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  • 浏览:33 2018-12-28 11:59 来自 匿名小猿

    汇编学习之预备知识

    本章介绍汇编语言的一些基本概念,给出一些用汇编语言编程所需要的基本知识。

    1.1 汇编语言的由来及其特点

    1.1.1 机器语言

    机器指令是CPU能直接识别并执行的指令,它的表现形式是二进制编码。机器指令通常由操作码和操作数两部分组成,操作码指出该指令所要完成的操作,即指令的功能,操作数指出参与运算的对象,以及运算结果所存放的位置等。

    由于机器指令与CPU紧密相关,所以,不同种类的CPU所对应的机器指令也就不同,而且它们的指令系统往往相差很大。但对同一系列的CPU来说,为了满足各型号之间具有良好的兼容性,要做到:新一代CPU的指令系统必须包括先前同系列CPU的指令系统。只有这样,先前开发出来的各类程序在新一代CPU上才能正常运行。

    机器语言是用来直接描述机器指令、使用机器指令的规则等。它是CPU能直接识别的唯一一种语言,也就是说,CPU能直接执行用机器语言描述的程序。

    用机器语言编写程序是早期经过严格训练的专业技术人员的工作,普通的程序员一般难以胜任,而且用机器语言编写的程序不易读、出错率高、难以维护,也不能直观地反映用计算机解决问题的基本思路。

    由于用机器语言编写程序有以上诸多的不便,现在几乎没有程序员这样编写程序了。

    1.1.2 汇编语言

    虽然用机器语言编写程序有很高的要求和许多不便,但编写出来的程序执行效率高,CPU严格按照程序员的要求去做,没有多余的额外操作。所以,在保留“程序执行效率高”的前提下,人们就开始着手研究一种能大大改善程序可读性的编程方法。

    为了改善机器指令的可读性,选用了一些能反映机器指令功能的单词或词组来代表该机器指令,而不再关心机器指令的具体二进制编码。与此同时,也把CPU内部的各种资源符号化,使用该符号名也等于引用了该具体的物理资源。

    如此一来,令人难懂的二进制机器指令就可以用通俗易懂的、具有一定含义的符号指令来表示了,于是,汇编语言就有了雏型。现在,我们称这些具有一定含义的符号为助忆符,用指令助忆符、符号地址等组成的符号指令称为汇编格式指令(或汇编指令)。

    汇编语言是汇编指令集、伪指令集和使用它们规则的统称。伪指令是在程序设计时所需要的一些辅助性说明指令,它不对应具体的机器指令,有关内容在以后的各章节中会有详细叙述,在此不展开介绍。

    1.1.3 汇编程序

    用汇编语言编写的程序大大提高了程序的可读性,但失去了CPU能直接识别的特性。例如用汇编语言书写的指令:MOV AX, BXCPU不会知道这几个字符所表达出来的功能,但程序员一看就知道:要求CPU把寄存器BX的值传送给寄存器AX

    把机器指令符号化增加了程序的可读性,但引起了如何让CPU知道程序员的用意,并按照其要求完成相应操作的问题。解决该问题就需要一个翻译程序,它能把汇编语言编写的源程序翻译成CPU能识别的机器指令序列。这里,我们称该翻译程序为汇编程序。 


    从图中不难看出:汇编程序能把左边汇编语言源程序翻译成右边的机器指令序列。其中,把汇编语言指令“MOV AX, BX”和“ADD AX, 5”分别转换成机器指令89D8H050500H,而后者都是CPU能直接识别的,所以,可执行它们。

     

    1.1.4 汇编语言的主要特点

    一方面,汇编语言指令是用一些具有相应含义的助忆符来表达的,所以,它要比机器语言容易掌握和运用,但另一方面,它要直接使用CPU的资源,相对高级程序设计语言来说,它又显得难掌握。

