mini|330px|Motorola 6800-Assemblerlisting links: die jeweilige Adresse und die Bytes des erzeugten Maschinencodes (in Hexadezimalschreibweise)rechts: der Assembler-Quellcode inklusive Kommentare Eine Assemblersprache, kurz auch Assembler genannt (von ), ist eine Programmiersprache, die auf den Befehlsvorrat eines bestimmten Computertyps (d. h. dessen Prozessorarchitektur) ausgerichtet ist.
Assemblersprachen bezeichnet man deshalb als maschinenorientierte Programmiersprachen und – als Nachfolger der direkten Programmierung mit Zahlencodes – als Programmiersprachen der zweiten Generation: Anstelle eines Binärcodes der Maschinensprache können Befehle und deren Operanden durch leichter verständliche mnemonische Symbole in Textform (z. B. „MOVE“), Operanden z. T. als symbolische Adresse (z. B. „PLZ“), notiert und dargestellt werden.Informatik Duden. ISBN 3-411-05232-5.
Der Quelltext eines Assemblerprogramms wird mit Hilfe einer Übersetzungssoftware (Assembler oder Assemblierer) in Maschinencode übersetzt. Dagegen übersetzt in höheren Programmiersprachen (Hochsprachen, dritte Generation) ein sogenannter Compiler abstraktere (komplexere, nicht auf den Prozessor-Befehlssatz begrenzte) Befehle in den Maschinencode der gegebenen Zielarchitektur – oder in eine Zwischensprache.Hering, Gutekunst, Dyllon: Handbuch der praktischen und technischen Informatik. S. 302, books.google.de
Umgangssprachlich werden die Ausdrücke „Maschinensprache“ und „Assembler(sprache)“ häufig synonym verwendet.
Übersicht Auch wenn der Begriff „Assemblersprache“ zunächst den Anschein erweckt, es handele sich um eine einzige Sprache, bezieht sich dieser tatsächlich auf eine ganze Familie an Sprachen:
So unterscheiden sie sich im Grad der Abstraktion Assembler gibt es von einfachen Inline-Assemblern, über „gewöhnliche“ Assembler und Makroassemblern bis hin zu Assemblersprachen wie PL/A, entwickelt von Gordon Villy Cormack, Theodor Holm Nelson und John A. N. Lee bei IBM in den frühen 1970er Jahren und stellt den Übergang zu modernen Hochsprachen dar. All diesen Sprachen ist gemein, dass sie noch die vollständige Kontrolle über die CPU zulassen und dass winzige Programme geschrieben werden können.
in Unterschieden in der Syntax bei identischer Architektur Es gibt Unterschiede in der Syntax bei verschiedenen Assembler-Programmen für den gleichen Prozessor. So hat kaum ein Assembler-Programm die gleiche Syntax wie ein anderes, insbesondere da es keine Standardisierung gibt. Die Unterschiede zwischen verschiedenen Assemblersprachen können geringfügig oder grundlegend sein. Bekannte Beispiele sind die Intel-Syntax beim 8080 und die Zilog-Syntax beim Z80 (STAX B vs. LD (BC),A) sowie die Intel-Syntax und die AT&T-Syntax aktueller Assembler aktueller Prozessoren mov eax,[ebx+esi*8+1Fh] movl 0x1F(%ebx,%esi,8),%eax
in der unterstützen Architektur Hier Beispiele für einen Intel 80386, einen Motorola 68000 und einen MIPS 4000. Hier gibt es die gravierendsten Unterschiede, insbesondere welche Register, Adressierungsarten und Operationen es gibt. add eax,[edx+16] add.l 16(a2),d0 lw t2,16(t1); add t0,t3, t2
in der unterstützten Mikro-Architektur Des Weiteren gibt es noch Unterschiede in Abhängigkeit der verwendeten Mikro-Architekturen, insbesondere, welche Befehle erlaubt sind.
in der Semantik Neben den eben genannten Unterschieden gibt es noch versteckte semantische Unterschiede, wie Delayed Branches und Zugriffe auf falsch ausgerichtete Operanden, die im Syntax nicht zu sehen sind, aber zu beachten sind.
in weiteren Hilfsmitteln Komplexere Assembler erlauben das Schreiben von Modulen und Bibliotheken sowie das Verbinden mit Modulen und Bibliotheken, die in anderen Sprachen geschrieben wurden. Einfachere erzeugen direkt den Code.
