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【ASM】汇编语言

asm、汇编语言。

发表于 更新于
作者 苦不闲
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【ASM】汇编语言

汇编语言

编程语言分为：

  • 高级编程语言
    • C语言。
    • C++、Golang等。
  • 低级编程语言
    • 机器语言
    • 汇编语言

汇编语言（ASM，Assembly Language）是一种与计算机硬件紧密相关的低级编程语言，常用于编写操作系统、驱动程序等性能要求高的软件。

汇编语言，又称符号语言，这个“符号”是相对于机器语言（最底层的语言）而言的。

  1. 机器语言（二进制代码）：
    • 计算机CPU能直接理解和执行的唯一语言。
    • 它完全由二进制数字 0 和 1 组成的序列构成，这种表示指令的二进制序列被称为机器码。
    • 例如，让计算机执行“加法”操作的某条指令，在机器语言中可能看起来像 10000011 11000110（此处仅为示意）。这对人类来说极其晦涩难懂。
  2. 汇编语言（符号语言）：
    • 为了克服机器语言的难以记忆和编写的缺点，人们发明了汇编语言。
    • 它用人类更容易理解和记忆的符号（助记符） 来替代那些由 0 和 1 组成的二进制指令。
    • “符号”主要体现在两个方面：
      • 指令助记符：用简短的英文单词缩写来表示指令。
        • 例如，用 MOV（Move的缩写） 表示“数据传送”，用 ADD 表示“加法”，用 JMP（Jump的缩写） 表示“跳转”。
        • 在x86架构中，上面那条机器码 10000011 11000110 对应的汇编指令可能就是 ADD SI, 02（这只是一个示例，具体格式因处理器架构而异），意思是把2加到SI寄存器上。这显然易懂得多。
        • 注意：不同指令集架构下，相同助记符可能对应不同的机器码。
      • 符号地址：用有意义的标签（Label）来代表内存地址。
        • 在程序中跳转到某个地址时，不需要计算和记住具体的二进制地址，只需要用一个标签，比如 loop_start: 或 error_handler:。汇编器在翻译时会自动计算出正确的地址。

符号语言 这个称呼深刻地揭示了汇编语言的本质：它是机器语言的一种人类可读的符号化表示。它是介于人类思维和机器硬件之间的一座桥梁，虽然比高级语言（如C++， Python）要低级和复杂，但比直接面对二进制的机器语言要友好得多。

尽管汇编语言相比机器语言更易读，但它仍然与特定处理器架构紧密绑定，可移植性差，且编写复杂程序时代码量较大。

运行汇编代码

汇编语言 与 机器语言 的核心关系与过程。

汇编语言 $\stackrel{依靠}{\xrightarrow{}}$ 汇编器 $\stackrel{翻译成}{\xrightarrow{\hspace{2em}}}$ 机器语言

  • 程序员：使用汇编语言（符号语言）编写源代码。
  • 汇编器：一个专门的翻译程序，它的任务就是读取asm(汇编)源代码中的那些“符号”，然后将它们一对一地翻译成对应的二进制机器码。
  • 计算机：最终执行由汇编器生成的机器码。

指令集、CPU架构、ASM、硬编码

指令集架构（Instruction Set Architecture，ISA），又称指令集或指令集体系，是计算机硬件与软件之间的接口规范。 ISA作为计算机系统中软硬件交互的核心界面， 定义了处理器可执行指令的集合、寄存器组织结构、内存访问方式以及中断处理机制等基础硬件特性。 其包含复杂指令集（CISC）与精简指令集（RISC）两大技术路径。

  • CISC：
    • 全称：复杂指令集计算机（Complex Instruction Set Computer）
    • 简称：复杂指令集（CISC）
    • 特点：指令格式复杂、长度可变。单条指令功能强大，常可融合内存访问与算术运算。
    • 常见的CISC架构 / 典型代表：x86、x86-64（即x64或amd64）等。
  • RISC：
    • 全称：精简指令集计算机（Reduced Instruction Set Computer）
    • 简称：精简指令集（RISC）
    • 特点：指令格式规整、长度固定（如32位）。指令功能简单，强调通过多条指令的组合完成复杂操作，易于流水线设计。
    • 常见的RISC架构 / 典型代表：ARM（AArch32、AArch64）、RISC-V、MIPS等。

CPU架构是ISA的具体实现。 它包含两个层次：

  1. ISA层：决定了CPU能“理解”哪些指令。 不同的CPU有不同的指令集架构，比如x86、x86-64、ARM、MIPS等。每种指令集都有自己独特的指令。 如x86架构的MOV、ADD、JMP等；ARM架构的MOV、ADD、B等。
  2. 微架构层：指在给定ISA下，如何设计硬件来高效地执行这些指令（如Intel的Haswell、AMD的Zen都是x86-64 ISA的不同微架构）。

汇编语言（ASM）是机器指令（机器码）的符号化表示。其核心助记符（如MOV）由ISA规范定义，由CPU厂商在指令集文档中定义。

汇编器的任务是将汇编源代码（包含助记符、操作数及汇编器特定语法）翻译成对应ISA（如x86、ARM等）的机器码。

硬编码（或称机器码、二进制码、二进制指令）是指令对应的机器语言二进制码，是CPU能够直接解码和执行的二进制指令编码。它没有任何中间抽象层，是计算机硬件执行的最底层代码。 这些二进制指令是CPU硬件直接执行的底层代码。例如：

  • MOV RAX, 0x123 指令（在x86-64 ISA中）对应的机器码可能为 48 B8 23 01 00 00 00 00 00 00，
  • MOV X0, #5 指令（在ARM AArch64 ISA中）对应的机器码可能为 D2 80 00 A0。

注意：

  • 对于同一个CPU（同一个CPU架构、同一种ISA），干同一件事情，汇编风格随便，生成的机器码都一样（是固定的）。
  • 在同一个ISA下，机器指令与机器码的映射是固定的；但汇编语言到机器指令的映射，为实现同一功能留出了选择空间。

汇编与反汇编：

  • 汇编：汇编代码 $\Rightarrow$ 机器码
  • 反汇编：机器码 $\rightarrow$ 汇编代码

MASM NASM ATT ARM

汇编语言学习资源

ASM, 汇编基础
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