引言

《深入理解計算機(jī)系統(tǒng)》第三章——程序的機(jī)器級表示。作者首先講解了匯編代碼和機(jī)器代碼的關(guān)系，闡述了匯編承上啟下的作用；

接著從機(jī)器語言IA32著手，分別講述了如何存儲數(shù)據(jù)、如何訪問數(shù)據(jù)、如何完成運算以及如何進(jìn)行跳轉(zhuǎn)。通過這些步驟，又告訴了我們分支語句、循環(huán)語句是怎么完成的，函數(shù)調(diào)用、棧幀結(jié)構(gòu)以及遞歸過程。

最后能通過編譯器產(chǎn)生的匯編代碼表示，我們要了解編譯器和它的優(yōu)化能力，知道編譯器能為我們完成哪些工作。

而這篇博客我們將講解匯編和機(jī)器代碼的關(guān)系。首先下面一張圖是C語言、匯編語言以及翻譯過的機(jī)器語言，大家可以先有個大概的眼熟。 

1、機(jī)器語言

這系列博客第一篇 Hello World是如何運行的 我們就詳細(xì)講解了程序的編譯，一個C語言程序是經(jīng)過編譯器變成匯編程序，然后通過匯編器變成機(jī)器代碼，最后被計算機(jī)執(zhí)行。

計算機(jī)是不能直接識別我們所編寫的C程序或者Java程序的。它只能識別機(jī)器語言，而機(jī)器語言是用二進(jìn)制代碼表示的計算機(jī)能直接識別和執(zhí)行的一種機(jī)器指指令系統(tǒng)令的集合。

早期計算機(jī)就是指可以執(zhí)行機(jī)器指令，進(jìn)行運算的機(jī)器。在我們常用的PC機(jī)中，有一個芯片，就是我們常說的CPU（Central Processing Unit，中央處理單元）可以完成前面所說的計算機(jī)的功能，但是每一種這樣的微處理器（CPU）由于硬件設(shè)計和內(nèi)部結(jié)構(gòu)的不同，就需要用不同的電平脈沖來控制，使它工作。所以每一種微處理器都有自己的機(jī)器指令集，也就是機(jī)器語言。

早期的程序設(shè)計均使用機(jī)器語言。程序員們將用0, 1數(shù)字編成的程序代碼打在紙帶或卡片上，1打孔，0不打孔，再將程序通過紙帶機(jī)或卡片機(jī)輸入計算機(jī)，進(jìn)行運算。

用機(jī)器語言編寫程序，編程人員要首先熟記所用計算機(jī)的全部指令代碼和代碼的涵義。手編程序時，程序員得自己處理每條指令和每一數(shù)據(jù)的存儲分配和輸入輸出，還得記住編程過程中每步所使用的工作單元處在何種狀態(tài)。這是一件十分繁瑣的工作。編寫程序花費的時間往往是實際運行時間的幾十倍或幾百倍，而且，編出的程序全是些0和1的指令代碼，直觀性差，還容易出錯。

那么該怎么辦呢？這時候匯編語言便產(chǎn)生了。

需要注意的是現(xiàn)在除了計算機(jī)生產(chǎn)廠家的專業(yè)人員外，一般是不需要學(xué)習(xí)機(jī)器語言了。

2、匯編語言

匯編語言的主體是匯編指令。匯編指令和機(jī)器指令的差別在于指令的表示方法上，匯編指令是機(jī)器指令便于記憶的書寫格式。

比如下面將寄存器 BX 的內(nèi)容發(fā)送到 AX 上：

操作：寄存器BX的內(nèi)容送到AX中
1000100111011000              機(jī)器指令
mov ax,bx                    匯編指令

我們能很明顯的從上面兩條指令看出區(qū)別，匯編指令相對于機(jī)器指令是很容易記住的。

可能有人會問，我們用匯編語言編寫程序，可是計算機(jī)只認(rèn)識機(jī)器指令，那該怎么辦？這時候就需要一個能將匯編語言轉(zhuǎn)換成機(jī)器指令的工具，我們稱其為編譯器。程序員用匯編語言寫出源代碼，再用匯編編譯器將其編譯為機(jī)器碼，最后由計算機(jī)執(zhí)行。

