями.

Читайте также!

Язык программирования Python: особенности и перспективы

Подробнее

Операндами же тут являются названия регистров, констант, адресов, хранящихся в оперативной памяти компьютера. Но имейте в виду, что между стандартами синтаксиса существует отличие. Какое именно? В процессе адресации может меняться порядок перечисления операндов. При этом для процессоров, объединенных одной архитектурой, используемые команды будут одинаковыми.

Плюсы и минусы языка ассемблера

Преимущества:

• Ассемблер – машинный язык, позволяющий максимально задействовать возможности процессора. При этом применять как можно меньше команд и обращений к памяти, что уменьшает размер и повышает скорость работы программы.
• Доступ к расширенным наборам инструкций процессора (MMX, SSE, SSE2, SSE3).
• Доступность портов входа-выхода и особых регистров процессора. Обычно в операционных системах этими опциями можно пользоваться лишь применительно к драйверам и модулям ядра.
• Можно задействовать самомодифицирующийся код, причем и перемещаемый – тоже. Очень во многих случаях это недоступная опция из-за запрета на запись в страницы кода (аппаратных записей это тоже касается). Впрочем, большая часть используемых систем имеет недостатки, по причине которых становится доступно исполнение кода, если только он расположен в сегменте данных, где запись не запрещена.
• Возможность адаптироваться под используемую платформу.

И всё же имейте в виду, что используемые сейчас в операционных системах и компиляторах современные технологии безопасности не дают возможности применять самомодифицирующийся код. Они не позволяют задействовать один и тот же участок памяти и для исполнения программы, и для записи (имеется в виду технология W^X).

W^X применяется в OpenBSD, Linux, иных BSD-системах. Microsoft Windows использует у себя близкую по сути технологию DEP (для версий от Windows XP SP2 и далее).

Недостатки:

• Громоздкие коды, много мелких дополнительных задач, гораздо меньше библиотек, чем в высокоуровневых языках.
• Процесс чтения и поиска ошибок довольно сложен, впрочем, смотря какой выбран стиль программирования, и какие есть комментарии.
• Современные алгоритмы оптимизации, используемые в высокоуровневых языках, позволяют компилировать более эффективные программы, то есть, времени на их разработку уходит меньше, а качество получается лучше.
• Возможность перенесения только на совместимые платформы.
• В современных проектах ассемблер применять труднее.

Применение языка ассемблера

Из-за того, что язык ассемблер трудноприменим для разработки объёмных программных комплексов, стали появляться новые высокоуровневые языки, такие как Фортран, Лисп, Кобол, Паскаль, Си и другие. Именно они (и придуманные вслед за ними языки) сейчас активно используются в современных информационных технологиях.

Тем не менее и языки ассемблера остаются, что называется «при деле». Благодаря своим уникальным достоинствам, они демонстрируют высокую эффективность и возможность задействования в полной мере мощностей и уникального инструментария конкретной платформы.

Язык ассемблер отлично подходит для написания программ, где важными критериями является:

• скорость работы (игры, драйверы);
• объём доступной для использования памяти (вирусные и защитные программы, встраиваемое ПО, программы для микроконтроллеров и микропроцессоров, загрузочные сектора).

Вот какие задачи программирования решаются с использованием ассемблера:

• Повышение скорости реагирования участков программ, написанных С++, например, или на других высокоуровневых языках. Это востребовано в игровых приставках с фиксированной производительностью. Ещё подходит для мультимедийных кодеков, для которых во главе угла – популярность, а не ресурсоемкость.
• Разработка операционных систем. Часто для написания ОС используется язык Си, он изначально и придумывался для создания одной из первых версий Unix. Ассемблер активно применяется для написания аппаратно зависимых участков кода, таких, например, как загрузчик ОС, HAL и ядро. В ядрах Windows или Linux тоже есть участки с ассемблерным кодом, но небольшие (для авторов на первом месте надёжность и переносимость). Иногда любительские ОС полностью пишутся на ассемблере. Пример – MenuetOS, который, кстати, умещается на дискете, а интерфейс представлен в виде многооконной графики.