    汇编语言程序归纳起来大概有以下几个主要特性。

    1、与机器相关性

    汇编语言指令是机器指令的一种符号表示,而不同类型的CPU有不同的机器指令系统,也就有不同的汇编语言,所以,汇编语言程序与机器有着密切的关系。

    由于汇编语言程序与机器的相关性,所以,除了同系列、不同型号CPU之间的汇编语言程序有一定程度的可移植性之外,其它不同类型(如:小型机和微机等)CPU之间的汇编语言程序是无法移植的,也就是说,汇编语言程序的通用性和可移植性要比高级语言程序低。

    2、执行的高效率

    正因为汇编语言有“与机器相关性”的特性,程序员用汇编语言编写程序时,可充分发挥自己的聪明才智,对机器内部的各种资源进行合理的安排,让它们始终处于最佳的使用状态,这样做的最终效果就是:程序的执行代码短,执行速度快。

    现在,高级语言的编译程序在进行寄存器分配和目标代码生成时,也都有一定程度的优化(在后续课程《编译原理》的有关章节会有详细介绍),但由于所使用的“优化策略”要适应各种不同的情况,所以,这些优化策略只能在宏观上,不可能在微观上、细节上进行优化。而用汇编语言编写程序几乎是程序员直接在写执行代码,程序员可以在程序的每个具体细节上进行优化,这也是汇编语言程序执行高效率的原因之一。

    3、编写程序的复杂性

    汇编语言是一种面向机器的语言,其汇编指令与机器指令基本上一一对应,所以,汇编指令也同机器指令一样具有功能单一、具体的特点。要想完成某件工作(如计算:A+B+C等),就必须安排CPU的每步工作(如:先计算A+B,再把C加到前者的结果上)。另外,在编写汇编语言程序时,还要考虑机器资源的限制、汇编指令的细节和限制等等。

    由于汇编语言程序要安排运算的每一个细节,这就使得编写汇编语言程序比较繁琐、复杂。一个简单的计算公式或计算方法,也要用一系列汇编指令一步一步来实现。

    4、调试的复杂性

    在通常情况下,调试汇编语言程序要比调试高级语言程序困难,其主要原因有四:

    1、  汇编语言指令涉及到机器资源的细节,在调试过程中,要清楚每个资源的变化情况;
    2、  程序员在编写汇编语言程序时,为了提高资源的利用率,可以使用各种实现技巧,而这些技巧完全有可能破坏程序的可读性。这样,在调试过程中,除了要知道每条指令的执行功能,还要清楚它在整个解题过程中的作用;
    3、  高级语言程序几乎不显式地使用“转移语句”,但汇编语言程序要用到大量的、各类转移指令,这些跳转指令大大地增加了调试程序的难度。如果在汇编语言程序中也强调不使用“转移指令”,那么,汇编语言程序就会变成功能单调的顺序程序,这显然是不现实的;
    4、  调试工具落后,高级语言程序可以在源程序级进行符号跟踪,而汇编语言程序只能跟踪机器指令。不过,现在这方面也有所改善,CV(CodeView)、TD(Turbo Debug)等软件也可在源程序级进行符号跟踪了。

     

    1.1.5 汇编语言的使用领域

    综上所说,汇编语言的特点明显,其诱人的优点直接导致其严重的缺点,其“与机器相关”和“执行的高效率”导致其可移植性差和调试难。所以,我们在选用汇编语言时要根据实际的应用环境,尽可能避免其缺点对整个应用系统的影响。

    下面简单列举几个领域以示说明,但不要把它们绝对化。

    1、适用的领域

    要求执行效率高、反应快的领域,如:操作系统内核,工业控制,实时系统等;

    系统性能的瓶颈,或频繁被使用子程序或程序段;

    与硬件资源密切相关的软件开发,如:设备驱动程序等;

    受存储容量限制的应用领域,如:家用电器的计算机控制功能等;

    没有适当的高级语言开发环境。

    2、不宜使用的领域

    大型软件的整体开发;

    没有特殊要求的一般应用系统的开发等。

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