•  匯編語言是直接面向處理器（Processor）的程序設(shè)計語言。處理器是在指令的控制下工作的，處理器可以識別的每一條指令稱為機(jī)器指令。每一種處理器都有自己可以識別的一整套指令，稱為指令集。處理器執(zhí)行指令時，根據(jù)不同的指令采取不同的動作，完成不同的功能，既可以改變自己內(nèi)部的工作狀態(tài)，也能控制其它外圍電路的工作狀態(tài)。
• 匯編語言的另一個特點就是它所操作的對象不是具體的數(shù)據(jù),而是寄存器或者存儲器，也就是說它是直接和寄存器和存儲器打交道，這也是為什么匯編語言的執(zhí)行速度要比其它語言快，但同時這也使編程更加復(fù)雜，因為既然數(shù)據(jù)是存放在寄存器或存儲器中，那么必然就存在著尋址方式，也就是用什么方法找到所需要的數(shù)據(jù)。
  例如上面的例子，我們就不能像高級語言一樣直接使用數(shù)據(jù)，而是先要從相應(yīng)的寄存器AX、BX 中把數(shù)據(jù)取出。這也就增加了編程的復(fù)雜性，因為在高級語言中尋址這部分工作是由編譯系統(tǒng)來完成的，而在匯編語言中是由程序員自己來完成的，這無異增加了編程的復(fù)雜程度和程序的可讀性。
• 匯編語言指令是機(jī)器指令的一種符號表示，而不同類型的CPU 有不同的機(jī)器指令系統(tǒng)，也就有不同的匯編語言,所以，匯編語言程序與機(jī)器有著密切的關(guān)系。所以，除了同系列、不同型號CPU 之間的匯編語言程序有一定程度的可移植性之外，其它不同類型（如：小型機(jī)和微機(jī)等）CPU 之間的匯編語言程序是無法移植的，也就是說，匯編語言程序的通用性和可移植性要比高級語言程序低。

總結(jié)起來就是三個特點：機(jī)器相關(guān)性、高速度和高效率、編寫和調(diào)試復(fù)雜（相對于高級語言）。

3、高級語言

前面的機(jī)器語言和匯編語言我們都有一定了了解了，匯編語言也是和機(jī)器語言一樣，都是直接對硬件進(jìn)行操作，但是匯編語言指令采用了英文縮寫的標(biāo)識符，更容易識別和記憶。但是說起來更容易識別和記憶，也只是相對于機(jī)器語言而言的。在實際編程中，匯編語言源程序也是十分復(fù)雜和冗長的，這時候高級語言產(chǎn)生了。

高級語言并不是指一種語言，而是包括很多編程語言，比如Java、C、C++、C#、python等等，是高度封裝的編程語言。高級語言與計算機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)無關(guān)，它有更強(qiáng)的表達(dá)能力，可方便地表示數(shù)據(jù)的運算和程序的控制結(jié)構(gòu)，能更好的描述各種算法，而且容易學(xué)習(xí)掌握。但高級語言編譯生成的程序代碼一般比用匯編程序語言設(shè)計的程序代碼要長，執(zhí)行的速度也慢。

從最開始我們給出的一張圖也可以看出，C語言寫出的短短幾行代碼，翻譯成匯編語言會多很多，更不用說變成機(jī)器語言了。

總結(jié)

首先我要說明的是，我們不需要學(xué)會如何用機(jī)器語言，匯編語言來進(jìn)行編程，畢竟我們不是計算機(jī)生產(chǎn)廠家的專業(yè)人員。我們所要知道的是如何看懂匯編語言就行了。因為在我們所編寫的高級語言，被翻譯成匯編語言時，編譯器會自動進(jìn)行一些優(yōu)化處理，而這些處理如果我們不知道，就會造成程序上的錯誤，具體實例后面會詳細(xì)講到。

以上就是計算機(jī)系統(tǒng)匯編語言和機(jī)器語言深入理解的詳細(xì)內(nèi)容，更多關(guān)于計算機(jī)系統(tǒng)匯編機(jī)器語言的資料請關(guān)注腳本之家其它相關(guān)文章！

最新評論