Разница между машинным кодом и байт-кодом
В статье рассматривается ключевая разница между байт-кодом и машинным кодом на примере Java. Байт-код — это промежуточное представление программы, состоящее из инструкций, которые выполняются виртуальной машиной, в то время как машинный код — это непосредственно исполняемый код, специфичный для конкретной аппаратной платформы (компьютера).
Байт-код
Байт-код — это низкоуровневое платформенно-независимое промежуточное представление программы, которое выполняется виртуальной машиной. Одним из примеров языков программирования, использующих байт-код, является Java. Байт-код представляет собой результат компиляции программы, например:
Байт-код выполняется любой подходящей реализацией виртуальной машины (JVM для Java), независимо от того, на какой ОС она установлена. Таким образом, байт-код позволяет однажды скомпилированной программе выполняться на разных платформах, поддерживающих соответствующую виртуальную машину.
Исходный код Java-программы содержится в .java-файлах. Они состоят из объявления и реализации классов, методов, переменных и других конструкций. Файлы .java являются текстовыми файлами, понятными разработчику, и используются в процессе разработки и отладки программы. Файлы .class представляют собой бинарные файлы, содержащие скомпилированный байт-код Java. Они генерируются компилятором Java и являются платформенно-независимым представлением Java-программы. Файлы .class содержат инструкции, понятные для JVM.
При компиляции Java-программы для каждого Java-класса создается соответствующий .class файл, в котором находится скомпилированное в байт-код представление Java-класса. Если в одном .java файле находится несколько классов, то будет создано несколько соответствующих .class файлов. При этом в каждом .class файле содержится представление только одного Java-класса. Подробно о классах мы поговорим позже, а пока можно считать, что Java-класс — это основная структурная единица Java-программы.
Машинный код
Машинный код — это набор инструкций, которые понятны процессору конкретной архитектуры. Он является бинарным (состоит из 0 и 1 ). Различные типы процессоров имеют свои собственные наборы инструкций и форматы машинного кода. Процессор способен понимать и выполнять только машинные инструкции, поэтому программы, написанные на высокоуровневых языках программирования, должны быть скомпилированы в машинный код, чтобы быть исполнимыми на конкретной платформе. В случае с компилируемыми языками программирования, такими как С/C++ или Go, все так и происходит: исходный код приложения компилируется сразу в машинный код целевой платформы (компьютера). Однако интерпретируемые языки программирования, такие как Python или R, позволяют генерировать машинные инструкции во время выполнения программы интерпретатором. Java является гибридом, который совмещает компилируемый и интерпретируемый подходы. Сперва Java-приложение компилируется в промежуточное представление — байт-код, который затем может быть выполнен любым подходящим JRE, используя реализацию JVM:
Примечание: Зачастую JVM посредством JIT-компилятора оптимизирует машинный код, чтобы уменьшить количество инструкций, необходимых для выполнения программы, и отправляет машинные инструкции оптимизированными пакетами — «пачками». Принцип работы JIT-компилятора заключается в том, что при запуске Java-приложения, код программы сначала интерпретируется виртуальной машиной Java (JVM) построчно, а затем, если какой-то участок кода многократно повторяется, этот участок компилируется в машинный код (который напрямую выполняется центральным процессором) посредством JIT-компилятора. Также JIT автоматически оптимизирует код, убирая неиспользуемые инструкции и применяя другие оптимизации, что также способствует ускорению работы приложения.
Разница между машинным кодом и байт-кодом
| Байт-код | Машинный код |
| Промежуточное представление программы. | Набор низкоуровневых инструкций, понятных процессору определенной архитектуры. |
| Платформенно-независимый (может выполняться на любой платформе, на которой установлена подходящая виртуальная машина). | Платформенно-зависимый. |
| Выполняется виртуальной машиной. | Выполняется CPU. |
| Генерируется компилятором из исходного кода программы на языке программирования интерпретируемого типа (однако не каждый интерпретируемый язык программирования использует байт-код). | Является результатом компиляции исходного кода программы на языке программирования компилируемого типа. |
Машинный код программирование что такое
Законный вопрос — зачем изучать программирование в машинных кодах, когда существует столько разнообразных языков программирования, рассчитанных на любые вкусы и интересы? Разве это не возврат на тридцать пять лет назад, когда программировали только в кодах, и языков программирования еще не существовало? Разве писать программу в машинном коде это не то же самое, что высекать дом в скале с помощью напильника? Чтобы ответить на эти вопросы, надо рассмотреть, что же такое языки программирования и как они обеспечивают общение человека с компьютером.
