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汇编语言

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经验文章 概述

汇编语言(assembly language)是一种用于电子计算机、微处理器、微控制器或其他可编程器件的低级语言,亦称为符号语言。在汇编语言中,用助记符(Mnemonics)代替机器指令的操作码,用地址符号(Symbol)或标号(Label)代替指令或操作数的地址。在不同的设备中,汇编语言对应着不同的机器语言指令集,通过汇编过程转换成机器指令。普遍地说,特定的汇编语言和特定的机器语言指令集是一一对应的不同平台之间不可直接移植。

许多汇编程序为程序开发、汇编控制、辅助调试提供了额外的支持机制。有的汇编语言编程工具经常会提供宏,它们也被称为宏汇编器。

汇编语言不像其他大多数的程序设计语言一样被广泛用于程序设计。在今天的实际应用中,它通常被应用在底层,硬件操作和高要求的程序优化的场合。驱动程序、嵌入式操作系统和实时运行程序都需要汇编语言。

基本信息

中文名称

汇编语言

外文名称

Assembly Language

编译方式

汇编

学    科

软件工程

产生年代

20世纪50年代

基本简介

汇编语言(AssemblyLanguage)是面向机器的程序设计语言。在汇编语言中,用助记符(Memoni)代替操作码,用地址符号(Symbol)或标号(Label)代替地址码。这样用符号代替机器语言的二进制码,就把机器语言变成了汇编语言。于是汇编语言亦称为符号语言。

使用汇编语言编写的程序,机器不能直接识别,要由一种程序将汇编语言翻译成机器语言,这种起翻译作用的程序叫汇编程序,汇编程序是系统软件中语言处理系统软件。汇编程序把汇编语言翻译成机器语言的过程称为汇编。

主要特点

1.面向机器的低级语言,通常是为特定的计算机或系列计算机专门设计的。

2.保持了机器语言的优点,具有直接和简捷的特点。

3.可有效地访问、控制计算机的各种硬件设备,如磁盘、存储器、CPU、I/O端口等。

4.目标代码简短,占用内存少,执行速度快,是高效的程序设计语言。

5.经常与高级语言配合使用,应用十分广泛。

简捷性 

汇编语言由于采用了助记符号来编写程序,比用机器语言的二进制代码编程要方便些,在一定程度上简化了编程过程。汇编语言的特点是用符号代替了机器指令代码,而且助记符与指令代码一一对应,基本保留了机器语言的灵活性。使用汇编语言能面向机器并较好地发挥机器的特性,得到质量较高的程序。[1]

执行过程

用汇编语言编制的程序输入计算机,计算机不能象用机器语言编写的程序一样直接识别和执行,必须通过预先放入计算机的"汇编程序"中进行加工和翻译,才能变成能够被计算机直接识别和处理的二进制代码程序。用汇编语言等非机器语言书写好的符号程序称为源程序,运行时汇编程序要将源程序翻译成目标程序。目标程序是机器语言程序,当它被安置在内存的预定位置上,就能被计算机的CPU处理和执行。[1]

独特性

汇编语言是面向具体机型的,它离不开具体计算机的指令系统,因此,对于不同型号的计算机,有着不同的结构的汇编语言,而且,对于同一问题所编制的汇编语言程序在不同种类的计算机间是互不相通的。

优点

1.面向机器的低级语言,通常是为特定的计算机或系列计算机

专门设计的。

2.保持了机器语言的优点,具有直接和简捷的特点。

3.可有效地访问、控制计算机的各种硬件设备,如磁盘、存储器、CPU、I/O端口等。

4.目标代码简短,占用内存少,执行速度快,是高效的程序设计语言。

5.经常与高级语言配合使用,应用十分广泛。[2]

缺点

同时还应该认识到,汇编语言是一种层次非常低的语言,它仅仅高于直接手工编写二进制的机器指令码,因此不可避免地存在一些缺点:

(1)编写的代码非常难懂,不好维护;

(2)很容易产生bug,难于调试;

(3)只能针对特定的体系结构和处理器进行优化;

(4)开发效率很低,时间长且单调。[3]

基本术语

数据传输指令

它们在存贮器和寄存器、寄存器和输入输出端口之间传送数据。

1. 通用数据传送指令

MOV 传送字或字节.

MOVSX 先符号扩展,再传送.

MOVZX 先零扩展,再传送.

PUSH 把字压入堆栈.