Dabei übernimmt der Assembler im Allgemeinen: Entfernen von Kommentaren Übersetzen der Mnemonics und Operanden in die richtigen Opcodes (insbesondere bei Sprungbefehlen) Verwalten von Symbolen und Konstanten Verwalten von Speicher und Adressen Auswerten von Konstanten und Ausdrücken Speicherbelegung: Verwalten von Segmenten, Alignment von Code und Daten Erzeugen von Objektdaten und Assembler-Listings Makroassembler: Ausführen von Makros und bedingten Übersetzungen
Anwendung findet Assembler auch heute noch an vielen Stellen Embedded-Prozessoren Hardware-Treiber High-Performance-Bibliotheken Code, der massiven Nutzen aus SIMD zieht (Faktor 20 bis 30 sind hier gegenüber C++ nicht selten) Krypto-Routinen (Gewährleistung konstanter Laufzeit) Computer-Grafik, Video-Codecs, Signalverarbeitung
Ein Quelltext in Assemblersprache wird auch als Assemblercode bezeichnet. Programme in Assemblersprachen zeichnen sich dadurch aus, dass alle Möglichkeiten des Mikroprozessors genutzt werden können, was heutzutage selten erforderlich ist. Sie werden im Allgemeinen nur noch dann verwendet, wenn Programme bzw. einzelne Teile davon sehr zeitkritisch sind, z. B. beim Hochleistungsrechnen oder bei Echtzeitsystemen. Ihre Nutzung kann auch dann sinnvoll sein, wenn für die Programme nur sehr wenig Speicherplatz zur Verfügung steht (z. B. in eingebetteten Systemen).
Unter dem Aspekt der Geschwindigkeitsoptimierung kann der Einsatz von Assemblercode auch bei verfügbaren hochoptimierenden Compilern noch seine Berechtigung haben, Vor- und Nachteile sollten aber für die spezifische Anwendung abgewogen werden. Bei komplexer Technik wie Intel Itanium und verschiedenen digitalen Signalprozessoren kann ein Compiler u. U. durchaus besseren Code erzeugen als ein durchschnittlicher Assemblerprogrammierer, da das Ablaufverhalten solcher Architekturen mit komplexen mehrstufigen intelligenten Optimierungen (z. B. Out-of-order execution, Pipeline-Stalls, …) hochgradig nichtlinear ist. Die Geschwindigkeitsoptimierung wird immer komplexer, da zahlreiche Nebenbedingungen eingehalten werden müssen. Dies ist ein gleichermaßen wachsendes Problem sowohl für die immer besser werdenden Compiler der Hochsprachen als auch für Programmierer der Assemblersprache. Für einen optimalen Code wird immer mehr Kontextwissen benötigt (z. B. Cachenutzung, räumliche und zeitliche Lokalität der Speicherzugriffe), welches der Assemblerprogrammierer teilweise (im Gegensatz zum Compiler) durch Laufzeitprofiling des ausgeführten Codes in seinem angestrebten Anwendungsfeld gewinnen kann. Ein Beispiel hierfür ist der SSE-Befehl MOVNTQ, welcher wegen des fehlenden Kontextwissens von Compilern kaum optimal eingesetzt werden kann.
Die Rückwandlung von Maschinencode in Assemblersprache wird Disassemblierung genannt. Der Prozess ist allerdings bei fehlenden Debug-Informationen hochgradig verlustbehaftet, da sich viele Informationen wie ursprüngliche Bezeichner oder Kommentare nicht wiederherstellen, da diese beim Assemblieren nicht in den Maschinencode übernommen oder berechnet wurden.
Beschreibung Programmbefehle in Maschinensprache bilden sich aus dem Operationscode (Opcode) und meist weiteren, je nach Befehl individuell festgelegten Angaben (Operanden) wie Adressen, im Befehl eingebettete Literale, Längenangaben etc. Da die Zahlenwerte der Opcodes schwierig zu merken sind, verwenden Assemblersprachen leichter merkbare Kürzel, sogenannte mnemonische Symbole (kurz Mnemonics).Jörg Roth: Die Maschinenprogrammebene eines Rechners Kapitel Maschinensprache und Assembler (Archiv-Version vom 17. Oktober 2018), abgerufen am 19. November 2020.
Beispiel: Der folgende Befehl in der Maschinensprache von x86-Prozessoren
10110000 01100001 (in hexadezimaler Darstellung: 'B0 61')
entspricht dem Assemblerbefehl movb $0x61, %al # AT&T-Syntax (alles nach „#“ ist Kommentar) # mnemonisches Kürzel bedeutet „move_byte von/was , nach“ bzw. mov al, 61h ; Intel-Syntax; das ‚mov‘ als mnemotechnisches Kürzel erkennt ; aus dem angesprochenen ‚al‘, dass nur 1 Byte kopiert werden soll. ; „mov wohin , was/woher“ und bedeutet, dass der hexadezimale Wert „61“ (dezimal 97) in den niederwertigen Teil des Registers „ax“ geladen wird; „ax“ bezeichnet das ganze Register, „al“ (für low) den niederwertigen Teil des Registers. Der hochwertige Teil des Registers kann mit „ah“ angesprochen werden (für „high“).
