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Understanding Assembly Language Fundamentals

Learn about the basics of Assembly language, its history, use cases, fundamentals, and essential registers. Explore the relationship between Assembly and hardware, historical development, and practical examples. Discover how Assembly language interacts with the machine and its importance in low-level programming.

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Understanding Assembly Language Fundamentals

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Presentation Transcript

  1. ASSEMBLY Cleivson Arruda csa3@cin.ufpe.br / cleivson.tb@gmail.com

  2. Assembly é uma linguagem de baixo nível, chamada freqüentemente de “linguagem de montagem” • É uma linguagem considerada difícil, principalmente porque o programador precisa conhecer a estrutura da máquina para usá-la Assembly

  3. A linguagem Assembly é atrelada à arquitetura de uma certa CPU, ou seja, ela depende completamente do hardware • Cada família de processador tem sua própria linguagem assembly (Ex. X86, ARM, SPARC, MIPS) • Por essa razão Assembly não é uma linguagem portável, ao contrário da maioria das linguagens de alto nível Assembly

  4. Antes do assembly: • adição do microprocessador de sinal digital (DSP) TMS-320C54x da Texas Instruments • 0000000SIAAAAAAA • instrução de adição dos computadores B-200, B-300 e B-500 da Burroughs Corporation: • Campo: O M N AAA BBB CCC • Código: 1 2 3 100 200 300 Assembly

  5. As primeiras linguagens Assembly surgiram na década de 50, na chamada segunda geração das linguagens de programação • A segunda geração visou libertar os programadores de dificuldades como lembrar códigos numéricos e calcular endereços Assembly - História

  6. Assembly foi muito usada para várias aplicações até os anos 80, quando foi substituída pelas linguagens de alto nível • Isso aconteceu principalmente pela necessidade de aumento da produtividade de software Assembly - História

  7. Atualmente Assembly é usada para manipulação direta de hardware e para sistemas que necessitem de performance crítica • Device drivers, sistemas embarcados de baixo nível e sistemas de tempo real são exemplos de aplicações que usam Assembly Assembly - História

  8. A linguagem Assembly é de baixo nível, porém ainda precisa ser transformada na linguagem que a máquina entende • Quem faz isso é o Assembler. O Assembler é um utilitário que traduz o código Assembly para a máquina Assembly - Assembler

  9. Exemplo: Antes -> mov al, 061h (x86/IA-32) Depois -> 10110000 01100001 Assembly - Assembler

  10. Byte, Word e Dword são blocos de dados básicos. O processador trabalha com o tamanho de dados adequados para executar as instruções • Um byte possui 8 bits, um word possui 16 bits ou 2 bytes e um dword possui 32 bits ou 4 bytes Assembly - Fundamentos

  11. Em Assembly é comum representar os números na forma hexadecimal. Isso acontece porque é interessante visualizar o número na forma de dados • A representação hexadecimal facilita o tratamento de números muito grandes e permite saber quais bits estão “ligados” ou “desligados” Assembly - Fundamentos

  12. Um algarismo hexadecimal pode ser representado por quatro algarismos binários • Logo um byte pode ser representado como dois números hexa, um word como quatro números hexa e um dword como oito números hexa Assembly - Fundamentos

  13. Assembly - Fundamentos

  14. Registradores são áreas especiais dentro do processador que são mais rápidas que operandos de memória. • Como vamos trabalhar com o processador Intel, existem apenas 8 registradores de uso geral Assembly - Registradores

  15. São eles: EAX, EBX, ECX, EDX, ESI, EDI, ESP, EBP • Os registradores ESP e EBP só devem ser usados preferencialmente para trabalhar com a pilha Assembly - Registradores

  16. Assembly - Registradores • Nos registradores de uso geral (Exceto ESI e EDI) é permitido usar três modos de acesso diferentes, ilustrados pela figura abaixo:

  17. EAX -> Chamado de “Acumulador”, geralmente é usado para operações aritméticas e para guardar resultados • EBX -> Chamado de “Base”, geralmente é usado para armazenar dados em geral e para endereços de memória Assembly - Registradores