Процессор — это микросхема, которая не понимает никаких языков программирования, воспринимает только машинные коды, поскольку они представлены электрическими импульсами. Поэтому, когда мы запускаем программу в машинных кодах, то работаем с процессором напрямую, без каких-либо посредников, какими являются языки программирования. Для компьютера язык программирования сам по себе ничего не говорит. Ему нужна системная программа, которая прочитает операторы Вашей программы и переведет их (транслирует) в машинный код. Такие программы существуют, их называют трансляторами.
Трансляторы бывают двух типов — Интерпретаторы и Компиляторы.
Интерпретатор переводит Вашу программу с языка высокого уровня (например, БЕЙСИКа) в машинный код последовательно строку за строкой. Он работает примерно так: прочитал строку, проверил, нет ли в ней ошибок, перевел ее в машинный код, выполнил команды машинного кода, запомнил, где нужно результат и перешел к следующей строке. Чтобы сделать, например, операцию
интерпретатор обращается к процессору несколько сот раз. Вам этого не видно, все равно результат появится на экране через доли секунды, но это так.
Если же Вам позже придется вернуться к этой строке (например, с помощью GO TO 10), то все эти действия будут повторены.
А ведь многие операции выполняются в циклах.
Таким образом, интерпретатор работает крайне медленно. Зато имеется возможность работы в диалоговом режиме. Так, на Бейсике, когда Вы набираете программу, каждая строка сразу же и проверяется на правильность синтаксиса и, если Вы сделаете ошибку, то строка не будет введена в программу нажатием клавиши ENTER до тех пор, пока Вы эту ошибку не устраните. Вы всегда можете прервать работу программы, внести изменения и стартовать опять, причем с той строки, с какой хотите. Работать с интерпретатором БЕЙСИКа настолько удобно для начинающих, что на многих моделях персональных ЭВМ, в том числе и на «ZX-Spectrum`е», он уже «зашит» в постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) и служит не только языком программирования, но и выполняет функции операционной системы компьютера. При включении компьютера в сеть он сразу готов к выполнению команд БЕЙСИКа.
В отличие от интерпретатора, компилятор переводит Вашу программу с языка высокого уровня (например, Паскаля или Фортрана) в машинные коды всю целиком. После того, как программа написана, она компилируется в машинный код. Программа, написанная Вами на языке, называется исходным текстом (исходным модулем, исходным блоком, исходным файлом). То, что Вы получаете в результате компиляции, называется объектным кодом (модулем). Вы можете выгрузить объектный код на ленту, а потом снова загрузить. Можете запустить его на исполнение, но здесь у Вас уже нет возможности во время работы программы ее остановить, внести изменения и снова запустить с произвольно взятого места. Если такая необходимость возникает, надо заново загрузить исходный текст программы, внести изменения, а потом опять откомпилировать его в машинный код.
Поскольку здесь компиляция выполняется для каждой строки только один раз, а потом полученный машинный код можно использовать хоть всю жизнь, то здесь скорость работы программы гораздо выше и лишь немного уступает скорости программ, сразу написанных на Ассемблере. Те все же быстрее, т.к. как бы хорош компилятор ни был, он все же не в состоянии сделать объектный код оптимальным по быстродействию и по объему занимаемой памяти.
К недостаткам компиляторов относится и то, что здесь процесс составления и отладки программ более трудоемкий и менее очевидный, т.к. между внесением изменений в программу и результатом запуска есть еще промежуточный процесс — компиляция. Кроме того, компиляторы часто накладывают ограничения на применение тех или иных операторов языка программирования.
