Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
язык программирование ассемблер
Введение
Язык программирования ассемблер
История языка
Программирование на языке ассемблер
Преимущества и недостатки языка
Turbo Assembler (TASM)
Система прерывания программ
Механизм прерывания
Работа механизма прерывания
Заключение
Список литературы
Приложение
Введение
Прогресс компьютерных технологий определил процесс появления новых разнообразных знаковых систем для записи алгоритмов - языков программирования. Существует множество языков программирования, но мы остановимся на Ассемблере.
Несмотря на то, что в настоящее время программист может использовать большое количество языков программирования, которые гораздо проще Ассемблера, знание Ассемблера и умение программировать на нем никогда не будут лишними. Этот факт подтверждается следующими доводами:
1. На других языках программирования не всегда возможно написать приложение, которое полно бы удовлетворяло требованиям. А в некоторых случаях полностью невозможно. На языке программирования Ассемблер можно написать любое приложение.
2. Иногда языки программирования высокого уровня не могут обеспечить требуемое быстродействие. А приложение созданное на Ассемблере всегда быстродействующее.
3. Размер приложений созданных на языках высокого уровня имею гораздо больший размер, чем приложения созданные на Ассемблере.
4. Язык Ассемблер позволяет работать непосредственно с аппаратными средствами, что в некоторых случаях дает программисту преимущество и требуемый результат. Приложение на языке высокого уровня работает с аппаратными устройствами через написанные модули, т. е. не позволит программисту что-либо изменить, а, следовательно, получить требуемый результат.
5. Знание языка Ассемблер дает большее преимущество перед теми, кто программирует только на языках высокого уровня. Знающий Ассемблер знает и структуру компьютера, и структуру аппаратных устройств.
Цель работы:
описать язык программирования Ассемблер;
выявить преимущества и недостатки языка;
описать Turbo Assembler;
ознакомиться с механизмом прерывания.
Язык программирования ассемблер
История ассемблера
Программисты уже были знакомы с понятием подпрограммы: Грейс Хоппер и ее коллеги применяли подпрограммы на гарвардском «Марке-1» во время второй мировой войны, однако каждая подпрограмма решала свою специфическую задачу.
Подпрограммами называются независимые фрагменты компьютерной программы, используемые многократно и вызываемые из главной программы в случае необходимости. Например, одна подпрограмма может вычислять квадратный корень, а другая заставит компьютер вывести на дисплей литеру.
Первые программисты почти всегда имели блокноты с записью наиболее употребляемых подпрограмм, чтобы в случае необходимости не составлять их заново. Проблема состояла в том, что адреса расположения команд и переменных подпрограммы в памяти менялись в зависимости от ее размещения в последней. Настройка подпрограмм на определенное место в памяти, очевидно, нуждалась в автоматизации, и впервые это было сделано на «Эдсаке». Программисты Кембриджа начали с написания набора унифицированных подпрограмм, которые и образовали библиотеку. После этого достаточно было ввести лишь короткую команду - и компьютер проделывал всю работу по настройке и размещению подпрограммы внутри программы.
Морис Уилкс назвал мнемоническую схему для «Эдсака» и библиотеку подпрограмм собирающей системой (по-английски assembly system - отсюда слово «ассемблер»), поскольку она собирала последовательности подпрограмм.
Ассеммблер (от англ. assembler - сборщик) - компьютерная программа, компилятор исходного текста программы, написанной на языке ассемблера, в программу на машинном языке.
Язык ассемблера в русском языке часто называют просто ассемблером. Транслятор с этого языка тоже обычно называют просто ассемблером, что в ряде случаев может создать путаницу. Процесс трансляции с языка ассемблера в машинный код нередко называют ассемблированием.
Использование термина «язык ассемблера» может вызвать ошибочное мнение о существовании единого языка низкого уровня или хотя бы стандарта на такие языки, что абсолютно не соответствует истине. Поэтому при именовании языка, на котором написана конкретная программа, желательно уточнять, для какой архитектуры она предназначена и на каком диалекте языка написана.
Программирование на языке ассемблер
Ассемблер - язык программирования низкого уровня, представляющий собой формат записи машинных команд, удобный для восприятия человеком.
Команды языка ассемблера один в один соответствуют командам процессора и, фактически, представляют собой удобную символьную форму записи команд и их аргументов. Также язык ассемблера обеспечивает базовые программные абстракции: связывание частей программы и данных через метки с символьными именами и директивы.
Директивы ассемблера позволяют включать в программу блоки данных (описанные явно или считанные из файла) ; повторить определённый фрагмент указанное число раз; компилировать фрагмент по условию; задавать адрес исполнения фрагмента, менять значения меток в процессе компиляции; использовать макроопределения с параметрами и др.
Каждая модель процессора, в принципе, имеет свой набор команд и соответствующий ему язык (или диалект) ассемблера.
Ассемблерные программы могут быть очень эффективными. Из программистов, с равными навыками и способностями, работающих на языке Ассемблера создать программу более компактную и быстродействующую, чем такую же программу, написанную на языке высокого уровня. Это так практически для всех небольших или средних программ. К сожалению, по мере возрастания размеров, программы на языке Ассемблера теряют часть своих преимуществ. Это происходит из-за необходимого в ассемблерной программе внимания к деталям. Как вы видите, язык Ассемблера требует от вас планирования каждого действия компьютера. В небольших программах это позволяет оптимизировать работу программы с аппаратными средствами. В больших же программах огромное количество деталей может помешать вам эффективно работать над самой программой, даже если отдельные компоненты программы окажутся очень неплохими. Безусловно, программирование на языке Ассемблера отвечает потребностям не каждой программы.
Программы на языке Ассемблера очень точны. Поскольку этот язык позволяет программисту непосредственно работать со всем аппаратным обеспечением, ассемблерная программа может делать то, что недоступно никакой другой программе. Несомненно, что в программировании устройств ввода-вывода, где требуется контроль над отдельными разрядами регистров устройства, программирование на языке Ассемблера - единственный подходящий выбор.
Ясно, что эффективность и точность языка Ассемблера дают определенные преимущества. Но его детализированность создает и некоторые проблемы. Когда же стоит выбирать для программирования язык Ассемблера?
Конечно, вы должны пользоваться программами на языке Ассемблера, когда нет другого способа написать программу. Например, программисты фирмы IBM писали с использованием процедур Ассемблера все программы управления устройствами ввода-вывода для IBM PC. Для управления устройствами ввода-вывода и системой прерываний, потребовалась та точность языка Ассемблера, которую не может обеспечить ни один другой язык программирования. Аналогично, на языке Ассемблера в фирме IBM писались процедуры диагностики, которые должны проверять каждую деталь аппаратуры.
Язык Ассемблера необходим также и в тех случаях, когда главными являются рабочие характеристики программы. Это может быть время исполнения или конечный размер программы. Библиотека математических процедур Фортрана - пример программы, требующей хороших характеристик, как в отношении времени, так и размера. Математические процедуры являются частью любой программы на Фортране, поэтому они должны занимать как можно меньше места. Кроме того, эти процедуры управляют всеми математическими функциями в фортрановской программе и часто используются. Следовательно, они должны исполняться быстро.
Какая программа не подходит для языка Ассемблера? Конечно, вы можете написать на нем любую программу, однако с большой программой лучше работать в языке высокого уровня, таком как C или C#. Эти языки позволяют вам сосредоточиться на своей проблеме. Вам не приходится непосредственно иметь дело с тонкостями аппаратного оборудования и процессора. Языки высокого уровня позволяют вам отступить назад и за деревьями увидеть лес.
При программировании на языке Ассемблера и только через написание программ на этом уровне детализации вы можете понять, как работает машина на самом нижнем уровне. Если вы хотите узнать о компьютере все, вы должны быть знакомы с языком ассемблера. Единственный способ добиться этого: писать программы на этом языке.
Самыми популярными на сегодняшний день являются пакеты Turbo Assembler (TASM) фирмы Borland, Macro Assembler for Windows32 (MASM32), созданный Hutch (на основе старого MASM фирмы Microsoft), а также Flat Assembler (FASM), и Netwide Assembler (NASM), развиваемый командой NASM Development Team. Все эти ассемблеры предоставляют весьма широкие возможности для программиста. На них можно писать программы как под DOS, так и под Windows.
Существует также множество других видов ассемблера, число которых растет. Например: CodeX Assembler, Gema Assembler, Light Macro Assembler (LASM), Lazy Assembler (LZASM), Table Driven Assembler (TDASM), NewBasic++ Assembler (NBASM), TMA Macro Assembler и др.
Преимущества и недостатки языка
Достоинства
Искусный программист, как правило, способен написать более эффективную программу на ассемблере, чем те, что генерируются трансляторами с языков программирования высокого уровня, то есть для программ на ассемблере характерно использование меньшего количества команд и обращений в память, что позволяет увеличить скорость и уменьшить размер программы.
Обеспечение максимального использования специфических возможностей конкретной платформы, что также позволяет создавать более эффективные программы с меньшими затратами ресурсов.
При программировании на ассемблере возможен непосредственный доступ к аппаратуре, в том числе портам ввода-вывода, регистрам процессора, и др.