POP 把字弹出堆栈.

PUSHA 把AX,CX,DX,BX,SP,BP,SI,DI依次压入堆栈.

POPA 把DI,SI,BP,SP,BX,DX,CX,AX依次弹出堆栈.

PUSHAD 把EAX,ECX,EDX,EBX,ESP,EBP,ESI,EDI依次压入堆栈.

POPAD 把EDI,ESI,EBP,ESP,EBX,EDX,ECX,EAX依次弹出堆栈.

BSWAP 交换32位寄存器里字节的顺序

XCHG 交换字或字节.( 至少有一个操作数为寄存器,段寄存器不可作为操作数)

CMPXCHG 比较并交换操作数.( 第二个操作数必须为累加器AL/AX/EAX )

XADD 先交换再累加.( 结果在第一个操作数里 )

XLAT 字节查表转换.

── BX 指向一张 256 字节的表的起点, AL 为表的索引值 (0-255,即0-FFH); 返回 AL 为查表结果. ( [BX+AL]->AL )

2. 输入输出端口传送指令.

IN I/O端口输入. ( 语法: IN 累加器, {端口号│DX} )

OUT I/O端口输出. ( 语法: OUT {端口号│DX},累加器 )

输入输出端口由立即方式指定时, 其范围是 0-255; 由寄存器 DX 指定时, 其范围是 0-65535.

3. 目的地址传送指令.

LEA 装入有效地址. 例: LEA DX,string ;把偏移地址存到DX.

LDS 传送目标指针,把指针内容装入DS. 例: LDS SI,string ;把段地址:偏移地址存到DS:SI.

LES 传送目标指针,把指针内容装入ES. 例: LES DI,string ;把段地址:偏移地址存到ES:DI.

LFS 传送目标指针,把指针内容装入FS. 例: LFS DI,string ;把段地址:偏移地址存到FS:DI.

LGS 传送目标指针,把指针内容装入GS. 例: LGS DI,string ;把段地址:偏移地址存到GS:DI.

LSS 传送目标指针,把指针内容装入SS. 例: LSS DI,string ;把段地址:偏移地址存到SS:DI.

4. 标志传送指令.

LAHF 标志寄存器传送,把标志装入AH.

SAHF 标志寄存器传送,把AH内容装入标志寄存器.

PUSHF 标志入栈.

POPF 标志出栈.

PUSHD 32位标志入栈.

POPD 32位标志出栈.

算术运算指令

ADD 加法.

ADC 带进位加法.

INC 加 1.

AAA 加法的ASCII码调整.

DAA 加法的十进制调整.

SUB 减法.

SBB 带借位减法.

DEC 减 1.

NEC 求反(以 0 减之).

CMP 比较.(两操作数作减法,仅修改标志位,不回送结果).

AAS 减法的ASCII码调整.

DAS 减法的十进制调整.

MUL 无符号乘法.

IMUL 整数乘法.

以上两条,结果回送AH和AL(字节运算),或DX和AX(字运算),

AAM 乘法的ASCII码调整.

DIV 无符号除法.

IDIV 整数除法.

以上两条,结果回送:

商回送AL,余数回送AH, (字节运算);

或 商回送AX,余数回送DX, (字运算).

AAD 除法的ASCII码调整.

CBW 字节转换为字. (把AL中字节的符号扩展到AH中去)

CWD 字转换为双字. (把AX中的字的符号扩展到DX中去)

CWDE 字转换为双字. (把AX中的字符号扩展到EAX中去)

CDQ 双字扩展. (把EAX中的字的符号扩展到EDX中去)

逻辑运算指令

AND 与运算.

or 或运算.

XOR 异或运算.

NOT 取反.

TEST 测试.(两操作数作与运算,仅修改标志位,不回送结果).

SHL 逻辑左移.

SAL 算术左移.(=SHL)

SHR 逻辑右移.

SAR 算术右移.(=SHR)

ROL 循环左移.

ROR 循环右移.

RCL 通过进位的循环左移.

RCR 通过进位的循环右移.

以上八种移位指令,其移位次数可达255次.

移位一次时, 可直接用操作码. 如 SHL AX,1.

移位>1次时, 则由寄存器CL给出移位次数.

如 MOV CL,04

SHL AX,CL

串指令

DS:SI 源串段寄存器 :源串变址.

ES:DI 目标串段寄存器:目标串变址.