Итак, программирование в машинном коде (на Ассемблере) позволяет повысить скорость работы программы по сравнению с работой через интерпретатор в 50…200 раз и в 1,5…3 раза по сравнению с кодом, прошедшим компиляцию. Это бывает чрезвычайно важно, если в программе есть многочисленные вложенные друг в друга циклы, если многократно выполняются поиск и выбор данных из обширных областей памяти. Много времени занимают операции, связанные с обработкой графических изображений на экране. Эффект плавного и быстрого перемещения (и изменения формы) объектов в компьютерных видеоиграх практически всегда создается программированием в машинном коде.
Второй важный момент состоит в сокращении объема занимаемой памяти. Казалось бы, что 48 килобайтов в «ZX-Spectrum`е» — это немало. Тем не менее, если учесть, что почти 7К занимает экранная область памяти, то при создании красочных программ, содержащих несколько десятков экранов, на их хранение даже и в компрессированном виде уходит несколько десятков килобайт, а надо еще выделить место для хранения таблиц данных, переменных, текстов сообщений и т.п. Поэтому в лучших программах на сам машинный код, по которому они работают, остается всего 4…8К. Здесь и проявляется мастерство программиста, сумевшего обеспечить в столь малом объеме богатое многообразие вариаций игры, палитру цветов и гамму звуков.
Сравним расход памяти при работе на БЕЙСИКе и в машинных кодах. Программа на БЕЙСИКе размером в 30 строк занимает примерно 1К памяти.
Аналогичная ей, выполняющая те же задачи, программа в машинных кодах будет иметь примерно 150 строк (команд), но занимают они всего 200…250 байтов оперативной памяти.
В нашей стране есть еще две объективные причины, вызывающие повышенный интерес к программированию в машинных кодах.
Дело в том, что наибольшее число пользователей этого класса компьютеров у нас составляют радиолюбители и специалисты по электронике, самостоятельно собравшие компьютер. Обычно они не останавливаются на достигнутом результате. А развивают свое хобби дальше, ищут пути усовершенствования машины, пути подключения дополнительных устройств: интерфейсов принтера, дисковода, джойстика, светового пера, программатора, контроллеров бытовой аппаратуры, бытовых систем, систем управления различными моделями и т.д. Вплоть до систем управления технологическими процессами промышленных предприятий. В конце 80-х годов в Душанбе на базе этого компьютера была сделана система голосования республиканского парламента. Работают под управлением «Спектрума» и очень интересные системы управления сельскохозяйственными предприятиями (фермами и птицефермами). Интересны автоматизированные системы диагностирования автомобиля, системы контроля состояния спортсменов и многое другое. Поскольку процедуры, управляющие работой всех этих устройств (их называют драйверами), обычно пишутся в машинных кодах, то их надо знать и уметь с ними работать.
Другая особенность состоит в том, что основная масса программ для Синклер-компьютеров написана в Англии на английском языке. Желание адаптировать эти программы на русский язык во многих случаях упирается в необходимость понимания структуры программы, а большинство лучших программ написано именно в машинных кодах.
«ИНФОРКОМ» получает множество писем с вопросами по поводу переделки системы загрузки фирменных программ. Мы так понимаем, что многие уже обзавелись дисководом с Бета-диск интерфейсом, и теперь перед ними стоит задача переписывания программ на диск. При этом пользоваться «магической кнопкой» они не хотят, т.к. при этом любая, даже самая короткая программа будет занимать на диске 48К, а хотят ее переписать на диск блок за блоком и сопроводить загрузчиком с диска. На все эти вопросы ответ может быть только один. Поскольку разные фирмы в своих программах применяют разные системы загрузки, универсального решения здесь не существует. К каждой программе нужен индивидуальный подход. Надо прочитать загрузчик программы, понять куда какой блок загружается и в каком порядке они стартуют, а затем, если надо, внести в него свои изменения. Поскольку лучшие программы имеют при себе загрузчик в машинных кодах (обычно он следует после БЕЙСИК-загрузчика или организован внутри него в строке после оператора REM), то умение работать с машинным кодом Вам пригодится и здесь. Вот в основном те причины, которые могут побудить Вас к освоению программирования в машинных кодах или хотя бы их пониманию (что достигается гораздо быстрее, чем способность активного программирования, но имеет не меньше значения), хотя хотелось бы отметить еще два важных, на наш взгляд, обстоятельства.