Язык ассемблера применяется для создания драйверов оборудования и ядра операционной системы
Язык ассемблера используется для создания «прошивок» BIOS.
С помощью языка ассемблера создаются компиляторы и интерпретаторы языков высокого уровня, а также реализуется совместимость платформ.
Существует возможность исследования других программ с отсутствующим исходным кодом с помощью дизассемблера.
Недостатки
Главное преимущество ассемблера практически полностью нивелируется хорошей оптимизацией в современных компиляторах языков высокого уровня.
В силу своей машинной ориентации («низкого» уровня) человеку по сравнению с языками программирования высокого уровня сложнее читать и понимать программу, она состоит из слишком «мелких» элементов - машинных команд, соответственно усложняются программирование и отладка, растет трудоемкость, велика вероятность внесения ошибок. В значительной степени возрастает сложность совместной разработки.
Как правило, меньшее количество доступных библиотек по сравнению с современными индустриальными языками программирования.
Отсутствует переносимость программ на компьютеры с другой архитектурой и системой команд (кроме двоично-совместимых).
Turbo Assembler (TASM )
Турбо Ассемблер фирмы Borland представляет собой многопроходный ассемблер с разрешением опережающих ссылок, скоростью ассемблирования до 48000 строк в минуту (на компьютере IBM PS/2, модель 60), совместимый с макроассемблером фирмы Microsoft MASM и дополнительной возможностью использования режима расширенного синтаксиса. Независимо от вашего опыта в программировании вы, несомненно, оцените эти особенности, а также ряд других средств, которые значительно облегчают программирование на Ассемблере.
Среди таких средств можно кратко упомянуть следующие:
полная поддержка процессора 80386;
улучшенная синтаксическая проверка типов;
упрощенные директивы определения сегментов;
улучшенное управление листингом;
расширения инструкций POP и PUSH;
расширенный оператор CALL с аргументами и необязательным параметром языка;
локальные метки;
локальные идентификаторы в стеке и аргументы вызова в процедурах;
структуры и объединения;
вложенные директивы;
режим QUIRK, эмулирующий MASM;
полная отладка на уровне исходного текста с помощью Турбо отладчика;
встроенная утилита генерации перекрестных ссылок (TCREF) ;
файлы конфигурации и командные файлы.
Турбо Ассемблер является мощным Ассемблером, работающим с командной строкой, который воспринимает ваши исходные файлы (файлы с расширением *. asm*) и создает из них объектные модули (файлы с расширением *. obj*). После этого вы можете использовать программу-компоновщик фирмы Borland TLINK. EXE, отличающуюся высокой скоростью компоновки, для компоновки полученных объектных модулей и создания выполняемых файлов (файлов с расширением *. exe*).
Турбо Ассемблер создан для работы с процессорами серии 80х86 и 80х87 (более подробно набор инструкций процессоров серии 80х86/80х87 описан в соответствующих руководствах фирмы Intel).
Turbo Assembler, помимо полной поддержки транслятора фирмы Microsoft имеет дополнительные возможности, объединённые в режиме, названном разработчиками Ideal. Использование этого режима даёт возможность начинающему программисту применять более наглядный и простой стиль разработки программ. Более опытные программисты, пишущие на ассемблере, могут использовать такие возможности режима Ideal, как вложенные структуры, объединения.
Важной особенностью режима Ideal является применение проверки типов данных, подобно языкам высокого уровня, что позволяет выявить многие ошибки ещё на этапе трансляции. Среди многих других важных преимуществ режима Ideal можно выделить следующие:
Возможность использования одинаковых имён для обозначения членов различных структур;
Применение операторов HIGH и LOW;
Предварительное вычисление выражений EQU;
Корректное управление сегментами данных объединённых в группы;
Усовершенствованное использования директив;
Разумное использование скобок в выражениях.
Turbo Assembler передаёт аргументы в процедуры на языках высокого уровня в кадре стека, помещая аргументы перед вызовом процедуры в стек. Процедуры, написанные на языках высокого уровня, считывают аргументы из стека по мере необходимости. При выходе процедура может удалять аргументы из стека или оставлять эту операцию для вызывающей процедуры.
Традиционным способом, с помощью которого объединяются программы, написанные на С++ и Ассемблере, является разделительная компиляция с последующей компоновкой в один исполняемый файл. При этом можно использовать компилятор Borland C++, который вызывает Turbo Assembler для трансляции ассемблерной программы.
Разработка программы на языке Turbo Assembler включает четыре этапа:
1-й этап. Подготовка исходного текста программы и оформление его в виде текстового файла (одного или нескольких) с помощью какого-нибудь редактора в формате DOS с расширением *. asm*.
2-й этап. Ассемблирование программы с применением транслятора Tasm, результатом которого является объектный файл с расширением *. obj*. Когда программа состоит из нескольких файлов (модулей), то их ассемблирование производится независимо друг от друга. Если в процессе трансляции будут обнаружены ошибки, то объектный файл не создаётся, а формируется сообщение об ошибках. Ошибки устраняются, после чего трансляция повторяется. Объектный файл (двоично-кодированное представление программы) не может быть запущен на исполнение, так как в нём не содержится информация о загрузке сегментов программы в памяти компьютера.
3-й этап. Компоновка программы производится компоновщиком (редактором связей) Turbo Linker и заключается в объединении объектных модулей в один исполняемый файл с назначением стартового адреса программы. Исполняемый файл имеет расширение *. exe*. 2-й и 3-й этапы определяют процесс подготовки исполнительного файла программы, называемого трансляцией.
4-й этап состоит в отладке программы с использованием отладчика Turbo Debugger, который будет являться основным инструментом при изучении форматов команд, их кодирования, а также представления переменных программы в памяти.
Система прерывания программ
Одним из принципиальных отличий компьютера от любой другой машины, является то, что ПК способен реагировать на непредсказуемые события в процессе работы. Эта способность обеспечивается с помощью особого свойства компьютера - аппарата прерываний. Прерывание позволяет компьютеру приостановить любое свое действие и переключиться на другое в зависимости от того, что вызывает это прерывание. Например, нажатие соответствующей клавиши на клавиатуре.
Способность к прерыванию разрешает, казалось бы, сложнейшую проблему эффективности работы нашего компьютера. С одной стороны, мы хотим, чтобы компьютер занимался той работой, которую мы ему дали. С другой стороны, нам нужно, чтобы он реагировал на любую нашу команду, подаваемую, например, с помощью клавиатуры. Если бы компьютер был способен только на то, чтобы не отвлекаясь выполнять то, что ему заранее было задано, он бы не смог ответить на наши запросы своевременно, не следя постоянно за деятельностью клавиатуры. Реагировать на сигналы, посылаемые клавиатурой, равно как и на другие сигналы, требующие внимания в то время, когда компьютер занят другой работой, позволяет ему система прерываний.
Микропроцессор нашего ПК имеет “ врожденную” способность прерывать выполнение операций, при этом у него существует надежное средство откладывать на хранение работу, выполнение которой было прервано. Для этого используется стек микропроцессора. Когда происходит прерывание, запись того, что делал компьютер в этот момент, хранится в стеке, так что по завершении прерывания мы можем вернуться к тому месту, от которого нам пришлось отвлечься. Это один из нескольких способов применения стека, но он является самым важным. Без стека, куда мы можем положить на хранение информацию о выполняемой работе, не могла бы реализоваться сама идея прерывания.
Механизм прерывания
Прерывание (англ. interrupt) - сигнал, сообщающий процессору о наступлении какого-либо события. При этом выполнение текущей последовательности команд приостанавливается, и управление передаётся обработчику прерывания, который реагирует на событие и обслуживает его, после чего возвращает управление в прерванный код.
Программное прерывание - синхронное прерывание, которое может осуществить программа с помощью специальной инструкции.
Для обработки событий, происходящих асинхронно по отношению к выполнению программы, лучше всего подходит механизм прерываний. Прерывание можно рассматривать как некоторое особое событие в системе, требующее моментальной реакции. Например, хорошо спроектированные системы повышенной надежности используют прерывание по аварии в питающей сети для выполнения процедур записи содержимого регистров и оперативной памяти на магнитный носитель с тем, чтобы после восстановления питания можно было продолжить работу с того же места.
Кажется очевидным, что возможны самые разнообразные прерывания по самым различным причинам. Поэтому прерывание рассматривается не просто как таковое: с ним связывают число, называемое номером типа прерывания или просто номером прерывания. С каждым номером прерывания связывается то или иное событие. Система умеет распознавать, какое прерывание, с каким номером оно произошло, и запускает соответствующую этому номеру процедуру.
Программы могут сами вызывать прерывания с заданным номером. Для этого они используют команду INT. Это так называемые программные прерывания. Программные прерывания не являются асинхронными, так как вызываются из программы.
В процессорах архитектуры x86 для явного вызова синхронного прерывания имеется инструкция Int, аргументом которой является номер прерывания (от 0 до 255). ВIBM PC-совместимых компьютерах обработку некоторых прерываний осуществляют подпрограммы BIOS, хранящиеся в ПЗУ, и это служит интерфейсом для доступа к сервису, предоставляемому BIOS. Также, обслуживание прерываний могут взять на себя BIOS карт расширений (например, сетевых или видеокарт), операционная система и даже обычные (прикладные) программы, которые постоянно находятся в памяти во время работы других программ (т. н. резидентные программы). В отличие от реального режима, в защищённом режиме x86-процессоров обычные программы не могут обслуживать прерывания, эта функция доступна только системному коду (операционной системе).