Дарим скидку от 60%
на курсы от GeekBrains до 29 декабря

Уже через 9 месяцев сможете устроиться на работу с доходом от 150 000 рублей

Забронировать скидку

• Написание программ для микроконтроллеров (МК) и микропроцессоров. Профессор Танненбаум, например, убеждён, что МК сейчас развиваются так же стремительно, как когда-то компьютеры нового времени. Язык ассемблер очень активно используется для программирования МК. И там частая операция – это перемещение отдельных байтов из одних ячеек памяти – в другие. Тот же профессор Танненбаум подчеркивает важность программирования МК, приводя в пример современные жилые дома, в которых где-то по 50 микроконтролеров непременно имеется.
• Разработка драйверов. Ассемблер применяется для участков драйверов, связанных с аппаратным обеспечением. Вообще, главное требование к драйверам – это надежность, поэтому их чаще пишут на высокоуровневых языках. Ведь в Windows NT и Linuх, например, драйверы работают в режиме ядра, и любая ошибка может просто уничтожить систему.
• Написание защитных программ, антивирусов и т.п.
• Разработка трансляторов для языков программирования.

Стоит ли изучать язык ассемблера в 2023 году

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.

Только до 26.12

Скачай подборку материалов, чтобы гарантированно найти работу в IT за 14 дней

Список документов:

ТОП-100 площадок для поиска работы от GeekBrains

20 профессий 2023 года, с доходом от 150 000 рублей

Чек-лист «Как успешно пройти собеседование»

Чтобы получить файл, укажите e-mail:

Введите e-mail, чтобы получить доступ к документам

Подтвердите, что вы не робот,
указав номер телефона:

Введите телефон, чтобы получить доступ к документам

Скачать подборку бесплатно pdf 2,5mb

Уже скачали 52300

Я подтверждаю согласие на обработку персональных данных.

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.

Не важно, на каком языке вы собираетесь писать коды, но вы должны иметь представление о том, как процессор будет реагировать на те или иные команды. В противном случае программист станет наваливать в одну кучу известные ему операции, не особо понимая, каким будет конечный результат.

Да, когда компьютеры были ещё не очень мощными, ассемблер находился на самом пике популярности, но и сейчас к нему вдруг снова возрос интерес. Почему? Мир накрывает гигантская волна IoT.

Популярные статьи

Высокооплачиваемые профессии сегодня и в ближайшем будущем

Дополнительный заработок в Интернете: варианты для новичков и специалистов

Востребованные удаленные профессии: зарабатывайте, не выходя из дома

Разработчик игр: чем занимается, сколько зарабатывает и где учится

Как выбрать профессию по душе: детальное руководство + ценные советы

Полезные книги для изучения языка ассемблера

• Майкл Абраш, «Zen of Assembly Language». Книга подходит для изучения языка с нуля. Автор учит читателя мыслить шире, когда необходимо с помощью инструмента такого низкого уровня решать достаточно сложные задачи.
• Джонатан Бартлетт, «Programming from the Ground Up». Вторая книга, рекомендованная к прочтению. Язык изложения достаточно сух, однако, тут много ценных рекомендаций и технических характеристик.
• Рэй Сейфарт, «Introduction to 64 Bit Assembly Language, Programming for Linux and OS X». Язык ассемблера представлен здесь, как основа для любых устройств и систем. Во всем этом трудно будет разобраться новичку, книга подходит тем, у кого уже есть опыт в программировании (пусть даже небольшой).
• Уип Ирвинг, «Assembly Language for x86 Processors». По названию понятно, что это скорее справочное пособие, чем учебное. Студентам его рекомендуют, как дополнительную литературу. Но учитывая, что процессоры, о которых идет речь, очень распространены, и работать с ними, скорее всего, придется, то книга все-таки оказывается в списке must-read.
• Рандэлл Хайд, «PC Assembly Language». Хорошее пособие для начинающих программистов. Есть мнение, что именно её чаще всего рекомендуют в интернете для изучения данной сферы.
• Пол Картер, «PC Assembly Language». Книга дает отличное обучение по ассемблеру, в ней много примеров, причем, с указанием их использования для реальной жизни.
• Пирогов Владислав, «Ассемблер и дизассемблирование». Разумеется, и русскоязычные материалы в этом списке тоже должны присутствовать. Тут вы найдёте и примеры кода, и описание актуального инструментария, и ответы на самые часто задаваемые вопросы.
• Калашников Олег, «Ассемблер? Это просто! Учимся программировать». Подходит для второй ступени изучения языка ассемблера. То есть, нужно уже иметь некоторую базу знаний, прежде чем брать в руки именно данную книгу.
• Марек Рудольф, «Ассемблер на примерах». Вот это – как раз то, что нужно новичку. Тут все излагается прямо «с нуля», в простой и доступной для понимания форме (хоть книга и не российского происхождения).

Если уже определились с выбором, и уверены, что язык вам необходим, то дерзайте, постигайте основы, узнавайте язык глубже, продолжайте развивать свой опыт и навыки в программировании.

Автор статьи:

Редакция сайта GeekBrains Шеф-редактор раздела Программирование