Про Python, Java, C пишут в блогах онлайн-школ, на хабре и ви-си. Эти языки — лидеры по рейтингу TIOBE, их часто выбирают новички, чтобы изучать как первый язык программирования. Но знания менее популярных языков программирования тоже востребованы. В статье рассматриваем язык ассемблера: о нём расскажет Алексей Каньков, старший backend-разработчик Revizto.
Что такое ассемблер
Язык ассемблера (Assembly, или ASM) — это язык программирования, который используют, чтобы написать программы для аппаратных платформ или архитектур.
В отличие от языков программирования высокого уровня, например Python или Java, язык ассемблера обеспечивает прямое представление инструкций машинного кода. Поэтому язык ассемблера называют языком низкого уровня: он ближе к двоичному коду, который понимает компьютер.
Если больший интерес вызывают языки высокого уровня, приходите на курс Skypro «Java-разработчик». За 11 месяцев научитесь работать с самыми популярными инструментами языка программирования Java и станете востребованным специалистом с дипломом о профессиональной переподготовке. Сможете устроиться на работу уже во время обучения.
Программы на языке ассемблера обычно пишут с комбинациями текстовой мнемоники и числовых кодов, известных как коды операций. Это инструкции: их выполняет процессор. Программы непросто писать и отлаживать из-за их низкоуровневой природы. Зато они дают больший контроль над аппаратным обеспечением компьютера и могут быть более эффективными, чем программы на языках высокого уровня.
Когда и как был создан
Язык программирования ассемблер существует с первых дней вычислительной техники. Его развитие можно проследить до первых электронных компьютеров, построенных в 1940-х и 1950-х.
Один из первых примеров языка ассемблера — язык, используемый для программирования компьютера Manchester Mark 1. Его разработала группа исследователей под руководством Фредерика Уильямса и Тома Килберна из Манчестерского университета в Англии. Manchester Mark 1 был одним из первых компьютеров, использующих архитектуру с хранимой программой. Его язык применяли для написания программ, которые хранились в его памяти.
Компьютерное оборудование развивалось — совершенствовались и языки ассемблера. Добавили новые инструкции и функции для более сложных операций и новых аппаратных возможностей. Сегодня язык ассемблера по-прежнему используют в специализированных областях. Например, в программировании встроенных систем и низкоуровневом системном программировании.
Где используют язык ассемблера
Сейчас используют множество различных языков ассемблера, каждый из которых предназначен для конкретной аппаратной платформы или архитектуры. Примеры:
- x86 для ПК на базе Intel;
- ARM для мобильных устройств и встроенных систем;
- MIPS для некоторых встроенных систем и академического использования.
Ассемблер нужен в областях, где требуется низкоуровневое системное программирование или аппаратное управление:
🔸 Разработка операционной системы. Язык ассемблера используют при разработке ОС и драйверов устройств, для которых нужен прямой доступ к аппаратным компонентам.
🔸 Программирование встроенных систем. Ассемблер применяют для разработки микроконтроллеров и других небольших устройств с ограниченной вычислительной мощностью.
🔸 Разработка игр. Язык нужен, чтобы оптимизировать критически важные для производительности участки кода. Примеры игр, в которых использовали ассемблер: TIS-100, RollerCoaster Tycoon, Shenzhen I/O, Human Resource Machine. Правда, эти игры скорее для программистов: в них разрабатывают имитацию кода.
🔸 Обратный инжиниринг. Язык ассемблера часто используют для дизассемблирования и анализа двоичного кода.
🔸 Разработка вредоносных программ. Хакеры создают на ассемблере вирусы.
То есть язык ассемблера используют в тех областях, где критически важны производительность и аппаратный контроль. Там, где другие языки программирования высокого уровня не отвечают конкретным требованиям приложения.
Если хочется работать на них — приходите на курс «Python-разработчик». За 10 месяцев научитесь создавать логику программ, баз данных и разрабатывать приложения. Выполните несколько проектных работ: например, сделаете планировщик задач с авторизацией через соцсети и возможностью управлять карточками. Получите навыки, которые востребованы во многих IT-компаниях.
Как устроен язык ассемблера
💡 Синтаксис
Синтаксис ассемблера может различаться: зависит от конкретной архитектуры или платформы. Одни языки используют двоеточия для меток или целей перехода, у других символы отличаются. Но в целом синтаксис состоит из серии инструкций и операндов, написанных с использованием текстовой мнемоники. Пример:
``` MOV AX, 1 ; move the value 1 into the AX register ADD AX, BX ; add the value in the BX register to the AX register ```
В этом примере MOV и ADD — это мнемоники для инструкций «переместить» и «добавить». AX и BX — это операнды. Они относятся к регистрам, в которых хранятся данные.