MS-DOS использует для взаимодействия со своими модулями и прикладными программами прерывания с номерами от 20h до 3Fh (числа даны в шестнадцатеричной системе счисления, как это принято при программировании на языке ассемблера x86). Например, доступ к основному множеству функций MS-DOS осуществляется исполнением инструкции Int 21h (при этом номер функции и её аргументы передаются в регистрах). Это распределение номеров прерываний не закреплено аппаратно и другие программы могут устанавливать свои обработчики прерываний вместо или поверх уже имеющихся обработчиков, установленных MS-DOS или другими программами, что, как правило, используется для изменения функциональности или расширения списка системных функций. Также, этой возможностью пользуются вирусы.
Работа механизма прерывания
Каждое определённое прерывание идентифицируется своим номером. Например, таймер и клавиатура и принтер имеют каждый свой собственный номер прерывания. Что касается базовой системы ввода/вывода, то её сервисные программы подразделяются на группы, причём за всеми программами группы закрепляется один номер прерывания.
Когда происходит прерывание, его номер из таблицы используется для включения соответствующей программы обработки прерываний. Перед тем как такая программа начнёт свою работу, механизм микропроцессора, отвечающий за обработку прерываний, оставляет запись в стеке о том, какая работа производилась до прерывания. После этого выполняется программа обработки прерывания.
Программа обработки прерываний начинает работу, приняв предохранительные меры против дальнейших возможных прерываний, в случае, если должны выполняться очень важные или сложные операции, которые нельзя прерывать. Обычно такие программы включают смену сегментного регистра, управляющего доступом в память, а также запись в стек дальнейшей информации о состоянии, которую необходимо сохранить в добавление к той, которая была автоматически записана в начале прерывания.
После завершения своих операций программа обработки прерываний может снова привести в действие другие типы прерываний и выполнять необходимую работу. Когда операции прерывания заканчиваются, программа обработки прерываний восстанавливает исходное состояние машины, в котором она находилась до прерывания, и компьютер продолжает прерванную работу.
Для примера рассмотрим программу, которая представляет собой исполняемый *. exe файл, после запуска которого на экране периодически появляется государственный флаг России. Период появлений примерно 1 раз в 2 секунды (см. Приложение). Данная программа имеет следующий алгоритм работы (рис. 1) :
Размещено на http://www.allbest.ru/
Рис. 1. Алгоритм работы программы.
Программное обращение к видеодрайверу BIOS реализуется с помощью прерывания INT 10h. При работе в текстовом режиме обычно используются следующие функции драйвера:
02h - установить позицию курсора;
03h - получить позицию курсора;
05h - установить видеостраницу;
06h - инициализировать или прокрутить вверх окно;
07h - инициализировать или прокрутить вниз окно;
09h - вывести символ и атрибут в позицию курсора;
0Ah - вывести символ в позицию курсора;
0Eh - вывести символ в режиме телетайпа;
10h, подфункция 3h - переключить бит мерцание/яркость;
13h - вывести строку в режиме телетайпа.
С помощью функций 06h и 07h в заданном месте экрана дисплея создаются цветные прямоугольные окна заданного размера. Если в эти окна выведен какой-либо текст, то с помощью этих функций его можно прокручивать вверх и вниз.
Функции 09h, 0Ah, 0Eh и 13h служат для вывода на экран отдельных символов и символьных строк (в цикле). Предусмотрен вывод одного и того же символа заданное число раз, что можно использовать при создании рамок и других орнаментов.
Функция 0Eh реагирует на управляющие коды, выполняя соответствующие действия. Курсор перемещается после вывода каждого символа.
Функция 13h предназначена для вывода строк с указанием атрибутов как каждого символа в отдельности, так и всей строки. Функция может выполняться в четырех вариантах в зависимости от кода режима, указываемого в регистре AL.
При выводе на экран средствами драйвера BIOS необходимо иметь в виду, что ввод с клавиатуры Ctrl/C не приводит к завершению программы. Следует опасаться бесконечных циклов вывода на экран - выход из них возможен только путем перезагрузки компьютера.
Сигналы внешних аппаратных прерываний (от таймера, клавиатуры, дисков и проч.) поступают в процессор не непосредственно, а через контроллер прерываний, в качестве которого используется микросхема Intel 8259A. Обработка аппаратного прерывания обязательно включает в себя процедуры управления контроллером прерываний. Организация системы аппаратных прерываний заключается в том, что к восьми входным выводам контроллера подключаются выводы устройств, на которых возникают сигналы прерываний. Выход INT контроллера подключается к одноименному входу микропроцессора. При этом, кроме сигнала INT, инициирующего процедуру прерывания в микропроцессоре, контроллер передает в микропроцессор по линиям данных номер вектора, через который должна быть вызвана программа обработки поступившего прерывания. Передаваемый номер вектора образуется в контроллере путем сложения базового номера, записанного в одном из его регистров, с номером входной линии, по которой поступил запрос. Номер базового вектора заносится в контроллер автоматически в процессе начальной загрузки компьютера. Контроллер программируется через порты 20h и 21h. Поскольку базовый вектор всегда равен 8, то номера векторов, закрепленных за аппаратными прерываниями, лежат в диапазоне 8h,..., Fh.
В нашем случае также необходимо рассмотреть прерывания вызванные сигналами системного таймера.
Прерывания это готовые процедуры, которые компьютер вызывает для выполнения определенной задачи. Существуют аппаратные и программные прерывания. Аппаратные прерывания инициируются аппаратурой, либо с системной платы, либо с карты расширения. Они могут быть вызваны сигналом микросхемы таймера, сигналом от принтера, нажатием клавиши на клавиатуре и множеством других причин. Аппаратные прерывания не координируются с работой программного обеспечения. Когда вызывается прерывание, то процессор оставляет свою работу, выполняет прерывание, а затем возвращается на прежнее место. Для того чтобы иметь возможность вернуться точно в нужное, место программы, адрес этого места (CS: IP) запоминается на стеке, вместе с регистром флагов. Затем в CS: IP загружается адрес программы обработки прерывания и ей передается управление. Программы обработки прерываний иногда называют драйверами прерываний. Они всегда завершаются инструкцией IRET (возврат из прерывания), которая завершает процесс, начатый прерыванием, возвращая старые значения CS: IP и регистра флагов, тем самым, давая программе возможность продолжить выполнение из того же состояния. Все IBM PC используют микросхему таймера 8253 (или 8254) для согласования импульсов от микросхемы системных часов. Число циклов системных часов преобразуется в один импульс, а последовательность этих импульсов подсчитывается для определения времени, или они могут быть посланы на громкоговоритель компьютера для генерации звука определенной частоты. Микросхема 8253 имеет три идентичных независимых канала, каждый из которых может программироваться. Микросхема 8253 работает независимо от процессора. Процессор программирует микросхему и затем обращается к другим делам. Таким образом 8253 действует как часы реального времени - она считает свои импульсы независимо от того, что происходит в компьютере. Однако, максимальный программируемый интервал составляет приблизительно 1/12 секунды. Для подсчета интервалов времени в часы и минуты нужны какие-то другие средства. Именно по этой причине импульсы от нулевого канала микросхемы таймера накапливаются в переменной, находящейся в области данных BIOS. Это накопление обычно называется подсчетом времени суток. 18. 2 раза в секунду выход канала 0 обрабатывается аппаратным прерыванием (прерыванием таймера), которое ненадолго останавливает процессор и увеличивает счетчик времени суток.
Число 0 соответствует полночи 12: 00; когда счетчик достигает значения эквивалентного 24 часам, он сбрасывается на ноль. Другое время в течение суток легко определяется делением показателя счетчика на 18. 2 для каждой секунды. Счетчик времени суток используется в большинстве операций, связанных со временем.
Заключение
Ассемблер является символическим аналогом машинного языка. По этой причине программа, написанная на ассемблере, должна отражать все особенности архитектуры микропроцессора: организацию памяти, способы адресации операндов, правила использования регистров и т. д. Из-за необходимости учета подобных особенностей ассемблер уникален для каждого типа микропроцессоров.
В данной курсовой работе изучен теоретический материал о языке низкого уровня - ассемблер, его преимущества и недостатки, основные этапы программирования на ассемблере. Были рассмотрены принципы обработки прерываний, вывода и ввода информации в графическом и текстовом режимах, обработка сообщений системного таймера, реализован алгоритм выполнения поставленной задачи, а также выполнена трансляция кода в исполняемый файл.
Список литературы
Касвандс Э. Г. Введение в программирование на языке Ассемблер. ч. 1 - М. : ЮНИТИ - ДАНА, 2006.
Юров В. Assembler. Специальный справочник. - СПб. : Питер, 2007.
Что такое ассемблер. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.assembler.webservis.ru
Ваулин А. С. Языки программирования. кн. 5 - М. : Школа-Пресс, 2008.
Малютин Э. А. Языки программирования. - М. : Просвещение, 2008.
