Lenguaje ensamblador

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El lenguaje ensamblador es un tipo de lenguaje de bajo nivel utilizado para escribir programas de computadora, y constituye la representación más directa del código máquina específico para cada arquitectura de computadoras legible por un programador.

Fue usado ampliamente en el pasado para el desarrollo de software, pero actualmente sólo se utiliza en contadas ocasiones, especialmente cuando se requiere la manipulación directa del hardware o se pretenden rendimientos inusuales de los equipos.

[editar] Ensambladores

Un ensamblador crea código objeto traduciendo instrucciones mnemónicas a códigos operativos, y resolviendo los nombres simbólicos para posiciones de memoria y otras entidades. El uso de referencias simbólicas es una característica básica de los ensambladores, evitando tediosos cálculos y direccionamiento manual luego de cada modificación del programa. La mayoría de los ensambladores también incluyen facilidades para crear macros , a fin de generar series de instrucciones cortas que se ejecutan en tiempo real, en lugar de utilizar subrutinas^[1].

Los ensambladores son por lo general más fáciles de programar que los compiladores de lenguajes de alto nivel, y han estado disponibles desde la década de 1950. Los ensambladores modernos, especialmente para arquitecturas basadas en RISC, como por ejemplo MIPS, SPARC y PA-RISC optimizan las instrucciones para explotar al máximo la eficiencia de segmentación^[2] del CPU.

Los ensambladores de alto nivel proveen posibilidades de abstracción que incluyen:

• Control avanzado de estructuras
• Procedimientos de alto nivel, declaración de funciones.
• Tipos de datos que incluyen estructuras, registros, uniones, clases y conjuntos.
• Sofisticado procesamiento de macros.

[editar] Lenguaje

Un programa escrito en lenguaje ensamblador consiste en una serie de instrucciones que corresponden al flujo de órdenes ejecutables que pueden ser cargadas en la memoria de una computadora. Por ejemplo, un procesador x86 puede ejecutar la siguiente instrucción binaria como se expresa en código maquina:

• Binario: 10110000 01100001 (Hexadecimal: 0xb061)

La representación equivalente en ensamblador es más fácil de recordar:

• mov al, 061h

Esta instrucción significa:

• Mueva el valor hexadecimal 61 (97 decimal) al registro "al".

El mnemónico "mov" es un código de operación u "opcode" , elegido por los diseñadores de la colección de instrucciones para abreviar "move" (mover).- El opcode es seguido por una lista de argumentos o parámetros, completando una instrucción de ensamblador típica.

La transformación del lenguaje ensamblador en código máquina la realiza un programa ensamblador, y la traducción inversa la puede efectuar un desensamblador. A diferencia de los lenguajes de alto mivel, aquí hay usualmente una correspondencia 1 a 1 entre las sencillas instrucciones en ensamblador y el lenguaje máquina. Sin embargo, en algunos casos, un ensamblador puede proveer "pseudo instrucciones" que se expanden en un código de máquina más largo a fin de proveer la necesaria funcionalidad. Por ejemplo, para un código máquina condicional como "si X mayor o igual que" , un ensamblador puede utilizar una pseudo instrucción al grupo "haga si menor que" , y "si = 0" sobre el resultado de la condición anterior. Los ensambladores más completos también proveen un rico lenguaje de macros que se utiliza para generar código más complejo y secuencias de datos.

Cada arquitectura de computadoras tiene su propio lenguaje de máquina, y en consecuencia su propio lenguaje ensamblador.Las computadoras difieren en el tipo y número de operaciones que soportan; también pueden tener diferente cantidad de registros, y distinta representación de los tipos de datos en memoria. Aunque la mayoría de las computadoras son capaces de cumplir esencialmente las mismas funciones, la forma en que lo hacen difiere, y los respectivos lenguajes ensambladores reflejan tal diferencia.

Pueden existir múltiples conjuntos de mnemónicos o sintaxis de ensamblador para un mismo conjunto de instrucciones, instanciados típicamente en diferentes programas ensamblador. En estos casos, la alternativa más popular es la provista por los fabricantes, y usada en los manuales del programa.

[editar] Código máquina

El lenguaje de máquina está formado por instrucciones discretas, que -dependiendo de la arquitectura del procesador- pueden especificar:

• Registros específicos para operaciones aritméticas, direccionamiento o control de funciones.
• Posiciones de memoria específicas (offset).
• Modos de direccionamiento usados para interpretar a los operandos.

Las operaciones más complejas se realizan combinando estas simples instrucciones, que pueden ser ejecutadas secuencialmente o mediante instrucciones de control de flujo.