Синтаксис языка ассемблера точный и структурированный, потому что предназначен для работы с машинным кодом. Но это затрудняет чтение и написание кода для программистов, привыкших к языкам более высокого уровня.
Если хотите изучать более универсальные и популярные языки, начните с Java и Python. В онлайн-университете Skypro есть такие курсы: учим с нуля, делаем упор на практику. Научитесь разрабатывать приложения, сайты, социальные сети, игры, доски объявлений. В конце — диплом и помощь с работой. Не просто подбираем вакансии, а устраиваем на новую работу — или возвращаем деньги за обучение.
💡 Директивы
В языке ассемблера директивы — это специальные инструкции. Они используются для предоставления дополнительной информации ассемблеру или компоновщику, а не выполняются как часть программы. Директивы обычно обозначают специальным символом, например точкой или решеткой.
📌 `SECTION`: эта директива нужна для определения разделов программы, которые используют для группировки связанного кода и данных вместе.
📌 `ORG`: чтобы установить исходный или начальный адрес программы или раздела.
📌 `EQU`: чтобы определить константы или символы, которые используют во всей программе.
📌 `DB`, `DW`, `DD`: для определения значений данных байтов, слов или двойных слов в памяти.
📌 `ALIGN`: для выравнивания ячейки памяти следующей инструкции или значения данных с указанной границей.
📌 `EXTERN`, `GLOBAL`: чтобы указать, определяется ли символ внешне или глобально. Эту информацию использует компоновщик для разрешения ссылок на символы в разных объектных файлах.
📌 `INCLUDE`: для включения файла кода на языке ассемблера в текущую программу.
Директивы помогают управлять структурой и организацией программы на языке ассемблера, указывать дополнительную информацию для создания конечной исполняемой программы.
💡 Команды
Команды языка ассемблера — основные строительные блоки программ. Эти инструкции используют, чтобы сообщить процессору, какие операции следует выполнять. В одних архитектурах сотни или тысячи различных инструкций, в других может быть всего несколько десятков.
Основные:
📌 Команды перемещения данных. Перемещают данные между регистрами или ячейками памяти: MOV, PUSH и POP.
📌 Арифметические команды. Выполняют арифметические операции с данными в регистрах или ячейках памяти: ADD, SUB и MUL.
📌 Логические команды. Выполняют логические операции с данными в регистрах или ячейках памяти: AND, OR и XOR.
📌 Команды ветвления. Управляют путем перехода к другому разделу кода: JMP, JZ и JE.
📌 Команды стека. Управляют стеком — областью памяти для хранения данных — и управляющей информацией во время вызовов функций и возвратов: PUSH и POP.
📌Системные вызовы. Позволяют программам на ассемблере взаимодействовать с операционной системой или другими системными функциями, такими как INT, которые запускают программное прерывание.
💡 Ассемблерный код
Примеры фрагментов кода ассемблера для архитектуры x86:
Hello World:
``` section .data msg db 'Hello, world!', 0 section .text global _start _start: mov eax, 4 ; System call for write mov ebx, 1 ; File descriptor for stdout mov ecx, msg ; Address of message to print mov edx, 13 ; Length of message int 0x80 ; Call kernel mov eax, 1 ; System call for exit xor ebx, ebx ; Exit code 0 int 0x80 ; Call kernel ```
Эта программа определяет строку сообщения в разделе .data, а затем использует инструкцию mov для настройки параметров системного вызова. Выводит на экран сообщения с помощью системного вызова записи. Затем программа завершается с кодом выхода 0.
Сумма двух чисел:
``` section .data a dw 5 b dw 7 section .text global _start _start: mov ax, [a] ; Load first number into AX add ax, [b] ; Add second number to AX mov cx, ax ; Save result in CX mov eax, 1 ; System call for exit xor ebx, ebx ; Exit code 0 int 0x80 ; Call kernel ```
Эта программа определяет два значения в разделе .data, а потом использует инструкции mov и add для вычисления суммы двух чисел и сохранения результата в регистре cx. Затем программа завершается с кодом выхода 0.