Абель П. Язык Ассемблера для IBM PC и программирования /Пер. с англ. Ю. В. Сальникова - М. ; Высшая школа 2007 - 447 с. : ил.
Программируем на ассемблере. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.kalashnikoff.ru
Зубков С. В. Assembler для DOS, Windows и Unix. - М. : ИНФРА-М, 2009.
Богумирский Б. Эффективная работа на IBM PC в среде Windows 95 СПб, «Питер», 2007.
Юров В., Хорошенко В. Assembler - Учебный курс. - СПб. : Питер, 2007.
Приложение
Код программы
; mov AX, data; инициализация
mov DS, AX; сегментного регистра DS
; Прочитаем и сохраним исходное содержимое вектора 8
mov word ptr old_08h, BX
mov word ptr old_08h+2, ES
; Установим наш обработчик прерываний new_08h
mov DX, offset new_08h
push DS; Сохраним на время DS
push CS; Отправим содержимое CS
int 21h; Вызов DOS (функции 25h)
pop DS; Восстановим DS
; Сымитируем действия, выполняемые в течение 3 с, просто зациклив программу
; Вторая ветвь программы, активизируемая по истечении 3 с
; белая полоса
; синяя полоса
; красная полоса
mov CS: time, 20
; Прикладной обработчик прерываний от таймера,
; активизируемый 18, 2 раза в секунду
push AX; Сохраним два используемых
push BP; в обработчике регистра
dec CS: time; Декремент интервала времени
jnz outint; Пока не 0, выйти из прерывания
; Содержимое ячейки time уменьшилось до 0, выполнить переключение программы
mov BP, SP; ВР=текущая вершина стека
mov AX, offset fin; Смещение точки перехода
mov , AX; /Отправим его в стек на место IP
mov AX, seg fin; /Сегмент точки перехода
mov , AX; /Отправим его в стек на место CS
outint: mov AL, 20h; /Команда EOI в контроллер
out 20h, AL; /прерываний
MOV AX, 0600h ; AH=06 (прокрутка), AL=00 (весь экран)
MOV BH, 07 ; нормальный атрибут
MOV CX, 0000 ; верхняя левая позиция
MOV DX, 184Fh ; нижняя правая позиция
INT 10h ; передача управления в BIOS
MOV AH, 02 ; номер функции
MOV BH, 00 ; номер страницы
MOV DH, 00 ; номер строки
MOV DL, 00; номер столбца
INT 10h ; устанавливаем курсор
pop BP; /Восстановим оба
pop AX; /сохраненных регистра
iret; /Выход из прерывания
time dw 20; /Ячейка для отсчета времени
; /Поля данных
old_08h dd 0; /Ячейка для хранения исходного вектора
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Эволюция языков программирования от низкого уровня до современности. Языки программирования второго поколения - ассемблер. Императивные, функциональные, логические и объектно-ориентированные языки. Машинная независимость. Парадигмы программирования.
презентация , добавлен 14.10.2013
Изучение некоторых аспектов языка Ассемблера и ЭВМ в целом. Построение алгоритмов решения поставленной задачи на языках программирования Си, Ассемблер УМ и IBM PC. Составление блок-схем решений и написание программ на каждом из перечисленных языков.
курсовая работа , добавлен 20.10.2014
Изучение языка низкого уровня ассемблер для написания примера программы для 16 битного приложения. Разработка и реализация алгоритма поднесения чисел к степени чисел над полем за основанием 2 (mod 2). Иллюстрация техники создания DOS приложения.
курсовая работа , добавлен 08.11.2011
Машинные коды и ассемблер. Первые языки программирования высокого уровня. Язык программирования FORTRAN. Достоинства и недостатки ALGOL. Научные и бухгалтерские программы. Основные принципы, которые соблюдались при создании языка программирования Basic.
курсовая работа , добавлен 21.06.2014
Язык программирования как формальная знаковая система, предназначенная для записи программ. Рефал как алгоритмический язык рекурсивных функций. Лисп как ассемблер, ориентированный на работу со списковыми структурами. Пролог: понятие, основные средства.
презентация , добавлен 22.02.2014
Особенности ассемблера - машинно-ориентированного языка низкого уровня, применяемого для создания простых приложений. Связывание программ на разных языках. Типичный формат записи команд, инструкции и директивы языка ассемблера. Разработка игры "Змейка".
курсовая работа , добавлен 20.07.2014
Характеристика языков программирования: краткая история, хронология. Основные виды языков программирования: ассемблер; бейсик. Создание и использование формул в Excel. Применение операторов в формулах. Использование функций в Excel. Сайт дома отдыха.
отчет по практике , добавлен 03.06.2011
Ввод и вывод чисел при помощи подключаемого модуля IO. Особенности работы с одномерными и двухмерными массивами. Тестирование состояние флагов. Рринципы и навыки работы с компилятором и отладчиком. Разработка схемы алгоритма программы на языке ассемблер.
курсовая работа , добавлен 02.12.2009
Изучение особенностей операционной системы, набора программ, контролирующих работу прикладных программ и системных приложений. Описания архитектуры и программного обеспечения современных операционных систем. Достоинства языка программирования Ассемблер.
презентация , добавлен 22.04.2014
Ассемблер как символический аналог машинного языка. Архитектура микропроцессора: организация памяти, способы адресации операндов, правила использования регистров. Текст программы. Этапы программирования на ассемблере, алгоритмы выполнения задач.
Язык ассе́мблера (англ. assembly language ) - машинно-ориентированный язык низкого уровня с командами, обычно соответствующими командам машины, который может обеспечить дополнительные возможности вроде макрокоманд; автокод, расширенный конструкциями языков программирования высокого уровня, такими как выражения, макрокоманды, средства обеспечения модульности программ. Автокод - язык программирования, предложения которого по своей структуре в основном подобны командам и обрабатываемым данным конкретного машинного языка.
Язык ассемблера - система обозначений, используемая для представления в удобочитаемой форме программ, записанных в машинном коде. Язык ассемблера позволяет программисту пользоваться алфавитными мнемоническими кодами операций, по своему усмотрению присваивать символические имена регистрам ЭВМ и памяти, а также задавать удобные для себя схемы адресации (например, индексную или косвенную). Кроме того, он позволяет использовать различные системы счисления (например, десятичную или шестнадцатеричную) для представления числовых констант и даёт возможность помечать строки программы метками с символическими именами с тем, чтобы к ним можно было обращаться (по именам, а не по адресам) из других частей программы (например, для передачи управления).
Перевод программы на языке ассемблера в исполнимый машинный код (вычисление выражений, раскрытие макрокоманд, замена мнемоник собственно машинными кодами и символьных адресов на абсолютные или относительные адреса) производится ассемблером - программой-транслятором, которая и дала языку ассемблера его название.
Команды языка ассемблера один к одному соответствуют командам процессора. Фактически, они и представляют собой более удобную для человека символьную форму записи -мнемокоды - команд и их аргументов. При этом одной команде языка ассемблера может соответствовать несколько вариантов команд процессора.
Кроме того, язык ассемблера позволяет использовать символические метки вместо адресов ячеек памяти, которые при ассемблировании заменяются на вычисляемые ассемблером или компоновщиком абсолютные или относительные адреса, а также так называемые директивы (команды ассемблера, не переводимые в машинные команды процессора, а выполняемые самим ассемблером).
Директивы ассемблера позволяют, в частности, включать блоки данных, задать ассемблирование фрагмента программы по условию, задать значения меток, использоватьмакрокоманды с параметрами.
Каждая модель (или семейство) процессоров имеет свой набор - систему - команд и соответствующий ему язык ассемблера. Наиболее популярные синтаксисы языков ассемблера - Intel-синтаксис и AT&T-синтаксис.
Существуют компьютеры, реализующие в качестве машинного язык программирования высокого уровня (Форт, Лисп, Эль-76). Фактически, в таких компьютерах они выполняют роль языков ассемблера.
Достоинства и недостатки
Достоинства
скорость работы - за счёт оптимизации вычислительного алгоритма и/или более рационального обращения к ОП, перераспределения данных;
объём кода (в том числе за счёт эффективного использования промежуточных результатов). (Сокращение объёма кода также нередко повышает скорость выполнения программы.)
Язык ассемблера позволяет писать самый быстрый и компактный код, какой вообще возможен для данного процессора.
Если код программы достаточно большой, - данные, которыми он оперирует, не помещаются целиком в регистрах процессора, то есть частично или полностью находятся в оперативной памяти, - то искусный программист, как правило, способен значительно оптимизировать программу по сравнению с транслятором с языка высокого уровня по одному или нескольким параметрам:
Обеспечение максимального использования специфических возможностей конкретной платформы, что также позволяет создавать более эффективные программы, в том числе менее ресурсоёмкие.
При программировании на языке ассемблера возможен непосредственный доступ к аппаратуре, и, в частности, портам ввода-вывода, регистрам процессора и др.
Язык ассемблера часто применяется для создания драйверов оборудования и ядра операционной системы (или машиннозависимых подсистем ядра ОС).
Язык ассемблера используется для создания «прошивок» BIOS.
С помощью языка ассемблера часто создаются машиннозависимые подпрограммы компиляторов и интерпретаторы языков высокого уровня, а также реализуется совместимостьплатформ.