Во-первых, «Спектрум» имеет ПЗУ объемом 16К. Эта память буквально насыщена множеством очень полезных системных процедур. Все они записаны в машинных кодах. Их можно смело применять в собственных программах, обращаясь к ним по мере необходимости. Это дает колоссальный выигрыш в расходе памяти и вообще очень упрощает программирование. Поскольку все содержимое ПЗУ записано в машинном коде, умение разбираться в нем является необходимым. Для использования системных программ, содержащихся в ПЗУ, Вам необходимо ознакомиться с основами программирования в машинных кодах.
Во-вторых, изучение программирования в машинном коде процессора Z-80 хоть и трудоемкий, но очень полезный шаг для Вашего будущего. Компьютерная техника непрерывно прогрессирует. Широко внедряются IBM-совместимые машины с процессорами 8088, 8086, 80286, 80386, 80486. Процессор Z-80 — «двоюродный брат» процессора 8088 и имеет определенные черты сходства со всей этой серией. Те из Вас, кто свяжут свою судьбу с профессиональной вычислительной техникой, еще не раз вспомнят добром свои первые шаги в освоении машинного кода Z-80.
Что же касается особой трудоемкости работ по программированию в машинных кодах, то и здесь есть ряд возражений.
· Нет необходимости сразу программировать. На первом этапе Вы уже сможете многого достичь, если будете просто разбираться в программах, а дальше все придет с набором опыта.
· Существуют ассемблирующие программы, которые имеют достаточный набор средств, чтобы освободить Вас от самой рутинной работы и снизить трудоемкость программирования.
· Как правило, нет никакой необходимости всю программу писать в машинных кодах. Всегда в ней можно выделить блок, который решающим образом влияет на быстродействие. Он может быть очень маленьким по размеру. Вот его-то и надо записать в машинных кодах, а остальную часть программы оставить, например, на БЕЙСИКе. Если Вы создаете программу «русско-английский словарь», то она вполне может быть написана на БЕЙСИКе и только процедура поиска перевода слова, занимающая много времени, должна быть записана в машинных кодах. Если же Вы создаете русско-китайский словарь, то еще одним узким местом станет рисование на экране иероглифов. Вам придется записать несколько процедур, которые смогут делать это быстро. Диалог с пользователем программа может вести и из БЕЙСИКа.
· И, наконец, последнее. Ни один программист, работающий в машинных кодах, не пишет большую программу от начала и до конца с чистого листа. Программа представляет хитроумное сплетение больших и малых подпрограмм (процедур), из которых до 80% стали для этого программиста стандартными, т.е. он применяет их регулярно во всех своих программах без особых перемен, а Вы никогда об этом и не догадаетесь. Это могут быть арифметических и логических вычислений, обработки изображений, опроса внешних устройств (например, джойстика), вывода текста на экран, звуковых эффектов и т.д. и т.п.
Конечно, если Вы делаете только первые шаги в машинных кодах, то у Вас нет еще такой библиотеки, но прочитав эту книгу, Вы уже можете покопаться в машинном коде некрупных фирменных программ. Там Вы найдете множество открытий. В этом Вам очень поможет какая-либо дисассемблирующая программа, например MONITOR 16/48. Для Вас открыты и другие книги «ИНФОРКОМа» и, самое главное, наши выпуски «ZX-РЕВЮ».