Программа для вычисления последовательности Фибоначчи:
``` section .data n dw 10 section .bss fib resw 10 section .text global _start _start: mov eax, [n] mov ebx, 0 mov ecx, 1 mov edx, 2 mov [fib+ebx], ecx .loop: cmp edx, eax jge .done add ecx, [fib+ebx] mov [fib+edx], ecx mov ebx, edx inc edx jmp .loop .done: mov eax, 1 xor ebx, ebx int 0x80 ```
Эта программа использует цикл для вычисления первых n чисел в последовательности Фибоначчи и сохранения их в массиве, в разделе .bss. Затем программа завершается с кодом выхода 0.
Достоинства и недостатки ассемблера
Преимущества
➕ Эффективность: программы на языке ассемблера можно оптимизировать для конкретной архитектуры — это делает их эффективными и быстрыми.
➕ Низкоуровневый контроль над аппаратными ресурсами: позволяет разработчикам писать программы, адаптированные к конкретным аппаратным требованиям.
➕ Небольшой размер кода: программы на языке ассемблера обычно меньше программ на языках более высокого уровня. Это важно в определенных встроенных системах или других средах с ограниченным объемом памяти.
➕ Переносимость: язык используют для написания кода, который можно скомпилировать для работы на разных платформах с соответствующими модификациями.
➕ Отладка: язык ассемблера полезен для отладки низкоуровневых проблем в программах или оборудовании.
Недостатки
➖ Сложность: язык ассемблера гораздо сложнее написать и понять, чем языки более высокого уровня. Программирование на ассемблере утомительно и занимает много времени: разработчики должны писать код даже для самых простых операций.
Сначала лучше изучать более популярные, универсальные и простые языки. Например, на курсе Skypro «Python-разработчик» изучите Python — его применяют на разных платформах и широко используют в разработке интернет-приложений, программного обеспечения и машинном обучении.
➖ Ограниченная абстракция: в языке нет многих абстракций и высокоуровневых конструкций — это затрудняет написание сложных программ.
➖ Сопровождение: программы на ассемблере трудно поддерживать, потому что изменения в аппаратном или программном обеспечении требуют значительных обновлений кода.
➖ Отладка: это еще и минус, потому что отладка кода на языке ассемблера сложная — проблемы низкого уровня трудно диагностировать и исправить.
Стоит ли изучать язык ассемблера
Это зависит от ваших целей и интересов. Если хотите писать высокопроизводительный код для конкретной аппаратной платформы или устройства, ассемблер полезен. Еще знания пригодятся для отладки низкоуровневых проблем в программах или оборудовании.
Но учитывайте, что язык ассемблера требует глубокого понимания компьютерной архитектуры и наборов инструкций. Учить его сложнее, чем языки более высокого уровня. Особенно если нет опыта в области компьютерных наук, вы еще не знакомы с архитектурой компьютера и концепциями низкоуровневого программирования.
Востребованы ли программисты на ассемблере сегодня
Программирование на языке assembler не так распространено, как раньше. Но всё еще есть отрасли и приложения, где он нужен. Например, встроенные системы, разработка операционных систем и реверс-инжиниринг.
Этот язык программирования используют только для максимально эффективной разработки, потому что команды работают с процессором или контроллером напрямую. То есть код ассемблера будет максимально быстро исполняться и четко работать.
Изучать его стоит, если вы планируете программировать микросхемы или писать эффективные программы для процессоров. Потому что писать программы на ассемблере трудоемко, а разрабатывать приложения с интерфейсами для пользователей бессмысленно.
На 13 марта 2023-го на хедхантере 50 075 вакансий программистов, а вакансий с упоминанием Assembler всего 244 по России — меньше 0,5%. Но с учетом тренда на импортозамещение спрос на таких программистов может вырасти.
Юрий Гизатуллин, руководитель и сооснователь digital-агентства TIQUM, сооснователь RB7.ru
Примеры вакансий на хедхантере с упоминанием ассемблера: зарплаты от 100 000 ₽ до 500 000 ₽
Главное: что такое ассемблер
- Ассемблер — это язык программирования низкого уровня. Он нужен для программирования микроконтроллеров или написания программ, которые работают с процессорами напрямую. Еще его используют для анализа двоичного кода, создания вирусов, оптимизации важных для производительности участков кода при разработке игр.
- Преимущества языка ассемблера: низкоуровневый контроль над аппаратными ресурсами, небольшой размер кода. Код ассемблера можно скомпилировать для работы на разных платформах с соответствующими модификациями. Язык ассемблера полезен для отладки низкоуровневых проблем в программах или оборудовании. Программы на языке ассемблера можно оптимизировать для конкретной архитектуры.
- Недостатки: в языке нет многих абстракций и высокоуровневых конструкций, его сложно изучать, а программы на ассемблере трудно поддерживать.
Добавить комментарий