С помощью дизассемблера возможно исследовать существующие программы при отсутствии исходного кода.
Недостатки
В силу машинной ориентации («низкого» уровня) языка ассемблера человеку сложнее читать и понимать программу на нём по сравнению с языками программирования высокого уровня; программа состоит из слишком «мелких» элементов - машинных команд, соответственно, усложняются программирование и отладка, растут трудоёмкость и вероятность внесения ошибок.
Требуется повышенная квалификация программиста для получения качественного кода: код, написанный средним программистом на языке ассемблера, обыкновенно оказывается не лучше или даже хуже кода, порождаемого оптимизирующим компилятором для сравнимых программ, написанных на языке высокого уровня.
Программа на языке высокого уровня может быть перекомпилирована с автоматической оптимизацией под особенности новой целевой платформы, программа же на языке ассемблера на новой платформе может потерять своё преимущество в скорости без ручного переписывания кода.
Как правило, меньшее количество доступных библиотек по сравнению с современными индустриальными языками программирования.
Отсутствует переносимость программ на компьютеры с другой архитектурой и системой команд.
Применение
Исторически, если первым поколением языков программирования считать машинные коды, то язык ассемблера можно рассматривать как второе поколение языков программирования. Недостатки языка ассемблера, сложность разработки на нём больших программных комплексов привели к появлению языков третьего поколения - языков программирования высокого уровня (таких как Фортран, Лисп, Кобол, Паскаль, Си и др.). Именно языки программирования высокого уровня и их наследники в основном используются в настоящее время в индустрии информационных технологий. Однако языки ассемблера сохраняют свою нишу, обусловленную их уникальными преимуществами в части эффективности и возможности полного использования специфических средств конкретной платформы.
На языке ассемблера пишут программы или их фрагменты в тех случаях, когда критически важны:
быстродействие (драйверы, игры);
объём используемой памяти (загрузочные секторы, встраиваемое (англ. embedded ) программное обеспечение, программы для микроконтроллеров и процессоров с ограниченными ресурсами, вирусы, программные защиты).
С использованием программирования на языке ассемблера производятся:
Оптимизация критичных к скорости участков программ в программах на языках высокого уровня, таких как C++ или Pascal. Это особенно актуально для игровых приставок, имеющих фиксированную производительность, и для мультимедийных кодеков, которые стремятся делать менее ресурсоёмкими и более быстрыми.
Создание операционных систем (ОС) или их компонентов. В настоящее время подавляющее большинство ОС пишут на более высокоуровневых языках (в основном на Си - языке высокого уровня, который специально был создан для написания одной из первых версий UNIX). Аппаратно зависимые участки кода, такие как загрузчик ОС, уровеньабстрагирования от аппаратного обеспечения (hardware abstraction layer) и ядро, часто пишутся на языке ассемблера. Фактически, ассемблерного кода в ядрах Windows или Linux совсем немного, поскольку авторы стремятся обеспечить переносимость и надёжность, но, тем не менее, он там присутствует. Некоторые любительские ОС, такие как MenuetOS, целиком написаны на языке ассемблера. При этом MenuetOS помещается на дискету и содержит графический многооконный интерфейс.
Программирование микроконтроллеров (МК) и других встраиваемых процессоров. По мнению профессора Таненбаума, развитие МК повторяет историческое развитие компьютеров новейшего времени. На сегодняшний день для программирования МК весьма часто применяют язык ассемблера (хотя и в этой области широкое распространение получают языки вроде Си). В МК приходится перемещать отдельные байты и биты между различными ячейками памяти. Программирование МК весьма важно, так как, по мнению Таненбаума, в автомобиле и квартире современного цивилизованного человека в среднем содержится 50 микроконтроллеров.
Создание драйверов. Некоторые части драйверов программируют на языке ассемблера. Хотя в целом в настоящее время драйверы также стараются писать на языках высокого уровня в связи с повышенными требованиями к надёжности и достаточной производительностью современных процессоров и достаточным совершенством компиляторов с языков высокого уровня. Надёжность для драйверов играет особую роль, поскольку в Windows NT и UNIX (в том числе в Linux) драйверы работают в режиме ядра. Одна ошибка в драйвере может привести к краху всей системы.
Создание антивирусов и других защитных программ.
Написание трансляторов языков программирования.
Связывание программ на разных языках
Поскольку уже давно на языке ассемблера часто кодируют только фрагменты программ, их необходимо связывать с остальными частями программной системы, написанными на других языках программирования. Это достигается двумя основными способами:
На этапе компиляции - вставка в исходный код программы на языке высокого уровня ассемблерных фрагментов (англ. inline assembler ) с помощью специальных директив языка. Способ удобен для несложных преобразований данных, но полноценного ассемблерного кода, с данными и подпрограммами, включая подпрограммы со множеством входов и выходов, не поддерживаемых языком высокого уровня, с его помощью сделать невозможно.
На этапе компоновки при раздельной компиляции. Для взаимодействия компонуемых модулей достаточно, чтобы импортируемые функции (определённые в одних модулях и используемые в других) поддерживали определённое соглашения вызова (англ. calling conventions ). Написаны же отдельные модули могут быть на любых языках, в том числе и на языке ассемблера.
Синтаксис
Синтаксис языка ассемблера определяется системой команд конкретного процессора.
Набор команд
Типичными командами языка ассемблера являются (большинство примеров даны для Intel-синтаксиса архитектуры x86):
Команды пересылки данных (mov и др.)
Арифметические команды (add, sub, imul и др.)
Логические и побитовые операции (or, and, xor, shr и др.)
Команды управления ходом выполнения программы (jmp, loop, ret и др.)
Команды вызова прерываний (иногда относят к командам управления): int
Команды ввода/вывода в порты (in, out)
Для микроконтроллеров и микрокомпьютеров характерны также команды, выполняющие проверку и переход по условию, например:
cjne - перейти, если не равно
djnz - декрементировать, и если результат ненулевой, то перейти
cfsneq - сравнить, и если не равно, пропустить следующую команду
Инструкции
Типичный формат записи команд:
[ метка:] мнемокод [ операнды] [ ;комментарий]
где мнемокод - непосредственно мнемоника инструкции процессору. К ней могут быть добавлены префиксы (повторения, изменения типа адресации и пр.).
В качестве операндов могут выступать константы, адреса регистров, адреса в оперативной памяти и пр. Различия между синтаксисом Intel и AT&T касаются в основном порядка перечисления операндов и указания различных методов адресации.
Используемые мнемоники обычно одинаковы для всех процессоров одной архитектуры или семейства архитектур (среди широко известных - мнемоники процессоров и контроллеровx86, ARM, SPARC, PowerPC, M68k). Они описываются в спецификации процессоров. Возможные исключения:
если ассемблер использует кроссплатформенный AT&T-синтаксис (оригинальные мнемоники приводятся к синтаксису AT&T);
если изначально существовало два стандарта записи мнемоник (система команд была наследована от процессора другого производителя).
Например, процессор Zilog Z80 наследовал систему команд Intel 8080, расширил её и поменял мнемоники (и обозначения регистров) на свой лад. Процессоры Motorola Fireball наследовали систему команд Z80, несколько её урезав. Вместе с тем, Motorola официально вернулась к мнемоникам Intel и в данный момент половина ассемблеров для Fireball работает с мнемониками Intel, а половина - с мнемониками Zilog.
Директивы
Программа на языке ассемблера может содержать директивы : инструкции, не переводящиеся непосредственно в машинные команды, а управляющие работой компилятора. Набор и синтаксис их значительно разнятся и зависят не от аппаратной платформы, а от используемого транслятора (порождая диалекты языков в пределах одного семейства архитектур). В качестве «джентльменского набора» директив можно выделить следующие:
определение данных (констант и переменных),
управление организацией программы в памяти и параметрами выходного файла,
задание режима работы компилятора,
всевозможные абстракции (то есть элементы языков высокого уровня) - от оформления процедур и функций (для упрощения реализации парадигмы процедурного программирования) до условных конструкций и циклов (для парадигмы структурного программирования),
Сверхвысокоуровневый язык программирования (язык программирования сверхвысокого уровня, VHLL - very high-level programming language) - язык программирования с очень высоким уровнем абстракции. В отличие от языков программирования высокого уровня, где описывается принцип «как нужно сделать», в сверхвысокоуровневых языках программирования описывается лишь принцип «что нужно сделать». Термин впервые появился в середине 1990-х годов для идентификации группы языков, используемых для быстрого прототипирования, написания одноразовых скриптов и подобных задач.
Так, разработчики Icon (и его диалекта Unicon ) описывают его как VHLL. К языкам сверхвысокого уровня также часто относят такие современные скриптовые и декларативные (в частности функциональные) языки как Python, Ruby и Haskell, а также Perl и предшествовавший ему мини-язык AWK.
Большой класс языков сверхвысокого уровня - это языки используемые для специфических приложений и задач (то есть предметно-ориентированные). В связи с этой ограниченностью они могут использовать синтаксис, который никогда не используется в других языках программирования, например, непосредственно синтаксис английского языка. Примером VHLL, распознающего синтаксис английского языка, может служить язык компилятора текстовых квестов Inform версии 7.
