Чарльз Петцольд - Код. Тайный язык информатики

Несмотря на то что аппаратный компонент для операций с плавающей точкой — подспорье для ассемблерного программиста, это устройство кажется малозначимой вехой в истории развития вычислительной техники, особенно если сравнивать с другими разработками, начатыми в 1950-х годах. Далее мы поговорим о языках программирования.

Писать программы в машинных кодах — все равно что есть с помощью зубочистки. Кусочки еды настолько малы, а процесс столь трудоемок, что обед может длиться вечно. Точно так же фрагменты машинного кода выполняют элементарные вычислительные задачи: загрузку числа из памяти в процессор, прибавление к нему другого числа, сохранение результата. На самом деле сложно понять, какую роль они играют.

По крайней мере, мы значительно продвинулись относительно описанного в начале главы 22 примитивного использования переключателей пульта управления для ввода в память двоичных данных. Тогда мы разобрались с написанием простых программ, позволяющих использовать клавиатуру и дисплей для ввода и просмотра шестнадцатеричных байтов машинного кода. Разумеется, это далеко не последнее из возможных улучшений.

Как вы знаете, байты машинного кода соответствуют некоторым коротким мнемоническим кодам, таким как MOV, ADD, CALL и HLT, благодаря чему компьютерные команды отдаленно напоминают английские слова. Эти мнемонические коды часто сопровождаются операндами, уточняющими действие машинной инструкции. Например, машинная инструкция для микропроцессора 8080 перемещает в регистр B содержимое ячейки памяти, 16-битный адрес которой хранится в паре регистров HL. Вот ее краткая запись.

MOV B, [HL]

Конечно, писать программы на языке ассемблера проще, чем в машинных кодах, однако микропроцессор этот язык не понимает. Я уже объяснял, как писать ассемблерные программы на бумаге. Когда вы будете готовы запустить подобную программу, вы вручную преобразуете инструкции на языке ассемблера в машинный код и введете их в память.

Прекрасно, если компьютер мог бы выполнить это преобразование вместо вас. Компьютер с процессором 8080, работающий под управлением операционной системы CP/M, предусматривает для этого все необходимые инструменты. Это работает следующим образом.

Сначала вы создаете текстовый файл, который будет содержать вашу программу, написанную на языке ассемблера. Для этого можете обратиться к программе CP/M ED.COM или к текстовому редактору, позволяющему создавать и изменять текстовые файлы. Предположим, вы создали текстовый файл с именем PROGRAM1.ASM. Тип ASM говорит, что файл содержит программу на языке ассемблера. Сам файл может выглядеть примерно так.

В этом файле встречается пара новых для нас команд. Первая — ORG, которая не является частью системы команд процессора 8080; она указывает, что адрес следующей команды должен начинаться с ячейки 0100h. Как вы помните, именно с этого адреса CP/M загружает программы в память.

Следующая команда — LXI (Load Extended Immediate — непосредственная загрузка регистровой пары), загружающая 16-битное значение в пару регистров DE. В данном случае это 16-битное значение указывается в качестве метки Text в нижней части программы перед оператором DB (Data Byte — байт данных), который мы также встречаем впервые. За этим оператором могут следовать несколько байтов, разделенных запятыми (как в приведенном выше примере), или некоторый текст в одинарных кавычках.

Команда MVI (Move Immediate — передача непосредственного операнда) перемещает значение 9 в регистр C. Команда CALL 5 вызывает функции CP/M. Функция 9 отображает на экране строку символов, начинающуюся по адресу, который находится в паре регистров DE, и заканчивающуюся значком доллара. (То, что текст в последней строке программы завершается значком доллара, может показаться странным, однако именно так работает операционная система CP/M). Последняя команда, RET, завершает программу и возвращает управление системе CP/M. (На самом деле это лишь один из способов завершения программы CP/M.) Оператор END обозначает окончание файла на языке ассемблера.

Итак, у нас есть текстовый файл, содержащий семь строк текста. Теперь его нужно ассемблировать, то есть преобразовать в машинный код. Раньше мы делали это вручную. Однако теперь можем использовать предусмотренную в CP/M специально для этой цели программу- ассемблер ASM.COM. Она запускается из командной строки CP/M следующим образом.

ASM PROGRAM1.ASM

Программа ASM просматривает файл PROGRAM1.ASM и создает новый файл с именем PROGRAM1.COM, который содержит машинный код, соответствующий написанным нами на языке ассемблера командам. (Этот процесс включает еще один этап, однако он не имеет особого значения в описываемом примере.) Теперь вы можете запустить файл PROGRAM1.COM из командной строки CP/M. На экране отобразится текст Hello! — и все закончится.

Файл PROGRAM1.COM содержит следующие 16 байт.

11 09 01 OE09 CD05 00 C9 48 65 6C6C6F 21 24

Первые три байта — инструкция LXI, следующие два байта — инструкция MVI, следующие три байта — инструкция CALL, следующий байт — инструкция RET. Последние семь байт — это ASCII-коды, соответствующие пяти буквам слова Hello, восклицательному знаку и значку доллара.

Действия ассемблера, такого как ASM.COM, сводятся к чтению ассемблерной программы, часто называемой файлом с исходным кодом , и написанию исполняемого файла, содержащего машинный код. По большому счету ассемблеры довольно простые программы, поскольку между мнемоническими ассемблерными обозначениями команд и машинным кодом существует взаимно-однозначное соответствие. Ассемблер разделяет каждую текстовую строку на мнемокоды команд и аргументы, а затем сравнивает их с содержащимся в нем списком всех возможных мнемокодов и аргументов. Это сравнение показывает, какие машинные инструкции соответствуют каждой команде.

Обратите внимание на то, как ассемблер «понимает», что инструкция LXI должна сохранить в паре регистров DE адрес 0109h. Если сама инструкция LXI находится по адресу 0100h (а она там и находится, когда система CP/M загружает программу в память для последующего запуска), адрес 0109h соответствует началу текстовой строки. Обычно программисту, использующему ассемблер, не нужно беспокоиться о конкретных адресах, связанных с различными частями программы.

Создателю первого ассемблера, разумеется, пришлось вручную преобразовывать программу в машинный код. Человек, пишущий новый (возможно, улучшенный) ассемблер для того же компьютера, может воспользоваться языком ассемблера, чтобы затем преобразовать первый ассемблер. Как только новый ассемблер будет превращен в машинный код, он сможет ассемблироваться.