Jazyk symbolických adres

Jazyk symbolických adres

Paradigma	imperativní
Vznikl v	1949

Jazyk symbolických adres (zkratka JSA, anglicky assembly language, nepřesně assembler) nebo také jazyk symbolických instrukcí je v informatice nízkoúrovňový programovací jazyk, který je tvořen symbolickou reprezentací jednotlivých strojových instrukcí a konstant potřebných pro vytvoření strojového kódu programu pro daný procesor. Symbolickou reprezentaci tvoří zpravidla výrobce procesoru a je založena na mnemotechnických zkratkách, které vyjadřují, co daná strojová instrukce dělá, označují symbolicky registr, slovní zkratku podmínky a podobně. JSA je proto závislý na konkrétním procesoru a zapsaný program je obtížně přenositelný na jinou platformu (na rozdíl od vyšších programovacích jazyků).

Pro překlad JSA do strojového kódu se používá program, který nazýváme assembler (překladač). Oba názvy jsou často nesprávně zaměňovány.

Historie

JSA se poprvé objevily v 50. letech 20. století, kdy byly označovány jako druhá generace programovacích jazyků. Eliminovaly většinu chyb vznikajících při programování a časovou náročnost první generace programovacích jazyků tím, že odstranily nutnost pamatovat si číselné kódy jednotlivých strojových instrukcí, nutnost vypočítávat adresy skoků a umístění dat a zjednodušením (zkrácením) zápisu programu. Ve své době byly široce využívány pro všechny typy programování. Avšak v 80. letech (u mikropočítačů v 90. letech) byly nahrazeny programovacími jazyky s vyšší úrovní abstrakce, které přinášely vyšší produktivitu programování.

V současné době jsou JSA používány zejména pro přímé ovládání hardware, přístup ke specializovaným instrukcím procesoru nebo pro kritické úseky, kde je nutný vysoký výkon. Typicky se jedná o ovladače zařízení, nízkoúrovňové embedded systémy a operační systémy.

Pokročilé překladače JSA poskytují doplňující nástroje pro správu a vývoj kódu, řízení překladu programu, a podporu ladění. Mezi hlavní prvky patří také podpora maker, pak nazýváme takový překladač makro assembler.

Terminologie

Anglické slovo assembler znamená sestavovatel a označuje pouze překladač, tj. program, který sestavuje strojový kód. Programovací jazyk zpracovávaný takovým překladačem se označuje JSA, v angličtině se jmenuje assembly language.

Exaktní česká terminologie vychází z toho, že assembler označuje pouze překladač, zatímco programovací jazyk označuje výhradně jako jazyk symbolických adres (JSA), kterýžto výraz popisuje základní nabízenou výhodu – odstranění nutnosti ručně propočítávat veškeré adresy při překladu programu.

V praxi se ovšem velmi často pro označení JSA používá termín assembler (původem z anglického jazyka).

Charakteristika

JSA je programovací jazyk nejnižší úrovně a je závislý na strojovém kódu procesoru. Každá rodina procesorů má svůj vlastní odlišný JSA, protože ve strojových instrukcích různých rodin procesorů a možnosti rozdělování a adresování paměti bývají zásadní rozdíly. Každá firma vyrábějící procesory si definuje vlastní pravidla pro JSA svých procesorů, z kterých mohou (ale také nemusejí) vycházet nezávislí autoři a firmy.

Společným rysem drtivé většiny JSA je, že kódovou jednotkou je zde jeden řádek.