Как известно компьютер воспринимает команды в двоичном коде, но программы на нем писали в основном до середины прошлого века. Намного упрощало создание программ использование языков программирования, именно о них и пойдет речь в данной статье.
Ada(Ада)
Язык Ada был разработан при поддержке Минобороны США в 1978 году в результате конкурса на котором выиграла группа программистов компании Honeywell. Назван по имени первой женщины программистки Ады Лавлейс . Конечная спецификация разработана к 1983 году. Вне военных проектов язык широкого распространения не получил.Язык возник в результате международного конкурса языковых проектов. Он должен был удовлетворять всем требованиям министерства обороны США. Интересно, что все языки, дошедшие до последних туров этого конкурса, были основаны на Паскале. В этой связи Аду можно предварительно охарактеризовать как развитый Паскаль. Конечная спецификация разработана к 1983 году. Вне военных проектов язык широкого распространения не получил.
Assembler (Ассемблер)
Язык ассемблера люди начали использовать с 1950 года. Этот язык первым позволил отображать двоичный код в более удобной для человека форме: в виде букв или укороченных слов, которые примерно обозначали сущность команды. Умея разбираться в распечатке ассемблера, можно находить ошибки в программах созданных даже при помощи других языков. В данный момент у каждого из нас дома стоят много «интерпретаторов ассемблера» - менюшки в телевизорах, программы стиралок разработаны зачастую именно на нем. (хотя программисты-лентяи пишут программы для микроконтроллеров и на C). Кроме того, на ассемблере написаны драйверы устройств, библиотеки и функции программ, написанных даже на других языках.Кроме того, на ассемблере создаются целые операционные системы, примером может стать Menuet OS .
Algol (Алгол)
ALGOrithmic Language, разработанный в 58-60 гг. прошлого столетия считается предком многих современных алгоритмических языков, т.к. именно в нем впервые осуществились основные идеи алгоритмизации. Именно в алголе стало относительно просто превращать алгебраические выражения в команды и вычитывать значения функций. В своё время алгол был популярен в прикладной физике и математике, но сейчас практически не используется.Basic (Бейсик) и VBScript
Интерпретационный язык бейсик разработанный в 1960 году изначально предназначался именно для новичков, о чем свидетельствует даже его название - Beginner’s All-purpose Symbolic Instruction Code (многоцелевой символьный код для начинающих). Этот язык считается простейшим языком высокого уровня. Плохая поддержка процедурного программирования сделала его неподходящим для больших проектов, но зато способным создать небольшие программы за считанные минуты. Небольшой размер интерпретатора определил язык как встраиваемый во многие 8-разрядные ПЗП компьютеры и компьютеры прошлых поколений. (Автору статьи приходилось писать программы на таком Basic’е)Включений версии Quick Basic в состав Ms-Dos проложило для него неплохую дорогу развития и сейчас его версии (Visual Basic, VBA…) являются одними из популярнейших сред для написания программ.
Основными проблемами программистов использующих VB является отсутствие нормальной справки (популярная, укороченная версия идет без MSDN) и необходимость «носить» за программой библиотеки, т.к. объекты, используемые в программах (кнопки, скроллы, метки…) требуют библиотек, которые есть не на всех компьютерах.
Именно Basic сделал программирования более доступным для большинства людей.
На бейсике часто пишут…вирусы, вирусы для Microsoft Office. Включение VBA (Visual Basic for Application) в офисный пакет предопределило написание на нем не только макросов, но и вирусняков.
Идея появления языка VBScript заключалась в представлении разработчикам Web- страниц возможности использования привычных команд VB наряду с тегами HTML, что позволило разрабатывать мощные и богатые страницы. VBScript загружается в виде ASCII-текста и не имеет прав работы с файловой системой клиента, таким образов полностью обезопасив пользователя.
Слабая поддержка браузерами этого языка, «способствует» его медленному развитию, а после выпуска VS2003, практически и смерти… (начиная с.NET Microsoft-овский Basic де-факто стал обёрткой, отличающейся от C# только синтаксисом, потеряв большинство своих преимуществ (например модификацию кода «на лету»))
Наверное не один язык не получил столько критики, сколько Basic.
Эдсгер Дейкстра , даже заявил что студентов изучивших бейсик, невозможно обучить хорошему программированию. Безусловно это является полнейшим бредом. Т.к. язык по сути является лишь средством, а качество программирования зависит от опыта создания программ и способа мышления.
C (Си)
Язык программирования Си был разработан в 1972 году Деннисом Ритчи, в компании Bell Laboratories. Название происходит от номера проекта лаборатории (“A”,”B”,C”…). Изначально этот язык задумывался как промежуточный между языками высокого и низкого уровней, но продуктивность и компактность кода + преимущества структурного языка, несмотря на сложность обучения сделали Си самым популярным языком.В 1980 году компания выпускает новый язык построенный на основе С - С++. По словам разработчика, Бьярна Страуструпа он должен «укорить написание хороших программ и сделать этот процесс наиболее приятным для каждого отдельно взятого программиста». Название С++ было придумано вместо начального «C с классами».
В наше время этот язык наиболее популярен и универсален, что доказывает создание именно на ней всемирной ОСи - Windows.
Сейчас Си считается основой для разработки современных больших и сложных проектов. Конечно, как и у всего существующего в природе, у него имеются и слабые стороны, вытекающие из требований эффективности.
Помимо «Окон» на Си написаны такие известные программы как Outlook, Opera, 1C.
Cobol (Кобол)
«Общепринятый язык, ориентированный на бизнес», именно так расшифровывается название кобола (Common Business Oriented Language). Здесь появились способы обработки предвестников современных баз данных используемых на предприятиях и фирмах. Несмотря на свой довольно сложный синтаксис кобол довольно долго использовался в экономике и бизнесе, лишь недавно уступив место таким системам программирования БД как SQL и FoxPro.Fortran (Фортран)
Фортран - самый первый компилированный язык программирования, базовые принципы и понятия которого легли в основу многих современных языков программирования высокого уровня. Разработанный в 1954-1958 гг Джимом Бекусом, он предназначенный для сложных научно-технических исследований, довольно быстро стал популярным среди инженеров и ученых и до сих пор используется, хотя уже и не в таких широких кругах. Название происходит от словосочетания «ТРАНслятор ФОРмул». Стандарты языка четко определенны, их всего четыре: fortran 66, fortran 77, fortran 90 и fortran 95Фортран имеет множество математических функций, поддерживает работу с длинными числами. Благодаря использованию четких стандартов фортран иногда используют для переноса программы между платформами.
Фортран имеет достаточно большой набор встроенных математических функций, поддерживет работу с целыми, вещественными и комплексными числами высокой точности. Выразительные средства языка изначально были весьма бедны, поскольку Фортран был одним из первых языков высокого уровня. В дальнейшем в Фортран добавляли многие лексические конструкции, характерные для структурного, функционального и даже объектно-ориентированного программирования, однако они не были в достаточной мере востребованы, поскольку сейчас Фортран нужен в основном для переноса давно написанных программ с одной платформы на другую, а не для написания новых.
Java и JavaScript
Созданная компанией Sun Microsystems система разработки Java безопасна и высокопроизводительна. Java - объектно-ориентированный язык, удобный и надёжный в эксплуатации благодаря таким своим достоинствам, как многозадачность, поддержка протоколов Internet и многоплатформенность. Java - это интерпретируемый язык, и каждая Java-программа компилируется для гипотетической машины, называемой Виртуальная Машина Java. Результатом такой компиляции является байт-код Java, который в свою очередь может выполняться на любой операционной системе при условии наличия там системы времени выполнения Java, которая интерпретирует байт-код в реальный машинный код конкретной системы.Язык Java является объектно-ориентированным и поставляется с достаточно объемной библиотекой классов. Библиотеки классов Java значительно упрощают разработку приложений, предоставляя в распоряжение программиста мощные средства решения распространенных задач.
На Java написан движок известного эмулятора «Ил-2: Штурмовик».
Для создания компилируемых апплетов компания Netscape разработала язык JavaScript, который был внедрен в всемирно известный браузер компании.Первоначальное название - LiveScript, которое позже изменилоь получив разрешение у компание Sun. Microsoft на создание ответило своим языком JScript, после чего многие создатели браузеров начали выпускать свои спецификации, что сделало задачу написания вездеработающего скрипта довольно сложной.
Pascal (Паскаль) и Delphi
Разработанный Никлаусом Виртом (а не французским математиком Блезом Паскалем, как абсолютно уверены половина людей J) в 1967-1971 годах компилированный язык программирования, изначально стал популярным в основном благодаря относительно простому синтаксису. Выпуск компанией Borland удобного и простого компилятора Turbo Pascal позволил ему занять лидирующие позиции и до сих пор изучаться в школах и институтах, хотя и как основы программирования, а не идеального языка для создания программ. Borland Pascal и используемый в Delphi язык Object Pascal основываются на Turbo Pascal и развивают его идеи. По сути, Delphi является компилятором языка Pascal. Самая первая версия Delphi объединила в себе надежный компилятор, визуальную среду для программиста и очень мощные возможности языка по работе с базами данных, и уже через год вышла Dephi 2 для 32-битной системы.Из известных программ на Delphi написан “Total Commander” и “The Bat”
Рефал
«Зверский» язык, разработанный в 1966 году в ИМП АН СССР. Рефал широко применялся при разработке трансляторов с алгоритмических языков, в теоретической физике и прикладной математике, в проектировании информационных систем.Программист на Рефале сам определяет структуру обрабатываемой информации, именно поэтому эффективность программы полностью зависит от него. На данный момент жив проект
Ассемблер
Ассемблер
― язык программирования низкого уровня. Язык получил свое название от слова assembler - сборщик. Возник еще в 50-е гг. как символический аналог машинного языка.