Am Beispiel ist zu erkennen, dass – obwohl in denselben Maschinencode übersetzt wird – die beiden Assembler-Dialekte deutlich verschieden formulieren. Die Information, dass ein Byte zu kopieren ist, steckt bei AT&T im „movb“; der Intel-mov entnimmt sie dem Umstand, dass Register(teil) „al“ ein Byte groß ist. Quelle und Ziel des Kopierens werden vertauscht angegeben. Auch das Format zum Ansprechen eines Registers sowie zur Angabe eines direkten Zahlenwerts ist verschieden.
Mit Computerhilfe kann man das eine in das andere weitgehend eins zu eins übersetzen. Jedoch werden Adressumformungen vorgenommen, so dass man symbolische Adressen benutzen kann. Die Eingabedaten für einen Assembler enthalten neben den eigentlichen Codes/Befehlen (die er in Maschinencode übersetzt) auch Steueranweisungen, die seine Arbeitsweise bestimmen/festlegen, zum Beispiel zur Definition eines Basisregisters.
Häufig werden komplexere Assemblersprachen (Makroassembler) verwendet, um die Programmierarbeit zu erleichtern. Makros sind dabei im Quelltext enthaltene Aufrufe, die vor dem eigentlichen Assemblieren automatisch durch (meist kurze) Folgen von Assemblerbefehlen ersetzt werden. Dabei können einfache, durch Parameter steuerbare Ersetzungen vorgenommen werden. Die Disassemblierung von derart generiertem Code ergibt allerdings den reinen Assemblercode ohne die beim Übersetzen expandierten Makros.
Beispielprogramm Ein sehr einfaches Programm, das zu Demonstrationszwecken häufig benutzte Hallo-Welt-Beispielprogramm, kann zum Beispiel in der Assemblersprache MASM für MS-DOS aus folgendem Assemblercode bestehen: ASSUME CS:CODE, DS:DATA ;- dem Assembler die Zuordnung der Segmentregister zu den Segmenten mitteilen
DATA SEGMENT ;Beginn des Datensegments Meldung db "Hallo Welt" ;- Zeichenkette „Hallo Welt“ db 13, 10 ;- Neue Zeile db "$" ;- Zeichen, das die Textausgabefunktion (INT 21h, Unterfunktion 09h) als Zeichenkettenende versteht DATA ENDS ;Ende des Datensegments
CODE SEGMENT ;Beginn des Codesegments Anfang: ;- Einsprung-Label für den Anfang des Programms mov ax, DATA ;- Adresse des Datensegments in das Register „AX“ laden mov ds, ax ; In das Segmentregister „DS“ uebertragen (das DS-Register kann nicht direkt mit einem Wert beschrieben werden) mov dx, OFFSET Meldung ;- die zum Datensegment relative Adresse des Textes in das „DX“ Datenregister laden ; die vollstaendige Adresse von „Meldung“ befindet sich nun im Registerpaar DS:DX mov ah, 09h ;- die Unterfunktion 9 des Betriebssysteminterrupts 21h auswaehlen (Textausgaberoutine) int 21h ;- den Betriebssysteminterrupt 21h aufrufen (hier erfolgt die Ausgabe des Textes am Schirm) mov ax, 4C00h ;- die Unterfunktion 4Ch (Programmbeendigung) des Betriebssysteminterrupts 21h festlegen int 21h ;- damit wird die Kontrolle wieder an das Betriebssystem zurueckgegeben (Programmende) CODE ENDS ;Ende des Codesegments
END Anfang ;- dem Assembler- und Linkprogramm den Programm-Einsprunglabel mitteilen ;- dadurch erhaelt der Befehlszaehler beim Aufruf des Programmes diesen Wert
Vergleichende Gegenüberstellungen für das Hallo-Welt-Programm in unterschiedlichen Assemblerdialekten enthält diese Liste.
In einem Pascal-Quelltext (eine Hochsprache) kann der Programmcode für „Hallo Welt“ dagegen deutlich kürzer sein:
program Hallo(output); begin writeln('Hallo Welt') end.
Verschiedene Assemblersprachen Jede Computerarchitektur hat ihre eigene Maschinensprache und damit Assemblersprache. Mitunter existieren auch mehrere Assemblersprachen-Dialekte („verschiedene Assemblersprachen“, sowie zugehörige Assembler) für die gleiche Prozessorarchitektur. Die Sprachen verschiedener Architekturen unterscheiden sich in Anzahl und Typ der Operationen.
Jedoch haben alle Architekturen die folgenden grundlegenden Operationen: