面向机器的编程语言 : 汇编语言:如果自己要发明一种编程语言,那么需要做些什么事情呢?

面向机器的编程语言 : 汇编语言:如果自己要发明一种编程语言,那么需要做些什么事情呢?

先要完成对于一门编程语言的各个要素：比如定义你自己的语法、数据类型、语言结构等等，其次你要写一个支持这些语法的解释器或编译器。 就我的理解，当你编写完成一个编译器或解释器，基本上你的代码就可以用了。

汇编语言是从机器语言转换过来的.最早的计算机系统没有可用的高级语言,是直接用0101这样的二进制编码来编程的,这样对绝大多数用户就很不方便,因为这要求对计算机系统的软件和硬件资源要非常了解才可以.记忆量也很大.到后来,大家就用一些符号来代替一些二进制代码,方便识别,比如原来代码1011意思是加法,现在就不写1011了,写成ADD,用ADD这个大家都容易识别的符号来编程,可以提升一些效率.但计算机的执行仍然只识别二进制代码,所以需要把汇编语言写的代码再转换成机器语言.

汇编语言是一种低级语言,好处是可以直接控制计算机的软硬件资源.坏处就是对编程人员的要求非常高.计算机执行的时候,用汇编语言编写的代码的执行效率是最高的.和机器语言代码的效率一样高.

1.面向机器的程序设计语言

汇编语言（Assembly Language）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，如此就增强了程序的可读性和编写难度，象这样符号化的程序设计语言就是汇编语言，因此亦称为符号语言。使用汇编语言编写的程序，机器不能直接识别，还要由汇编程序或者叫汇编语言编译器转换成机器指令。汇编程序将符号化的操作代码组装成处理器可以识别的机器指令，这个组装的过程称为组合或者汇编。因此，有时候人们也把汇编语言称为组合语言。

汇编语言是直接面向处理器（Processor）的程序设计语言。处理器是在指令的控制下工作的，处理器可以识别的每一条指令称为机器指令。每一种处理器都有自己可以识别的一整套指令，称为指令集。处理器执行指令时，根据不同的指令采取不同的动作，完成不同的功能，既可以改变自己内部的工作状态，也能控制其它外围电路的工作状态。

如图所示，在电路中，每条机器指令都表现为一组电信号，通过一排导线进入处理器。这些电信号有的呈高电平，有的呈低电平，哪些为高，哪些为低，取决于不同的机器指令。如果把高电平记为“1”，低电平记为“0”，那么，不同的机器指令将表现为不同的二进制序列，由于它们的无规律性，这就使得机器指令机器指令难以理解、书写和记忆。

人类最容易接受自己每天都使用的自然语言。为了使机器指令的书写和理解变得容易，需要借鉴自然语言的优点，为此就引入了汇编语言。汇编语言使用符号来代表不同的机器指令，而这些符号非常接近于自然语言的要素。基本上，汇编语言里的每一条指令，都对应着处理器的一条机器指令。

汇编语言包括两个部分：语法部分和编译器。语法部分提供与机器指令相对应的助记符，方便指令的书写和阅读。当然，汇编语言的符号可以被人类接受，但不能被处理器识别，为此，还要由汇编语言编译器将这些助记符转换成机器指令。

根据应用领域的不同，处理器的种类繁多，比如用于工业控制和嵌入式计算的Z80、MC68000和MCS-51、广泛应用于个人计算机的INTELx86系列，以及基于ARM体系结构的处理器，包括苹果公司在内的大企业都是ARM的客户。事实上，今天的ARM是最受欢迎的32位嵌入式处理器，而且，今天的ARM处理器比INTEL奔腾系列卖得还多，基本上是3：1的比例。

不同的处理器有不同的指令集。正是因为这个原因，每一种处理器都会有自己专属的汇编语言语法规则和编译器。即使是同一种类型的处理器，也可能拥有不同的汇编语言编译器。一个明显的例子是INTEL x86系列的处理器，围绕它就开发出好多种编译器来，如MASM、NASM、FASM、TASM和AT&T等。而且，这每一种编译器，都使用不同的语法。

优缺点

优点

1、因为用汇编语言设计的程序最终被转换成机器指令，故能够保持机器语言的一致性，直接、简捷，并能象机器指令一样访问、控制计算机的各种硬件设备，如磁盘、存储器、CPU、I/O端口等。使用汇编语言，可以访问所有能够被访问的软、硬件资源。

2、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，经常与高级语言配合使用，以改善程序的执行速度和效率，弥补高级语言在硬件控制方面的不足，应用十分广泛。

缺点

1、汇编语言是面向机器的，处于整个计算机语言层次结构的底层，故被视为一种低级语言，通常是为特定的计算机或系列计算机专门设计的。因此，不同的处理器有不同的汇编语言语法和编译器，编译的程序无法在不同的处理器上执行，缺乏可移植性；

2、难于从汇编语言代码上理解程序设计意图，可维护性差，即使是完成简单的工作也需要大量的汇编语言代码，很容易产生bug，难于调试；

3、使用汇编语言必须对某种处理器非常了解，而且只能针对特定的体系结构和处理器进行优化，开发效率很低，周期长且单调。

应用

历史上，汇编语言曾经是非常流行的程序设计语言之一。随着软件规模的增长，以及随之而来的对软件开发进度和效率的要求，高级语言逐渐取代了汇编语言。但即便如此，高级语言也不可能完全替代汇编语言的作用。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。由于这部分代码与硬件的关系非常密切，即使是C语言也会显得力不从心，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。

首先，汇编语言的大部分语句直接对应着机器指令，执行速度快，效率高，代码体积小，在那些存储器容量有限，但需要快速和实时响应的场合比较有用，比如仪器仪表和工业控制设备中。

其次，在系统程序的核心部分，以及与系统硬件频繁打交道的部分，可以使用汇编语言。比如操作系统的核心程序段、I/O接口电路的初始化程序、外部设备的低层驱动程序，以及频繁调用的子程序、动态连接库、某些高级绘图程序、视频游戏程序等等。

再次，汇编语言可以用于软件的加密和解密、计算机病毒的分析和防治，以及程序的调试和错误分析等各个方面。

最后，通过学习汇编语言，能够加深对计算机原理和操作系统等课程的理解。通过学习和使用汇编语言，能够感知、体会和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。

特点

1．机器相关性。

这是一种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。因为是机器指令的符号化表示，故不同的机器就有不同的汇编语言。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。

2．高速度和高效率。

汇编语言保持了机器语言的优点，具有直接和简捷的特点，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，且占用内存少，执行速度快，是高效的程序设计语言。

3．编写和调试的复杂性。

由于是直接控制硬件，且简单的任务也需要很多汇编语言语句，因此在进行程序设计时必须面面俱到，需要考虑到一切可能的问题，合理调配和使用各种软、硬件资源。这样，就不可避免地加重了程序员的负担。与此相同，在程序调试时，一旦程序的运行出了问题，就很难发现。

x86处理器指令集

数据传送指令

这部分指令包括通用数据传送指令MOV、条件传送指令CMOVcc、堆栈操作指令PUSH/PUSHA/PUSHAD/POP/POPA/POPAD、交换指令XCHG/XLAT/BSWAP、地址或段描述符选择子传送指令LEA/LDS/LES/LFS/LGS/LSS等。注意，CMOVcc不是一条具体的指令，而是一个指令簇，包括大量的指令，用于根据EFLAGS寄存器的某些位状态来决定是否执行指定的传送操作。

整数和逻辑运算指令

这部分指令用于执行算术和逻辑运算，包括加法指令ADD/ADC、减法指令SUB/SBB、加一指令INC、减一指令DEC、比较操作指令CMP、乘法指令MUL/IMUL、除法指令DIV/IDIV、符号扩展指令CBW/CWDE/CDQE、十进制调整指令DAA/DAS/AAA/AAS、逻辑运算指令NOT/AND/OR/XOR/TEST等。

移位指令

这部分指令用于将寄存器或内存操作数移动指定的次数。包括逻辑左移指令SHL、逻辑右移指令SHR、算术左移指令SAL、算术右移指令SAR、循环左移指令ROL、循环右移指令ROR等。

位操作指令

这部分指令包括位测试指令BT、位测试并置位指令BTS、位测试并复位指令BTR、位测试并取反指令BTC、位向前扫描指令BSF、位向后扫描指令BSR等。

条件设置指令

这不是一条具体的指令，而是一个指令簇，包括大约30条指令，用于根据EFLAGS寄存器的某些位状态来设置一个8位的寄存器或者内存操作数。比如SETE/SETNE/SETGE等等。

控制转移指令

这部分包括无条件转移指令JMP、条件转移指令Jcc/JCXZ、循环指令LOOP/LOOPE/LOOPNE、过程调用指令CALL、子过程返回指令RET、中断指令INTn、INT3、INTO、IRET等。注意，Jcc是一个指令簇，包含了很多指令，用于根据EFLAGS寄存器的某些位状态来决定是否转移；INT n是软中断指令，n可以是0到255之间的数，用于指示中断向量号。

串操作指令

这部分指令用于对数据串进行操作，包括串传送指令MOVS、串比较指令CMPS、串扫描指令SCANS、串加载指令LODS、串保存指令STOS，这些指令可以有选择地使用REP/REPE/REPZ/REPNE和REPNZ的前缀以连续操作。

输入输出指令

这部分指令用于同外围设备交换数据。包括端口输入指令IN/INS、端口输出指令OUT/OUTS。

高级语言辅助指令

这部分指令为高级语言的编译器提供方便。包括创建栈帧的指令ENTER和释放栈帧的指令LEAVE。

控制和特权指令

这部分包括无操作指令NOP、停机指令HLT、等待指令WAIT/MWAIT、换码指令ESC、总线封锁指令LOCK、内存范围检查指令BOUND、全局描述符表操作指令LGDT/SGDT、中断描述符表操作指令LIDT/SIDT、局部描述符表操作指令LLDT/SLDT、描述符段界限值加载指令LSR、描述符访问权读取指令LAR、任务寄存器操作指令LTR/STR、请求特权级调整指令ARPL、任务切换标志清零指令CLTS、控制寄存器和调试寄存器数据传送指令MOV、高速缓存控制指令INVD/WBINVD/INVLPG、型号相关寄存器读取和写入指令RDMSR/WRMSR、处理器信息获取指令CPUID、时间戳读取指令RDTSC等。

浮点和多媒体指令

这部分指令用于加速浮点数据的运算，以及用于加速多媒体数据处理的单指令多数据(SIMD及其扩展SSEx)指令。这部分指令数据非常庞大，无法一一列举，请自行参考INTEL手册。

虚拟机扩展指令

这部分指令包括INVEPT/INVVPID/VMCALL/VMCLEAR/VMLAUNCH/VMRESUME/VMPTRLD/VMPTRST/VMREAD/VMWRITE/VMXOFF/VMON等。

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。

---