Команды Ассемблера один в один соответствуют командам процессора и фактически, представляют собой удобную символьную форму записи команд и аргументов. Также, Ассемблер обеспечивает связывание частей программы и данныx через метки, выполняемое при ассемблировании (для каждой метки высчитывается адрес, после чего каждое вхождение метки заменяется на этот адрес).
Поскольку системы команд микропроцессоров различаются, каждый процессор имеет свой набор команд на языке ассемблера.
С помощью ассемблера можно написать такие программы, которые невозможно, или очень сложно написать на других языках програмирования. Например: генераторы ключей (keygen), системные мониторы, драйвера для оборудования или даже операционные системы.
Языки высокого уровня ("C","Pascal","Delphi" и т.д.) не обеспечивают надёжного контроля за потоками данных, адресами памяти или регистрами процессора, а также все они были разработаны под определённый вид операционной системы, ассемблер же может стать этим-же ассемблером, но работающим на неизвестной науке платформе, и делающий программы под эту-же платформу.
Программы на ассемблере, в отличие от программ, написанных на языках высокого уровня получаются в десятки раз меньше, а работают в десятки раз быстрее. Примером может послужить операционная система MenuetOS, которая написана на Flat Assembler и умещающаяся на одной дискете (1.44 Мб), причём в комплект входят прикладные программы, такие как: редактор ассемблерного кода с подсветкой, работа с файловой системой, 3d заставки, некоторое количество игр, просмоторщик картинок, компилятор Flat Assembler, терминал, CD плейер и многое другое. Преимущество состоит в том, что его можно быстро скачать с интернета (даже при маленькой скорости соединения).
На данный момент, большинство специалистов в области программного обеспечения ведут разработки на языках высокого уровня, таких как Паскаль или С, что проще при написании программ, но наиболее мощное и эффективное программное обеспечение полностью или частично написано на языке ассемблера.
Литература
1. Питер Абель - Ассемблер. Язык и программирование для IBM PC - М., 1999.
Ассемблер
Ассемблер
(от англ. assembler - сборщик) - компилятор исходного текста программы, написанной 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. Вместе с тем существуют мультиплатформенные или вовсе универсальные (точнее, ограниченно-универсальные, потому что на языке низкого уровня нельзя написать аппаратно-независимые программы) ассемблеры, которые могут работать на разных платформах и операционных системах. Среди последних можно также выделить группу кросс-ассемблеров, способных собирать машинный код и исполняемые модули (файлы) для других архитектур и ОС.
Ассемблирование может быть не первым и не последним этапом на пути получения исполнимого модуля программы. Так, многие компиляторы с языков программирования высокого уровня выдают результат в виде программы на языке ассемблера, которую в дальнейшем обрабатывает ассемблер. Также результатом ассемблирования может быть не исполнимый, а объектный модуль, содержащий разрозненные блоки машинного кода и данных программы, из которого (или из нескольких объектных модулей) в дальнейшем с помощью редактора связей может быть получен исполнимый файл.
Специальные ячейки памяти, расположенные непосредственно в процессоре. Работа с регистрами выполняется намного быстрее, чем с ячейками оперативной памяти, поэтому регистры активно используются как в программах на языке ассемблера, так и компиляторами языков высокого уровня.
Названия регистров происходят от их назначения:
EAX/AX/AH/AL (accumulator register) - аккумулятор;
EBX/BX/BH/BL (base register) -регистр базы;
ECX/CX/CH/CL (counter register) - счётчик;
EDX/DX/DH/DL (data register) - регистр данных;
ESI/SI (source index register) - индекс источника;
EDI/DI (destination index register) - индекс приёмника (получателя);
ESP/SP (stack pointer register) - регистр указателя стека;
EBP/BP (base pointer register) - регистр указателя базы кадра стека.
Команды обработки строк
Для работы со строками, или цепочками символов или чисел (т.е. попросту говоря, с массивами произвольных данных) в МП предусмотрен ряд специальных команд:
movs - пересылка строки;
cmps - сравнение двух строк;
seas - поиск в строке заданного элемента;
lods - загрузка аккумулятора (регистров AL или АХ) из строки;
stos - запись элемента строки из аккумулятора (регистров АХ или AL).
· Язык ассемблера позволяет писать самый быстрый и компактный код, какой вообще возможен для данного процессора.
· Скорость работы - за счёт оптимизации вычислительного алгоритма и/или более рационального обращения к оперативной памяти (например, если все исходные данные хранятся в регистрах процессора, то можно исключить излишние обращения к ОП), перераспределения данных, табличного вычисления функций;
· Объём кода (в том числе за счёт эффективного использования промежуточных результатов). Сокращение объёма кода также нередко повышает скорость выполнения программы.
· Обеспечение максимального использования специфических возможностей конкретной платформы, что также позволяет создавать более эффективные программы, в том числе менее ресурсоёмкие.
· При программировании на языке ассемблера возможен непосредственный доступ к аппаратуре, и, в частности, портам ввода-вывода, регистрам процессора и др. Во многих операционных системах прямое обращение из прикладных программ для записи в регистры периферийного оборудования блокировано для надёжности работы системы и исключения "зависаний".
· Язык ассемблера часто применяется для создания драйверов оборудования и ядра операционной системы, когда важно временное согласование работы периферийных устройств с центральным процессором.
· Язык ассемблера используется для создания "прошивок" BIOS.
· С помощью языка ассемблера часто создаются машиннозависимые подпрограммы компиляторов и интерпретаторы языков высокого уровня, а также реализуется совместимость платформ.
· С помощью программы дизассемблера можно понять алгоритмы работы исследуемой программы при отсутствии листинга на высокоуровневом языке, изучая только машинные коды, но в сложных нетривиальных программах это очень и очень трудоёмко.
Недостатки
· В силу машинной ориентации ("низкого" уровня) языка ассемблера человеку сложнее читать и понимать программу на нём по сравнению с языками программирования высокого уровня; программа состоит из слишком "мелких" элементов - машинных команд, соответственно, усложняются программирование и отладка, растут трудоёмкость и вероятность внесения ошибок.
· Требуется повышенная квалификация программиста для получения качественного кода: код, написанный средним программистом на языке ассемблера, обыкновенно оказывается не лучше или даже хуже кода, порождаемого оптимизирующим компилятором для сравнимых программ, написанных на языке высокого уровня.
· Программа на языке высокого уровня может быть перекомпилирована с автоматической оптимизацией под особенности новой целевой платформы, программа же на языке ассемблера на новой платформе может потерять своё преимущество в скорости без ручного переписывания кода.
· Как правило, меньшее количество доступных библиотек по сравнению с современными индустриальными языками программирования.
· Отсутствует переносимость программ на компьютеры с другой архитектурой и системой команд.
Совместимость
Программа, предназначенная для одного типа ассемблеров, не может быть откомпилирована на другом без радикальной переделки или автоматической конвертации! Но даже среди ассемблеров "своего" типа наблюдается разброд, разнобой и множество различий: в ключевых словах, в правилах оформления листинга, в поставляемых библиотеках и заголовочных файлов и т. д. Если только совместимость не заявлена явно, транслировать программу нужно тем и только тем ассемблером для которого она предназначена. В противном случае - готовьтесь к переделкам (то есть, к адоптации). Отличия зачастую проявляются в самых неожиданных местах. Некоторые ассемблеры понимают, что "mov eax, x" это тоже самое, что и "mov eax,[x]", некоторые - нет. Они спотыкаются и выдают ошибку. Но еще ничего! Гораздо хуже, когда транслятор молчаливо трактует эту конструкцию как "mov eax, offset x", что совсем не одно и тоже! Так что при переносе программы приходится быть очень и очень осторожным.
Совместимость операционных систем. Программы, ориентированные на MS-DOS, без не только не транспортабельны, но и непереносимы. Для них характерно прямое взаимодействие с оборудованием, доступное в NT только с ядерного уровня, не говоря уже о том, что 16-разрядный код вызывается из 32-разрядных приложений только через DPMI, да и то не без ухищрений.
Таким образом, прежде чем транслировать ассемблерную программу, необходимо отождествить для какого транслятора и операционной системы она предназначена! С ассемблерными фрагментами, выхваченными из "родного" контекста, приходится еще хуже. Допустим, в некоторой статье описывается интересный антиотладочный прием и приводится ассемблерный код, но как встроить его в свою программу - не говорится. Знакомая ситуация, не правда ли? Непосредственная трансляция невозможна - транслятор дико материться, но ничего не говорит.