CX 重复次数计数器.

AL/AX 扫描值.

D标志 0表示重复操作中SI和DI应自动增量; 1表示应自动减量.

Z标志 用来控制扫描或比较操作的结束.

MOVS 串传送.

( MOVSB 传送字符. MOVSW 传送字. MOVSD 传送双字. )

CMPS 串比较.

( CMPSB 比较字符. CMPSW 比较字. )

SCAS 串扫描.

把AL或AX的内容与目标串作比较,比较结果反映在标志位.

LODS 装入串.

把源串中的元素(字或字节)逐一装入AL或AX中.

( LODSB 传送字符. LODSW 传送字. LODSD 传送双字. )

STOS 保存串.

是LODS的逆过程.

REP 当CX/ECX<>0时重复.

REPE/REPZ 当ZF=1或比较结果相等,且CX/ECX<>0时重复.

REPNE/REPNZ 当ZF=0或比较结果不相等,且CX/ECX<>0时重复.

REPC 当CF=1且CX/ECX<>0时重复.

REPNC 当CF=0且CX/ECX<>0时重复.

程序转移指令

1>无条件转移指令 (长转移)

JMP 无条件转移指令

CALL 过程调用

RET/RETF过程返回.

2>条件转移指令 (短转移,-128到+127的距离内)

( 当且仅当(SF XOR OF)=1时,OP1<OP2 )

JA/JNBE 不小于或不等于时转移.

JAE/JNB 大于或等于转移.

JB/JNAE 小于转移.

JBE/JNA 小于或等于转移.

以上四条,测试无符号整数运算的结果(标志C和Z).

JG/JNLE 大于转移.

JGE/JNL 大于或等于转移.

JL/JNGE 小于转移.

JLE/JNG 小于或等于转移.

以上四条,测试带符号整数运算的结果(标志S,O和Z).

JE/JZ 等于转移.

JNE/JNZ 不等于时转移.

JC 有进位时转移.

JNC 无进位时转移.

JNO 不溢出时转移.

JNP/JPO 奇偶性为奇数时转移.

JNS 符号位为 "0" 时转移.

JO 溢出转移.

JP/JPE 奇偶性为偶数时转移.

JS 符号位为 "1" 时转移.

3>循环控制指令(短转移)

LOOP CX不为零时循环.

LOOPE/LOOPZ CX不为零且标志Z=1时循环.

LOOPNE/LOOPNZ CX不为零且标志Z=0时循环.

JCXZ CX为零时转移.

JECXZ ECX为零时转移.

4>中断指令

INT 中断指令

INTO 溢出中断

IRET 中断返回

5>处理器控制指令

HLT 处理器暂停, 直到出现中断或复位信号才继续.

WAIT 当芯片引线TEST为高电平时使CPU进入等待状态.

ESC 转换到外处理器.

LOCK 封锁总线.

NOP 空操作.

STC 置进位标志位.

CLC 清进位标志位.

CMC 进位标志取反.

STD 置方向标志位.

CLD 清方向标志位.

STI 置中断允许位.

CLI 清中断允许位.

伪指令

DW 定义字(2字节).

PROC 定义过程.

ENDP 过程结束.

SEGMENT 定义段.

ASSUME 建立段寄存器寻址.

ENDS 段结束.

END 程序结束.

七、处理机控制指令:

标志处理指令 CLC(进位位置0指令)

CMC(进位位求反指令)

STC(进位位置为1指令)

CLD(方向标志置0指令)

STD(方向标志位置1指令)

CLI(中断标志置0指令)

STI(中断标志置1指令)

NOP(无操作)

HLT(停机)

WAIT(等待)

ESC(换码)

LOCK(封锁)[4]

相关应用

汇编语言作为最基本的编程语言之一,汇编语言虽然应用的范围不算很广,但重要性却勿庸置疑,因为它能够完成许多其它语言所无法完成的功能。就拿Linux内核来讲,虽然绝大部分代码是用C语言编写的,但仍然不可避免地在某些关键地方使用了汇编代码,其中主要是在Linux的启动部分。由于这部分代码与硬件的关系非常密切,即使是C语言也会有些力不从心,而汇编语言则能够很好扬长避短,最大限度地发挥硬件的性能。

1.70%以上的系统软件是用汇编语言编写的。

2.某些快速处理、位处理、访问硬件设备等高效程序是用汇编语言编写的。

3.某些高级绘图程序、视频游戏程序是用汇编语言编写的。[2]