Program v JSA se skládá z

překladových direktiv

tyto direktivy ovlivňují způsob překladu (například pro jakou verzi procesoru se překládá, zda se ignorují velká a malá písmena, zda se generuje výpis a s jakým stránkováním, atp.). Rovněž označují začátek a konec kódových sekcí.

strojových instrukcí

symbolicky zapsané strojové instrukce jsou při překladu nahrazeny odpovídajícím strojovým kódem

definic obsahu paměti

můžeme inicializovat obsah paměti, nebo vyhradit v paměti místo pro proměnné

návěstí

návěstí umožňují pojmenovat místa v paměti počítače. Návěstí umístěné před instrukcí se používá jako pro definici bodu v programu, na který můžeme skočit, návěstí umístěné před definicí obsahu paměti se používá při odkazování na tuto paměť

maker

makra slouží pro nahrazení často používaných sekvencí instrukcí, umožňují zpřehlednit a zjednodušit kód vytvořením pseudoinstrukcí a formalizací často používaných konstrukcí

podmínkových bloků

podmínkové bloky dovolují generovat odlišný kód v závislosti na nastavení překladových symbolů, což může být užitečné například při ladění, nebo u kódu určeného pro více platforem

definic překladových symbolů

překladové symboly pomáhají při vytváření dobře strukturovaného kódu programu

Příkladem jednoho řádku (tedy jednoho příkazu) v JSA může být následující zápis instrukce procesoru x86/i386 (např. Intel 80386):

; Do akumulátoru (l=low: dolní část) načti konstantu 61 v hexadecimální soustavě
mov al, 61h

která se přeloží na strojový kód (kde první část kódu je vlastní instrukce mov al a druhá část konstanta 61h):

10110000 01100001

který znamená přesun hexadecimální hodnoty 61 (97 dekadicky) do registru procesoru pojmenovaného „al“. Název instrukce „mov“ (zkratka anglického slova move – přesun) je následován seznamem parametrů. Tak vypadá typická instrukce v JSA.

Assembler zpravidla překládá zdrojový kód na několik průchodů. To je dané tím, že při prvním průchodu nejsou známé adresy a hodnoty definované za překládaným řádkem, ovšem i při dalších průchodech se mohou adresy posunout, protože délka strojové instrukce může záviset na hodnotách adres a konstant, které byly v prvním průchodu neznámé, přičemž změnou původně předpokládané délky instrukce se mohou adresy opět posunout…

Program „Ahoj světe!“

Hello world v NASM:

[org 100h]
[bits 16]
jmp START

; Nastavit pozici kurzoru
; IN: dl = x, dh = y
curto:
 xor bh,bh
 mov ah,2
 int 10h
ret

; Napsat barevne znaky, ale neposouvat kurzor
; IN: al = char, bl = color, cx = count
putchar:
 xor bh,bh
 mov ah,9
 int 10h
ret

; Napsat znak a posunout kurzor
; IN: al = char
wrchar:
 xor bh,bh
 mov ah,0Eh
 int 10h
ret

; Cist klavesu s cekanim
; OUT: al = ASCII code || 0, ah = scan code
inkey:
 mov ah,0
 int 16h
ret

; Napsat textovy retezec ukonceny binarni nulou
; IN: ds:si -> null_terminated_string
writez:
l_writez1:
 lodsb
 or al,al
 jz l_writez9
 xor bh,bh
 mov ah,0Eh
 int 10h
 jmp l_writez1
l_writez9:
ret

msg1: db "Ahoj svete!", 13,10, 0

START:
push cs
pop ds
mov si,msg1
call writez

END:
mov ax,4C00h
int 21h

Překladače JSA

Existuje velké množství překladačů JSA, pro x86 například:

• Flat Assembler (FASM) – open source assembler pro procesory x86, sebekompilující
• Netwide Assembler (NASM) – open source assembler pro procesory x86, sám napsaný v jazyku C
• GNU Assembler (gas) – součást projektu GNU; je multiplatformní, používá se především pro kód vložený v programech v jazyce C
• Microsoft Macro Assembler (MASM) – překladač od firmy Microsoft
• Turbo Assembler (TASM) – překladač firmy Borland

pro jiné architektury:

• AX166 – překladač firmy Amit pro procesory vycházející z 80C166

Externí odkazy

• Obrázky, zvuky či videa k tématu jazyk symbolických adres ve Wikimedia Commons
• Bity do bytu - krásná učebnice assembleru procesoru Z80 od spisovatele, novináře, popularizátora počítačů Ladislava Zajíčka
• Učebnice assembleru x86
• Naučte se assembler 8080, Z80, 6502 - učebnice assembleru osmibitových procesorů