Машинный код как язык программирования. Язык ассемблера
Язык сборки (или ассемблера) представляет собой низкоуровневый язык программирования для компьютера или иного программируемого оборудования, в котором существует корреляция между языком и инструкцией машинного кода архитектуры. Каждый машинно-ориентированный язык (в профессиональной терминологии — «сборщик») относится к конкретной компьютерной архитектуре. Напротив, большинство высокоуровневых языков программирования кроссплатформенны, но требуют интерпретации или компиляции.
Платформенно-ориентированный код также можно назвать символическим языком или набором инструкций, выполняемых непосредственно центральным процессором компьютера. Каждая программа, выполняемая процессором, состоит из серии инструкций. Машинный код по определению является самым низким уровнем программирования, видимым для программиста.
Что представляет собой программный код? Для чего применяется и где? Как писать понятный.
Использование
Для многих операций требуется один или несколько операндов, способных построить полную инструкцию, и многие ассемблеры могут принимать выражения чисел и константы, а также регистры и метки в качестве операндов. Это освобождает специалиста при программировании на языке машинного кода от утомительных повторяющихся вычислений. В зависимости от архитектуры эти элементы также могут быть объединены для конкретных инструкций или режимов адресации с использованием смещений или других данных, а также фиксированных адресов. Многие «сборщики» предлагают дополнительные механизмы для облегчения разработки программы, контроля процесса сборки и поддержки отладки.
Историческая перспектива
Первый ассемблерный язык был разработан в 1947 году Кэтлин Бут для ARC2 в Биркбекском лондонском университете в процессе работы с Джоном фон Нейманом и Германом Голдстином в Институте перспективных исследований. SOAP (Symbolic Optimal Assembly Program) была языком ассемблера для ПК IBM 650, созданного Стэном Поули в 1955 году.
Для работы с числами, которые не могут хранится в стандартных.
Исторически многие программные решения были написаны только на ассемблере. ОС писались исключительно на этом языке до введения Burroughs MCP (1961 г.), который был написан на языке Executive Systems Problem Oriented Language (ESPOL). Многие коммерческие приложения были написаны на машинно-ориентированном языке, в том числе большое количество программного обеспечения мэйнфреймов IBM, созданного ИТ-гигантами. COBOL и FORTRAN в конечном итоге вытеснили большую часть наработок, хотя многие крупные организации сохранили ассемблерные прикладные инфраструктуры в 1990-х годах.
Большинство ранних микрокомпьютеров основывались на языке ассемблера с ручной кодировкой, включая большинство ОС и масштабных приложений. Это связано с тем, что эти машины имели серьезные ограничения ресурсов, нагружали индивидуальную память и архитектуру дисплеев и предоставляли ограниченные системные службы с ошибками. Возможно, более важным было отсутствие первоклассных высокоуровневых компиляторов языка, подходящих для использования в микрокомпьютере, что осложняло обучение машинному коду.
Область применения
Языки сборки устраняют большую часть проблемного, утомительного и трудоемкого программирования на ассемблерах первого поколения, необходимого на самых ранних компьютерах. Это освобождает программистов от рутины в виде запоминания числовых кодов и вычисления адресов. На начальных этапах «сборщики» широко использовались для всех разновидностей программирования. Однако к концу 1980-х гг. их применение в значительной степени было вытеснено языками более высокого уровня в поисках повышения производительности программирования. Сегодня язык ассемблера по-прежнему используется для прямой аппаратной манипуляции, доступа к специализированным инструкциям процессора или для решения критических проблем с производительностью. Типичной областью применения являются драйверы устройств, низкоуровневые встроенные системы и параметры реального времени.
С аббревиатурой GCC знакомы многие люди, которые связаны с.
Образцы применения
Типичными примерами крупных программ на языке ассемблера являются операционные системы IBM PC DOS, компилятор Turbo Pascal и ранние приложения, такие как программа электронных таблиц Lotus 1-2-3.
