Языки языка

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. Тем более можно даже выдвинуть доводы: 
 
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 имеют 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. 
 
^ 1. 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. 
 
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. 
^ 2. ПРОГРАММИРОВАНИЕ НА ЯЗЫКЕ 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 Бэйсик или Паскаль. 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. 
3. СИНТАКСИС 
 
Общепринятого стандарта для синтаксиса языков ассемблера не существует. Однако, существуют стандарты де-факто — традиционные подходы, которых придерживаются большинство разработчиков языков ассемблера. Основными такими стандартами являются Intel-синтаксис и AT&T-синтаксис.  
 
Общий формат записи инструкций одинаков для обоих стандартов:  
 
[метка:] опкод [операнды] [;комментарий]` 
 
Опкод — непосредственно мнемоника инструкции процессору. К ней могут быть добавлены префиксы (повторения, изменения типа адресации и пр.). В качестве операндов могут выступать константы, названия регистров, адреса в оперативной памяти и пр.. Различия между стандартами Intel и AT&T касаются, в основном, порядка перечисления операндов и их синтаксиса при различных методах адресации. Используемые мнемоники обычно одинаковы для всех процессоров одной архитектуры или семейства архитектур (среди широко известных — мнемоники процессоров и контроллеров Motorola, ARM, x86). Они описываются в спецификации процессоров. Например, процессор Zilog Z80 наследовал систему команд Intel i8080, расширил ее и поменял мнемоники (и обозначения регистров) на свой лад. Например, сменил интеловские mov на ld. 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 интеловскими мнемониками, а половина с мнемониками Zilog. 
 
 
4. ДИРЕКТИВЫ 
 
Кроме инструкций, программа может содержать директивы: команды, не переводящиеся непосредственно в машинные инструкции, а управляющие работой компилятора. Набор и синтаксис их значительно разнятся и зависят не от аппаратной платформы, а от используемого компилятора (порождая диалекты языков в пределах одного семейства архитектур). В качестве набора директив можно выделить:  
 
- определение данных (констант и переменных)  
 
- управление организацией программы в памяти и параметрами выходного файла  
 
- задание режима работы компилятора  
 
- всевозможные абстракции (т.е. элементы языков высокого уровня) — от оформления процедур и функций (для упрощения реализации парадигмы процедурного программирования) до условных конструкций и циклов.  
 
 
 5. ТИПЫ ДАННЫХ 
 
При программировании на языке ассемблера используются данные следующих типов:  
 
Непосредственные данные, представляющие собой числовые или символьные значения, являющиеся частью команды.  
 
Непосредственные данные формируются программистом в процессе написания программы для конкретной команды ассемблера.  
 
Данные простого типа, описываемые с помощью ограниченного набора директив резервирования памяти, позволяющих выполнить самые элементарные операции по размещению и инициализации числовой и символьной информации. При обработке этих директив ассемблер сохраняет в своей таблице символов информацию о местоположении данных (значения сегментной составляющей адреса и смещения) и типе данных, то есть единицах памяти, выделяемых для размещения данных в соответствии с директивой резервирования и инициализации данных. 
 
Эти два типа данных являются элементарными, или базовыми; работа с ними поддерживается на уровне системы команд микропроцессора. Используя данные этих типов, можно формализовать и запрограммировать практически любую задачу. Но насколько это будет удобно — вот вопрос. 
 
Данные сложного типа, которые были введены в язык ассемблера с целью облегчения разработки программ. Сложные типы данных строятся на основе базовых типов, которые являются как бы кирпичиками для их построения. Введение сложных типов данных позволяет несколько сгладить различия между языками высокого уровня и ассемблером. У программиста появляется возможность сочетания преимуществ языка ассемблера и языков высокого уровня (в направлении абстракции данных), что в конечном итоге повышает эффективность конечной программы.  
 
Обработка информации, в общем случае, процесс очень сложный. Это косвенно подтверждает популярность языков высокого уровня. Одно из несомненных достоинств языков высокого уровня — поддержка развитых структур данных. При их использовании программист освобождается от решения конкретных проблем, связанных с представлением числовых или символьных данных, и получает возможность оперировать информацией, структура которой в большей степени отражает особенности предметной области решаемой задачи. В то же самое время, чем выше уровень такой абстракции данных от конкретного их представления в компьютере, тем большая нагрузка ложится на компилятор с целью создания действительно эффективного кода. Ведь нам уже известно, что в конечном итоге все написанное на языке высокого уровня в компьютере будет представлено на уровне машинных команд, работающих только с базовыми типами данных. Таким образом, самая эффективная программа — программа, написанная в машинных кодах, но писать сегодня большую программу в машинных кодах — занятие не имеющее слишком большого смысла. 
 
^ 6. ПРЕИМУЩЕСТВА И НЕДОСТАТКИ АССЕМБЛЕРА 
К преимуществам Ассемблера можно отнести:  
 
1. Данный язык программирования позволяет создавать приложения, которые будут более эффективны, чем аналогичные приложения, написанные на языке высокого уровня, т.е. приложения будут более короткими и при этом более быстро выполнимыми. 
 
2. Язык Ассемблера позволяет программисту выполнять действия, которые либо вообще нельзя реализовать на других языках и в частности на языках высокого уровня, либо выполнение которых займет слишком много машинного времени в случае привлечения дорогих средств языка высокого уровня. 
 
К недостаткам языка следует отнести:  
 
1. По мере увеличения своего размера программа на Ассемблере теряет наглядность. Это связано с тем, что в ассемблерных программах следует уделять много внимания деталям. Язык требует от вас планирования каждого шага ЭВМ. Конечно, в случае небольших программ это позволяет сделать их оптимальными с точки зрения эффективности использования аппаратных средств. В случае же больших программ бесконечное число деталей может помешать вам добиться оптимальности программы в целом, несмотря на то, что отдельные фрагменты программы будут написаны очень хорошо. 
 
2. Для программирования на данном языке необходимо очень хорошо знать структуру компьютера и работу аппаратных устройств, так как Ассемблер работает непосредственно с устройствами. 
 
 
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 
Язык Ассемблера - мощное средство программирования. Он позволяет программисту осуществлять всестороннее управление аппаратными средствами ЭВМ. Однако такое управление заставляет программиста вникать в детали, далекие от основного содержания программы. Все преимущества языка Ассемблера оборачиваются подчас пустой тратой времени на многочисленные детали. 
 
Несмотря на то, что Ассемблер является машинно-ориентированным языком, то есть языком низкого уровня, программист может применять его для работы и в сочетании с высоким.