  18. ECX -> Chamado de “Contador”, como o nome já diz é usado como contador, principalmente para controlar loops • EDX -> Chamado de registrador de dados, é usado geralmente para guardar o endereço de uma variável na memória Assembly - Registradores

  19. ESI e EDI -> Respectivamente “Source Index” e “Destination Index”, são menos usados do que os registradores descritos anteriormente. Geralmente usa-se ESI e EDI para movimentação de dados, com ESI guardando o endereço fonte de uma variável e EDI guardando o endereço destino. Não podem ser acessados em nível de Byte. Assembly - Registradores

  20. ESP e EBP -> Respectivamente “Stack Pointer” e “Base Pointer”, só devem ser usados para manipulação da pilha. O Registrador ESP guarda a referência para o topo da pilha, enquanto o registrador EBP é usado para “andar” pela pilha Assembly - Registradores

  21. Entre os registradores que não são de uso geral, existe um registrador muito relevante para o programador, o registrador flags • Através do registrador flags podemos saber se dois valores são iguais, se um é maior que outro ou se um valor é negativo, além de outras informações Assembly - Registradores

  22. Assembly - Registradores • O => Overflow • D => Direction • I => Interrupt Enable • T => Trap • S => Signal

  23. Assembly - Registradores • Z => Zero • A => Auxiliar Carry • P => Parity • C => Carry

  24. Todos os programas fazem uso da pilha em tempo de execução, porém nas linguagens de alto nível não é preciso se preocupar com o funcionamento da pilha • Já em Assembly, o programador precisa saber trabalhar com a pilha, pois ela é uma ferramenta importante Assembly - Pilha

  25. A pilha é uma área de dados existente na memória em tempo de execução, na qual seu programa pode armazenar dados temporariamente • O processador é rápido no acesso à pilha, tanto para escrever quanto para ler Assembly - Pilha

  26. As principais funcionalidades da pilha são: - Preservar valores de registradores em funções - Preservar dados da memória - Transferir dados sem usar registradores - Reverter a ordem de dados - Chamar outras funções e depois retornar - Passar parâmetros para funções Assembly - Pilha

  27. push ax push bx push cx push dx push ds push es push di push si pusha push es, ds popa pop es, ds Assembly – Exemplo Pilha

  28. Movimentação de dados: - mov destino, fonte (Sintaxe Intel) - mov fonte, destino (Sintaxe AT&T) • Obs: Nas instruções AT&T, é necessário informar o tamanho do dado com que se está trabalhando Assembly - Instruções

  29. Assembly - Instruções

  30. Instrução de soma: - add destino, fonte (Sintaxe Intel) Exemplo: add eax,[ebx+ecx] - add fonte, destino (Sintaxe AT&T) Exemplo: addl (%ebx,%ecx),%eax Assembly - Instruções

  31. Instrução de subtração: - sub destino, fonte (Sintaxe Intel) Exemplo: sub eax,ebx - sub fonte, destino (Sintaxe AT&T) Exemplo: subl %ebx,%eax Assembly - Instruções

  32. Instruções de operações lógicas: - and/or/xor destino, fonte (Sintaxe Intel) Exemplo: and ax,bx - and/or/xor fonte, destino (Sintaxe AT&T) Exemplo: andw %bx,%ax Assembly - Instruções

  33. Instrução de comparação: - cmp operando1, operando2 (Sintaxe Intel) Exemplo: cmp 08h, eax - cmp operando1, operando2 (Sintaxe AT&T) Exemplo: cmp $0x8, %eax Assembly - Instruções

  34. Instruções de jump: “Pulo” incondicional: - jmp [100] (Sintaxe Intel) - jmp eax (Sintaxe Intel) - jmp *100 (Sintaxe AT&T) - jmp *%eax (Sintaxe AT&T) Assembly - Instruções

  35. “Pulo” condicional: - je [100] (Sintaxe Intel) - jne eax (Sintaxe Intel) - je *100 (Sintaxe AT&T) - jne *%eax (Sintaxe AT&T) Assembly - Instruções