Машинно-ориентированный язык — основной язык разработки для многих востребованных домашних ПК 1980-х и 1990-х годов (таких как MSX, Sinclair ZX Spectrum, Commodore 64, Commodore Amiga и Atari ST). Это обусловлено тем, что интерпретированные диалоги BASIC на этих системах обеспечивали низкую скорость выполнения, а также ограниченные возможности для полного использования имеющегося оборудования. Некоторые системы даже имеют интегрированную среду разработки (IDE) с высокоразвитыми средствами отладки и макрообъектов. Некоторые компиляторы, доступные для Radio Shack TRS-80 и его преемников, имели возможность комбинировать встроенный источник сборки с программами высокого уровня. После компиляции встроенный ассемблер создал встроенный двоичный код.
Машинный код для чайников. Терминология
Программа ассемблера создает коды операций путем перевода комбинаций мнемоники и синтаксических правил для операций и режимов адресации в их числовые эквиваленты. Это представление обычно включает в себя код операции, а также другие управляющие биты и данные. Ассемблер также высчитывает постоянные выражения и определяет символьные имена для мест памяти и других объектов.
Машинные коды команд ассемблера также могут выполнять некоторые простые типы оптимизации, зависящей от набора команд. Одним из конкретных примеров этого могут быть популярные «сборщики» x86 от разных поставщиков. Большинство из них могут выполнять замены команд перехода в любом количестве проходов, по запросу. Также способны выполнять простую перегруппировку или вставку инструкций, таких как некоторые сборщики для архитектур RISC, которые могут помочь оптимизировать разумное планирование команд, чтобы максимально эффективно использовать конвейер CPU.
Подобно ранним языкам программирования, таким как Fortran, Algol, Cobol и Lisp, сборщики были доступны с 1950-х годов, как и первые поколения текстовых компьютерных интерфейсов. Однако сначала появились сборщики, поскольку их намного проще писать, чем компиляторы для высокоуровневых языков. Это связано с тем, что каждая мнемоника, а также режимы адресации и операнды инструкций транслируются в числовые представления каждой конкретной инструкции без большого контекста или анализа. Также был ряд классов переводчиков и полуавтоматических генераторов кода со свойствами, аналогичными как сборкам, так и языкам высокого уровня, причем скоростной код, возможно, является одним из наиболее известных примеров.
Количество проходов
Существует два вида программирования на ассемблере, основанные на количестве проходов через источник (по количеству попыток прочтения) для создания объектного файла.
Однопроходные ассемблеры проходят через исходный код один раз. Любой символ, используемый до его определения, потребует errata в конце объектного кода.
Многопроходные ассемблеры создают таблицы со всеми символами и их значениями в первых проходах, а затем применяют таблицу в последующих проходах для генерации кода.
Первоначальной причиной использования однопроходных сборщиков была скорость сборки — часто второй проход требовал перемотки и перечитывания источника программы на ленту. Более поздние компьютеры с гораздо большими объемами памяти (особенно для хранения дисков) имели пространство для выполнения всей необходимой обработки без повторного чтения. Преимущество многопроходного ассемблера заключается в том, что отсутствие ошибок приводит к тому, что процесс связывания (или загрузка программы, если ассемблер непосредственно создает исполняемый код) проходит быстрее.
Что такое двоичный код?
Программа, написанная на языке ассемблера, состоит из ряда мнемонических команд процессора и мета-операторов (известных как директивы, псевдо-инструкции и псевдооперации), комментарии и данные. Инструкции по языку ассемблера обычно состоят из мнемоники кода операции. За ней следует список данных, аргументов или параметров. Они переводятся ассемблером в инструкции машинного языка, которые загружаются в память и выполняются.
Например, приведенная ниже инструкция сообщает процессору x86/IA-32 переместить 8-битное значение в регистр. Двоичный код для этой команды — 10110, за которым следует 3-битный идентификатор, для которого используется регистр. Идентификатором AL является 000, поэтому следующий код загружает регистр AL с данными 01100001.
Возникает вопрос: что такое двоичный код? Это система кодирования с использованием двоичных цифр «0» и «1» для представления буквы, цифры или другого символа на компьютере или другом электронном устройстве.
Пример машинного кода: 10110000 01100001.