汇编语言是理解整个计算机系统的最佳起点和最有效途径,人们经常认为汇编语言的应用范围很小,而忽视它的重要性。其实汇编语言对每一个希望学习计算机科学与技术的人来说都是非常重要的,是不能不学习的语言。所有可编程计算机都向人们提供机器指令,通过机器指令人们能够使用机器的逻辑功能。所有程序,不论用何种语言编制,都必须转成机器指令,运用机器的逻辑功能,其功能才能得以实现。机器的逻辑功能,软件系统功能构筑其上,硬件系统功能运行于下。汇编语言直接描述机器指令,比机器指令容易记忆和理解。通过学习和使用汇编语言,能够感知、体会、理解机器的逻辑功能,向上为理解各种软件系统的原理,打下技术理论基础;向下为掌握硬件系统的原理,打下实践应用基础。学习汇编语言,向上可以理解软件,向下能够感知硬件,是我们理解整个计算机系统的最佳起点。[3]

发展前景

汇编语言是机器语言的助记符,相对于比枯燥的机器代码易于读写、易于调试和修改,同时优秀的汇编语言设计者经过巧妙的设计,使得汇编语言汇编后的代码比高级语言执行速度更快,占内存空间少等优点,但汇编语言的运行速度和空间占用是针对高级语言并且需要巧妙设计,而且目前部分高级语言在编译后代码执行效率同样很高,目前此优点慢慢弱化。而且在编写复杂程序时具有明显的局限性,汇编语言依赖于具体的机型,不能通用,也不能在不同机型之间移植。常说汇编语言是低级语言,并不是说汇编语言要被弃之,相反,汇编语言仍然是计算机(或微机)底层设计程序员必须了解的语言,在某些行业与领域,汇编是必不可少的,非它不可适用。只是,现在计算机最大的领域为IT软件,也是我们常说的计算机应用软件编程,在熟练的程序员手里,使用汇编语言编写的程序,运行效率与性能比其它语言写的程序相对提高,但是代价是需要更长的时间来优化,如果对计算机原理及编程基础不扎实,反而增加其开发难度,实在是得不偿失,对比现在的软件开发,已经是市场化的软件行业,加上高级语言的优秀与跨平台,一个公司不可以让一个团队使用汇编语言来编写所有的东西,花上几倍甚至几十倍的时间,不如使用其它语言来完成,只要最终结果不比汇编语言编写的差太多,就能抢先一步完成,这是市场经济下的必然结果。[7-8]

但是,迄今为止,还没有程序员敢断定汇编语言是不需要学的,同时,汇编语言(Assembly Language)是面向机器的程序设计语言,设计精湛的汇编程序员,部分已经脱离软件开发,挤身于工业电子编程中。对于功能相对小巧但硬件对语言设计要求苛刻的行业,如4位单片机,由于其容量及运算,此行业的电子工程师一般负责从开发设计电路及软件控制,主要开发语言就是汇编,c语言使用只占极少部分,而电子开发工程师是千金难求,在一些工业公司,一个核心的电子工程师比其它任何职员待遇都高,对比起来,一般电子工程师待遇是程序员的十倍以上。这种情况是因为现在学习汇编的人虽然也不少,但是真正能学到精通的却不多,它相对于高级语言难学,难用,适用范围小,虽然简单,但是过于灵活,学习过高级语言的人去学习汇编比一开始学汇编的人难得多,但是学过汇编的人学习高级语言却很容易,简从繁易,繁从简难。对于一个全面了解微机原理的程序员,汇编语言是必修语言。    

其他资料

经典教材

《80X86汇编语言基础教程》,《汇编语言》,《新版汇编语言程序设计》,《汇编语言程序设计》。

编译环境

汇编的调试环境总的来说比较少,也很少有非常好的编译器。reallychenchi设计的轻松汇编是一款非常适合初学者的汇编编译器。轻松汇编是一个汇编语言集成开发环境,主要面向汇编语言初学者,也可以用它进行开发。除了普通的编辑功能以外,它还可以自动整理格式、高亮显示和编译、链接、调试汇编程序,非常方便实用。 轻松汇编的最大特点是可以格式整理,就像VC6.0一样,可以设置断点调试,省却了使用者的不少工作。它可以在Win98/2k/XP下运行,是一款很优秀的软件。

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