  36. Instruções de manipulação da pilha: - push eax (Sintaxe Intel) - push %eax (Sintaxe AT&T) - pop eax (Sintaxe Intel) - Pop %eax (Sintaxe AT&T) Assembly - Instruções

  37. O código Assembly é dividido em seções. As principais seções no Linux são: - section .data -> A seção .data é usada para declarar variáveis inicializadas. Porém essas “variáveis” não mudam no decorrer do programa. Essa seção é usada geralmente para definir nomes de arquivos, constantes, entre outros. Assembly - Seções

  38. - Exemplo: section .data mensagem: db 'Hello world!' msglength: equ 12 Assembly - Seções

  39. - section .bss -> É a seção usada para declarar as variáveis do programa - Exemplo: section .bss nomearq: resb 230 ;Reserva 230 bytes numero: resb 1 ;Reserva 1 byte array: resw 10 ;Reserva 10 words Assembly - Seções

  40. - section .text -> Essa é a seção onde o código do programa é escrito - Exemplo: section .text global _start _start: . . . . . . . . . Assembly - Seções

  41. Interrupções são chamadas ao processador requisitando um serviço • O nome interrupção vem do fato de que o processador tem sua atividade atual interrompida quando recebe um sinal de chamada Assembly - Interrupções

  42. Quando isso acontece, o processador salva o processo atual e executa a rotina daquela interrupção • Após a execução da rotina, que geralmente está armazenada em uma tabela na memória RAM, o processador retorna ao processo em que estava anteriormente Assembly - Interrupções

  43. Para se chamar uma interrupção no Linux, é feito o seguinte processo: - Coloca-se o número da interrupção no registrador EAX - Coloca-se os argumentos requeridos pela interrupção nos devidos registradores - Chama-se a interrupção • O resultado geralmente será retornado em EAX Assembly - Interrupções

  44. - Exemplo (Sintaxe Intel): mov eax,1 ; Interrupção Exit mov ebx,0 ; Argumento em EBX int 80h ; Chamada da interrupção - Exemplo (Sintaxe AT&T): movl $1,%eax movl $0, %ebx int $0x80 Assembly - Interrupções

  45. Assembly - Interrupções

  46. Um programa é constituido por várias regiões de memória. • Pilha • Heap • Código • Dados Assembly – Organização do Programa

  47. Hello World (Sintaxe Intel) section .data hello: db 'Hello world!',10 ; A string 'Hello World!‘ e um linefeed helloLenght: equ $-hello ; Tamanho da string hello section .text global _start _start: mov eax,4 ; Interrupção de escrita (sys_write) mov ebx,1 ; Argumento que indica modo de escrita mov ecx,hello ; Argumento que indica o endereço da string mov edx,helloLenght ; Argumento que indica o tamanho da string int 80h ; Chamada da interrupção mov eax,1 ; Interrupção exit (sys_exit) mov ebx,0 ; Argumento da interrupção int 80h ; Chamada da interrupção Assembly - Exemplo

  48. Hello World (Sintaxe AT&T) .data hello: .string "Hello World!\n" .text .globl main main: mov $4,%eax mov $1,%ebx mov $hello,%ecx mov $13,%edx int $0x80 mov $1,%eax mov $0,%ebx int $0x80 Assembly - Exemplo

  49. .stack .data include arquivo1.asm include arquivo2.asm .code start: include arquivo3.asm end start Assembly - Include

  50. .data arquivo1 db 'dat/arquivo1' , 0 arquivo2 db 'dat/arquivo2' , 0 arquivo3 db 'dat/arquivo3' , 0 arquivo4 db 'dat/arquivo4' , 0 arquivo5 db 'dat/arquivo5' , 0 arquivo6 db 'dat/arquivo6' , 0 arquivo7 db 'dat/arquivo7' , 0 arquivo8 db 'dat/arquivo8' , 0 Assembly – Carregar Arquivos

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