Технические особенности
Преобразование языка сборки в машинный код — это задание ассемблера. Обратный процесс выполняется с помощью дизассемблера. В отличие от языков высокого уровня существует взаимно однозначное соответствие между множеством простых операторов сборки и инструкциями машинного языка. Однако в некоторых случаях ассемблер может предоставлять псевдоинструкции (макросы). Они распространяются на несколько инструкций машинного языка для обеспечения обычно необходимой функциональности. Большинство полнофункциональных ассемблеров также предоставляют богатый макроязык, который используется поставщиками и программистами для генерации более сложных кодов и последовательностей данных.
Каждая компьютерная архитектура имеет свой собственный машинный язык. Компьютеры отличаются количеством и типами операций, которые они поддерживают, в разных размерах и числе регистров, а также в представлениях данных в хранилище. В то время как большинство ПК общего назначения способны выполнять практически ту же функциональность, способы, которыми они это делают, различаются. Соответствующие языки ассемблера отражают эти различия.
Множество наборов мнемоники или синтаксиса на ассемблере могут существовать для одного набора команд, обычно создаваемого в разных программах. В этих случаях наиболее популярным является, как правило, тот, который предоставляется изготовителем и используется в его документации.
Язык дизайна
Существует большая степень разнообразия в том, как авторы сборщиков классифицируют заявления и номенклатуру, которые они используют. В частности, некоторые описывают все, что отличается от машинной или расширенной мнемоники, как псевдооперацию. Базовый словарь сборки состоит из системы команд — трех основных разновидностей инструкций, которые используются для определения программных операций:
- мнемоника опкода;
- определения данных;
- директивы сборщика.
Мнемоника опкода и расширенная мнемоника
Инструкции, написанные на языке ассемблера, элементарны, в отличие от высокоуровневых языков. Как правило, мнемоника (произвольные символы) является символьным обозначением для одной исполняемой инструкции кода. Каждая команда обычно состоит из кода операции плюс ноль или более операндов. Большинство команд относятся к одному или двум значениям.
Расширенная мнемоника зачастую применяется для специализированной эксплуатации инструкций — для целей, не очевидных из названия мануала. Например, многие процессоры не имеют явной инструкции NOP, но имеют встроенные алгоритмы, которые используются для этой цели.
Многие сборщики поддерживают элементарные встроенные макрокоманды, способные сгенерировать две или более машинных инструкций.
Директивы данных
Существуют инструкции, используемые для определения элементов для хранения данных и переменных. Они определяют тип данных, длину и выравнивание. Эти инструкции также могут определять доступность информации для внешних программ (собранных отдельно) или только для программы, в которой определен раздел данных. Некоторые ассемблеры определяют их как псевдооператоры.
Директивы сборки
Директивы сборщика, также называемые псевдокодами или псевдооперациями, являются командами, предоставленными ассемблеру, и направляющих его на выполнение операций, отличных от инструкций по сборке. Директивы влияют на работу ассемблера и могут влиять на объектный код, символьную таблицу, файл листинга и значения параметров внутреннего ассемблера. Иногда термин псевдокода зарезервирован для директив, которые генерируют объектный код.
Имена псевдоопераций часто начинаются с точки, чтобы отличаться от машинных команд. Другим распространенным использованием псевдоопераций является резервирование областей хранения для данных времени выполнения и, возможно, инициализация их содержимого до известных значений.
Самодокументирующийся код
Символьные ассемблеры позволяют программистам связывать произвольные имена (метки или символы) с ячейками памяти и разными константами. Зачастую каждой постоянной величине и переменной присваивается собственное имя, поэтому инструкции могут ссылаться на эти местоположения по имени, тем самым способствуя самодокументирующему коду. В исполняемом коде имя любой подпрограммы соотносится с ее точкой входа, поэтому любые вызовы подпрограммы могут использовать ее имя. Внутри подпрограмм назначаются метки GOTO. Многие сборщики поддерживают локальные символы, которые лексически отличаются от обычных символов.