Las operaciones disponibles en la mayoría de los conjuntos de instrucciones incluye:

• mover
  • llenar un registro con un valor constante
  • mover datos de una posición de memoria a un registro o viceversa
  • escribir y leer datos de dispositivos
• computar
  • sumar, restar, multiplicar o dividir los valores de dos registros, colocando el resultado en uno de ellos on en otro registro
  • realizar operaciones binarias, incluyendo operaciones lógicas (AND/OR/XOR/NOT)
  • comparar valores entre registros (mayor, menor, igual)
• afectar el flujo del programa
  • saltar a otra posición en el programa y ejecutar instrucciones allí
  • saltar si se cumplen ciertas condiciones (IF)
  • saltar a otra posición, pero guardar el punto de salida para retornar (CALL, llamada a subrutinas)

Algunas computadoras incluyen instrucciones complejas dentro de sus capacidades. Una sola instrucción compleja hace lo mismo que en otras computadoras puede requerir una larga serie de instrucciones, por ejemplo:

• salvar varios registros en la pila de una sola vez
• mover grandes bloques de memoria
• operaciones arítmeticas complejas o de punto flotante (seno, coseno, raíz cuadrada )

El nivel de lenguaje ensamblador tiene aspectos importantes de los niveles de microarquitectura, en los cuales se encuentra (ISA y sistema operativo) estos dos se utilizan para la traducción en lugar de la interpretación. Algunas características del lenguaje se describen a continuación Los programas que sirven para traducir algún programa para el usuario se llama traductores, el lenguaje en que esta escrito el programa original se llama lenguaje fuente, el lenguaje original que sea modificado se llama lenguaje objeto.

Se usa la traducción cuando se cuenta con un procesador (ya sea hardware o un interprete) para el lenguaje objeto pero no para el lenguaje fuente, Si la traducción se realiza correctamente, la ejecución del programa traducido dará exactamente los mismos resultados que habría dado la ejecución del programa fuente. Hay dos diferencias entre traducción e interpretación, en la traducción no se ejecuta directamente el programa original, en el lenguaje fuente se convierte en un programa equivalente llamado programa objeto o programa binario ejecutable y este funciona solo cuando se ha acabado la traducción.

El código máquina, un simple patrón de bits, es hecho legible reemplazando valores crudos por símbolos denominados mnemónicos. Se inventó para facilitar la tarea de los primeros programadores que hasta ese momento tenían que escribir directamente en código binario. antes aún era peor, ya que el código de ceros y unos (el programa) debía introducirse en una tarjeta perforada. La posición ocupada por cada punto equivalía a un "1" o a un "0" según hubiera un hueco o no. Lo cual suponía una forma casi idéntica en la que hoy se escriben los datos binaros en soportes tales como los CDs y DVDs.

Mientras que una computadora reconoce la instrucción de máquina IA-32

 10110000 01100001

para los programadores de microprocesadores x86 es mucho más fácil reconocer dicha instrucción empleando lenguaje ensamblador:

 mov  al, 0x61

(que significa mover el valor hexadecimal 61 (97 decimal) al registro 'al'.)

Cada instrucción de la máquina se transforma en una única instrucción en código simbólico.

Pero además, para mejorar la legibilidad del programa, el código simbólico introduce instrucciones adicionales, que no corresponden a ninguna instrucción de la máquina y que proporcionan información. Se llaman "seudoinstrucciones".

El código simbólico puede parecer de difícil acceso, pero es más fácil de recordar e interpretar que el binario o el hexadecimal.

Los lenguajes simbólicos no resuelven definitivamente el problema de cómo programar un ordenador de la manera más sencilla posible. Para utilizarlos, hay que conocer a fondo el microprocesador, los registros de trabajo de que dispone, la estructura de la memoria, y muchas cosas más.

Además, el lenguaje ensamblador está demasiado ligado al microprocesador para que sea posible escribir programas independientes de la máquina en que van a ejecutarse.

Este código simbólico no puede ser ejecutado directamente por un ordenador, por lo que es preciso traducirlo previamente. Pero la traducción es un proceso mecánico y repetitivo, que se presta a su realización por un programa de ordenador.

Los programas que traducen código simbólico al lenguaje de máquina se llaman ensambladores ("assembler", en inglés), porque son capaces de ensamblar el programa traducido a partir de varias piezas, procedimientos o subrutinas a código binario ("1" y "0") que entiende el procesador.

[editar] Ejemplos de lenguaje ensamblador

[editar] Ejemplo 1

El siguiente es un ejemplo del programa clásico Hola mundo escrito para la arquitectura de procesador x86 (bajo el sistema operativo DOS ).

.model small
.stack
.data
Cadena1 DB 'Hola Mundo.$'
.code

programa:
   mov ax, @data
   mov ds, ax
   mov dx, offset Cadena1
   mov ah, 9
   int 21h
end programa

[editar] Ejemplo 2

Una selección de instrucciones para una computadora virtual^[3]) con las correspondientes direcciones de memoria en las que se ubicarán las instrucciones. Estas direcciones no son estáticas. Cada instrucción se acompaña del código ensamblador generado (código objeto) que coincide con la arquitectura de computador virtual, o conjunto de instrucciones ISA.

[editar] Referencias

[editar] Bibliografía

[editar] Enlaces externos

• The Art of Assembly Language Programming, [2] by Randall Hyde
• Computer-Books.us, Online Assembly Language Books
• PC Assembly Language by Dr Paul Carter; *PC Assembly Tutorial using NASM and GCC by Paul Carter
• Programming from the Ground Up by Jonathan Bartlett
• The x86 ASM Book by the ASM Community
• Dominic Sweetman: See MIPS Run. Morgan Kaufmann Publishers. ISBN 1-55860-410-3
• Robert Britton: MIPS Assembly Language Programming. Prentice Hall. ISBN 0-13-142044-5
• John Waldron: Introduction to RISC Assembly Language Programming. Addison Wesley. ISBN 0-201-39828-1