05 Май 2023
10 мин
5473

Что такое язык ассемблера и стоит ли его изучать

Ассемблер используют разработчики микроконтроллеров и драйверов — те, кто работает с железом.

Содержание

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