Ассемблеры типа NASM обеспечивают гибкое управление символами, позволяя программистам управлять разными пространствами имен, автоматически вычислять смещения в структурах данных и назначать метки, которые ссылаются на литеральные значения или результат простых вычислений, выполняемых ассемблером. Ярлыки также могут использоваться для инициализации констант и переменных с помощью перемещаемых адресов.
Языки ассемблера, как и большинство других языков компьютера, позволяют добавлять комментарии к исходному коду программы, которые будут игнорироваться во время процесса сборки. Судебное комментирование имеет важное значение в программах ассемблерного языка, поскольку определение и назначение последовательности двоичных машинных команд трудно определить. «Необработанный» (без комментирования) язык ассемблера, созданный компиляторами или дизассемблерами, довольно сложно прочитать, когда необходимо внести изменения.
Как написать «Hello World» на машинном коде?
Недавно наткнулся на видео, где некий сумасшедший написал программу, которая выводит в консоль слова «Hello World» на бинарном/машинном коде (если честно я не уверен что это именно).
Расскажите пожалуйста, как можно повторить результат (не советуйте скопировать код из видео, хочу именно понимать как такое сделать)? Может какая-то литература по этому поводу?
- Вопрос задан более трёх лет назад
- 32304 просмотра
Комментировать
Решения вопроса 1
Вам достаточно изучить ассемблер и всё станет понятно.
Каждая команда ассемблера транслируется «дословно» в машинный код.
Т.е. например команда pushl %edx превратится в один байт 82
Например программа на ассемблере:
push %ebp mov %esp,%ebp call 0x8048298 cmp $0x41,%eax jne 0x80483ce push $0x80484b0 call 0x80482c8 add $0x4,%esp mov $0x0,%eax mov %ebp,%esp pop %ebp retпревратится в машинный код:
0x55 0x89 0xe5 0xe8 0xfc 0xff 0xff 0xff 0x83 0xf8 0x41 0x75 0x0d 0x68 0x00 0x00 0x00 0x00 0xe8 0xfc 0xff 0xff 0xff 0x83 0xc4 0x04 0xb8 0x00 0x00 0x00 0x00 0x89 0xec 0x5d 0xc3Почитать можно здесь и здесь . В целом подойдет любая книга по ассемблеру.
Ответ написан более трёх лет назад
Во времена MSDOS было бы понятно — int 21h, и вывод на консоль в кармане. Можно даже структуры exe-файла не знать, писать сразу в com. А сейчас что делать? Поможет ли ассемблер?
Mrrl: Не понял ваш вопрос. На чистом асме писать нет смысла — только для общего развития или для векторизации SIMD инструкций и для реверс инжиниринга. Если нужен асм, то самый простой способ — делать вставки в код на С/С++. А трансляцией в машинный код должен заниматься компилятор
asd111: Я так понял, что вопрос — как написать программу полностью. Желательно, в 16-ричном редакторе. Любая программа, использующая C/C++ займёт огромный объём, без ошибок вручную его не сгенерируешь и не введёшь. Для com-файла в MSDOS такие трюки были вполне реальны, но как это сделать в современных операционных системах?
Mrrl: В современных системах даже если писать всё вручную, меньше чем код на С в любом случае не получится, т.к. необходимо сохранить формат исполняемого файла т.е. для Linux например нужно будет прописать все заголовки ELF файла в то время как С — по сути дела высокоуровневый ассемблер, т.е. код на С практически дословно транслируется в код на ассемблере + готовые заголовки под нужную ОС + оптимизации компилятора.
asd111: Не забывайте, что если вы пишете на С, то вам будет необходимо иметь правильную версию C-библиотеки, а она тоже занимает место (и в какой-нибудь Embedded XP её может сразу не оказаться). Либо использовать статическую линковку, что очень резко увеличит размер кода. Системные вызовы в этом смысле экономнее. Судя по кодам для Linux, у них есть команда syscall (тоже какое-то прерывание?), которая позволяет написать совсем короткую программу. Про ELF-файл пока не скажу, с исполняемыми файлами для Linux мне разбираться пока не пришлось.