Ассемблирование программы
Подготовленный текст является исходными данными для специальных программ, называемых ассемблерами. Задача ассемблеров - преобразовать текст программы в форму двоичных команд, которые могут быть выполнены микропроцессором. Если обнаружены синтаксические ошибки, то результирующий код создан не будет. Процесс создания исполняемого файла происходит в две стадии:
Asm --> .obj --> .exe/.dll/.com
На первой стадии (.asm --> .obj) из ассемблерного файла путем компиляции получаются файлы промежуточного объектного кода, имеющего расширение.obj (при этом могут использоваться дополнительные inc-файлы). Файл с расширением.obj содержит оптимизированный машинный код при условии, что не встретились синтаксические и семантические ошибки. Если в исходном файле с программой на языке ассемблера обнаруживаются ошибки, то программисту выдается список обнаруженных ошибок, в котором ошибки указываются с номером строки, в которой они обнаружены. Программист циклически выполняет действия по редактированию и компиляции до тех пор, пока не будут устранены все ошибки в исходном файле. На этом этапе уже возможно получение готовой программы, но чаще всего в ней не хватает некоторых компонентов. Если компилятор по какой-либо причине (неверно прописан путь к такому файлу или файл отсутствует) не может найти inc-файл, то выдается предупреждение и obj-файл получен не будет.
Ассемблирование, как правило, проходит в два приема. При первом проходе переводятся мнемонические команды, десятеричные числа и символы в соответствующие машинные коды, подсчитывается, сколько какая команда занимает места, обнаруженные имена, введенные пользователем (константы, метки, переменные) их тип и числовое значение записывается в таблицу. В эту же таблицу записывается, с каких адресов начинаются процедуры, адреса меток, адреса начала/конца сегментов и т. д., при втором проходе подставляются адреса начала процедур, заменяются названия меток на адреса.
В результате ассемблирования получается так называемый "объектный файл". В качестве дополнительной возможности ассемблер может создать файл листинга программы.
Обычно для получения файлов объектного кода необходимо выполнить соответствующую программу ассемблера (программы ML.EXE фирмы Microsoft и TASM.EXE фирмы Borland), указав в командной строке имя файла с текстом программы.
Эта форма вызова является минимально необходимой. Кроме имени текстового файла, необходимо указывать опции ассемблирования. Более подробную информацию об опциях программы ассемблирования следует искать в документации к этим программам.
Компоновка программы
Следующая стадия (.obj --> .exe/.dll/.com) называется линковкой или компоновкой и служит для замещения символьных имен, используемых программистом, на реальные адреса.
Сравните шестнадцатеричное содержимое OBJ и EXE файла, который у вас получился. В EXE-файле присутствует та же последовательность байтов, что и в OBJ-файле. Но помимо этого еще присутствует: имя ассемблированного файла, версия ассемблера, "имя собственное" сегмента и так далее.
Это "служебная" информация, предназначенная для тех случаев, когда ваш исполнимый файл вы хотите собрать из нескольких. При разработке больших приложений исходный текст состоит, как правило, из нескольких модулей (файлов с исходными текстами), потому что хранить все тексты в одном файле неудобно - в них сложно ориентироваться.
Каждый модуль по раздельности компилируется в отдельный файл с объектным кодом. В каждом из этих файлов прописаны свои сегменты кода/данных/стека, которые затем надо объединить в одно целое. А исполнимый файл нам нужно получить только один - с единым сегментом кода/данных/стека. Именно это LINK и делает: завершает определение адресных ссылок и объединяет, если это требуется, несколько программных модулей в один. И этот один у нас и является исполнимым.
Кроме того, к нашим модулям надо добавить машинный код подпрограмм, реализующих различные стандартные функции (например, вычисляющих математические функции SIN или LN). Такие функции содержатся в библиотеках (файлах со стандартным расширением.LIB), которые либо поставляются вместе с компилятором, либо создаются самостоятельно. Поэтому процесс подготовки обязательно включает в себя этап компоновки, когда определяются все неизвестные при раздельном ассемблировании адреса совместно используемых переменных или функций.
Процесс объединения объектных модулей в один файл осуществляется специальной программой-компоновщиком или сборщиком (программа LINK.EXE фирмы Microsoft и TLINK.EXE фирмы Borland), которая выполняет связывание объектных модулей и машинного кода стандартных функций, находя их в библиотеках, и формирует на выходе работоспособное приложение - исполнимый код для конкретной платформы.
Исполнимый код - это законченная программа с расширением COM, DLL или EXE, которую можно запустить на компьютере с установленной операционной системой, для которой эта программа создавалась. Имя исполняемого файла задастся именем первого.OBJ файла. Для линковки нужно в командной строке набрать:
link prog1.obj prog2.obj или tlink prog1.obj prog2.obj
Содержимое объектного файла анализируется компоновщиком. Он определяет, есть ли в программе внешние ссылки, то есть содержит ли программа команды вызовов процедур, находящихся в одной из библиотек объектных модулей (link library). Компоновщик находит эти ссылки в объектном файле, копирует необходимые процедуры из библиотек, объединяет их вместе с объектным файлом и создает исполняемый файл (executable file). В качестве дополнительных возможностей компоновщик может создать файл перекрестных ссылок, содержащих план полученного исполняемого файла.
Используемые источники
1. https://ru.wikipedia.org/
2. http://natalia.appmat.ru/
3. http://www.codenet.ru/
4. http://wasm.ru/
5. Нортон П., Соухэ Д. Язык ассемблера для IBM PC. М.: Компьютер, 1992.
Ассе́мблер (asm, assembler); от англ. assemble - собирать, монтировать) - язык программирования низкого уровня, вспомогательная программа в составе операционной системы для автоматического перевода исходной программы, подлежащей выполнению на компьютере, на машинный язык; вид транслятора . Понятия ассемблера отражают архитектуру электронно-вычислительной машины. Ассемблер - символьная форма записи машинного языка, использование которой упрощает написание машинных программ. Для одного и того же компьютера могут быть разработаны разные языки ассемблера. В отличие от языков высокого уровня, в котором проблемы реализации алгоритмов скрыты от разработчиков, язык ассемблера тесно связан с системой команд компьютера. Ассемблер обеспечивает доступ к регистрам, указание методов адресации и описание операций в терминах команд процессора. Он может содержать средства более высокого уровня: встроенные и определяемые макрокоманды, соответствующие нескольким машинным командам, автоматический выбор команды в зависимости от типов операндов, средства описания структур данных.
Особенности ассемблера
Ассемблером называют также компилятор с языка ассемблера в команды машинного языка. Другое название такого компилятора - мнемокод. Он предназначен для представления в удобном (мнемоническом) виде машинных кодов команд, обеспечивает эффективное использование ресурсов системы (процессор, память, периферия). Мнемокод используется в местах, где требуется быстродействие, ограничен по размер оперативной памяти. Ассемблером также называют иногда систему команд центрального процессора.
Под каждую архитектуру процессора и под каждую операционную систему существует свой ассемблер. Кросс-ассемблеры позволяют на машинах с одной архитектурой ассемблировать программы для другой архитектуры или другой операционной системы. Ассемблер обеспечивает доступ к регистрам, указание методов адресации и описание операций в терминах команд процессора. Ассемблер может содержать средства высокого уровня: встроенные и определяемые макрокоманды, соответствующие нескольким машинным командам, автоматический выбор команды в зависимости от типов операндов, средства описания структур данных.
Команды языка ассемблера соответствуют командам процессора и представляют собой символьную форму записи команд и аргументов. Язык ассемблер обеспечивает связывание частей программы и данныx через метки, выполняемое при ассемблировании (для каждой метки высчитывается адрес, после чего каждое вхождение метки заменяется на этот адрес). Поскольку системы команд микропроцессоров различаются, каждый процессор имеет свой набор команд на языке ассемблера и свои компиляторы-ассемблеры.
Обычно программы или участки кода пишутся на языке ассемблера в случаях, когда разработчику нужно оптимизировать быстродействие (при создании драйверов), размер кода. Большинство компиляторов позволяют комбинировать в одной программе, код написанный на разных языках программирования. Это позволяет писать сложные программы используя высокоуровневый язык, не теряя быстродействия в критических ко времени задачах, используя для них части написанные на языке ассемблера. Комбинирование достигается вставкой фрагментов на языке ассемблера в текст программы (специальными директивами языка) или написанием процедур на языке ассемблера. Этот способ используется для несложных преобразований данных, но он неприменим в полноценном ассемблерном коде с данными и подпрограммами с множеством входов и выходов, не поддерживаемых высокоуровневыми языками.
В таком случае используют модульную компиляцию, когда каждый файл программы компилируется в объектный модуль, которые затем линкуются (связываются) в готовую программу. Объектные файлы представляют собой блоки машинного кода и данных, с неопределенными адресами ссылок на данные и процедуры в других объектных модулях, а также список своих процедур и данных. Линкер собирает код и данные каждого объектного модуля в программу, вычисляет и заполняет адреса перекрестных ссылок между модулями. В процессе линковки происходит связывание программы со статическими и динамическими библиотеками (являющихся архивами объектных файлов).При модульной компиляции каждый объектный модуль программы может быть написан на своем языке программирования и скомпилирован своим компилятором (ассемблером).
