ENSAMBLADOR

El lenguaje ensamblador es un tipo de lenguaje de bajo nivel utilizado para escribir programas informáticos, y constituye la representación más directa del código máquina específico para cada arquitectura de computadoras legible por un programador.

Fue usado ampliamente en el pasado para el desarrollo de software, pero actualmente sólo se utiliza en contadas ocasiones, especialmente cuando se requiere la manipulación directa del hardware o se pretenden rendimientos inusuales de los equipos.

CARACTERÍSTICAS

·Programar en lenguaje ensamblador es difícil de aprender, entender, leer, escribir, depurar y mantener, por eso surgió la necesidad de los lenguajes compilados.
·A pesar de perder rendimiento en un proceso de compilación, en la actualidad la mayoría de las computadoras son suficientemente rápidas.
·El lenguaje ensamblador no es portable.
·Programar en lenguaje ensamblador lleva mucho tiempo.
· Los programas hechos en lenguaje ensamblador son generalmente más rápidos. Al programar cuidadosamente en lenguaje ensamblador se pueden crear programas de 5 a 10 veces más rápidos que con lenguajes de alto nivel.
·Los programas hechos en lenguaje ensamblador generalmente ocupan menos espacio. Un buen programa en lenguaje ensamblador puede ocupar casi la mitad de espacio que su contraparte en lenguaje de alto nivel.
·Con el lenguaje ensamblador se pueden crear segmentos de código imposibles de formar en un lenguaje de alto nivel.

Ventajas y desventajas del Lenguaje Ensamblador

Una vez que hemos visto la evolución de los lenguajes, cabe preguntarse: ¿En estos tiempos "modernos", para qué quiero el Lenguaje Ensamblador?

El proceso de evolución trajo consigo algunas desventajas, que ahora veremos como las ventajas de usar el Lenguaje Ensamblador, respecto a un lenguaje de alto nivel:

· Velocidad
· Eficiencia de tamaño
· Flexibilidad

Por otro lado, al ser un lenguaje más primitivo, el Ensamblador tiene ciertas desventajas respecto a los lenguajes de alto nivel:

· Tiempo de programación
· Programas fuente grandes
· Peligro de afectar recursos inesperadamente
· Falta de portabilidad

Velocidad
El proceso de traducción que realizan los intérpretes, implica un proceso de cómputo adicional al que el programador quiere realizar. Por ello, nos encontraremos con que un intérprete es siempre más lento que realizar la misma acción en Lenguaje Ensamblador, simplemente porque tiene el costo adicional de estar traduciendo el programa, cada vez que lo ejecutamos.
De ahí nacieron los compiladores, que son mucho más rápidos que los intérpretes, pues hacen la traducción una vez y dejan el código objeto, que ya es Lenguaje de Máquina, y se puede ejecutar muy rápidamente. Aunque el proceso de traducción es más complejo y costoso que el de ensamblar un programa, normalmente podemos despreciarlo, contra las ventajas de codificar el programa más rápidamente.

Sin embargo, la mayor parte de las veces, el código generado por un compilador es menos eficiente que el código equivalente que un programador escribiría. La razón es que el compilador no tiene tanta inteligencia, y requiere ser capaz de crear código genérico, que sirva tanto para un programa como para otro; en cambio, un programador humano puede aprovechar las características específicas del problema, reduciendo la generalidad pero al mismo tiempo, no desperdicia ninguna instrucción, no hace ningún proceso que no sea necesario.

Para darnos una idea, en una PC, y suponiendo que todos son buenos programadores, un programa para ordenar una lista tardará cerca de 20 veces más en Visual Basic (un intérprete), y 2 veces más en C (un compilador), que el equivalente en Ensamblador.

Por ello, cuando es crítica la velocidad del programa, Ensamblador se vuelve un candidato lógico como lenguaje.

Ahora bien, esto no es un absoluto; un programa bien hecho en C puede ser muchas veces más rápido que un programa mal hecho en Ensamblador; sigue siendo sumamente importante la elección apropiada de algoritmos y estructuras de datos. Por ello, se recomienda buscar optimizar primero estos aspectos, en el lenguaje que se desee, y solamente usar Ensamblador cuando se requiere más optimización y no se puede lograr por estos medios.

Tamaño
Por las mismas razones que vimos en el aspecto de velocidad, los compiladores e intérpretes generan más código máquina del necesario; por ello, el programa ejecutable crece. Así, cuando es importante reducir el tamaño del ejecutable, mejorando el uso de la memoria y teniendo también beneficios en velocidad, puede convenir usar el lenguaje Ensamblador. Entre los programas que es crítico el uso mínimo de memoria, tenemos a los virus y manejadores de dispositivos (drivers). Muchos de ellos, por supuesto, están escritos en lenguaje Ensamblador.

Flexibilidad
Las razones anteriores son cuestión de grado: podemos hacer las cosas en otro lenguaje, pero queremos hacerlas más eficientemente. Pero todos los lenguajes de alto nivel tienen limitantes en el control; al hacer abstracciones, limitan su propia capacidad. Es decir, existen tareas que la máquina puede hacer, pero que un lenguaje de alto nivel no permite. Por ejemplo, en Visual Basic no es posible cambiar la resolución del monitor a medio programa; es una limitante, impuesta por la abstracción del GUI Windows. En cambio, en ensamblador es sumamente sencillo, pues tenemos el acceso directo al hardware del monitor.

Tiempo de programación
Al ser de bajo nivel, el Lenguaje Ensamblador requiere más instrucciones para realizar el mismo proceso, en comparación con un lenguaje de alto nivel. Por otro lado, requiere de más cuidado por parte del programador, pues es propenso a que los errores de lógica se reflejen más fuertemente en la ejecución.

Por todo esto, es más lento el desarrollo de programas comparables en Lenguaje Ensamblador que en un lenguaje de alto nivel, pues el programador goza de una menor abstracción.
Programas fuente grandes

Por las mismas razones que aumenta el tiempo, crecen los programas fuentes; simplemente, requerimos más instrucciones primitivas para describir procesos equivalentes. Esto es una desventaja porque dificulta el mantenimiento de los programas, y nuevamente reduce la productividad de los programadores.

Peligro de afectar recursos inesperadamente
Tenemos la ventaja de que todo lo que se puede hacer en la máquina, se puede hacer con el Lenguaje Ensamblador (flexibilidad). El problema es que todo error que podamos cometer, o todo riesgo que podamos tener, podemos tenerlo también en este Lenguaje. Dicho de otra forma, tener mucho poder es útil pero también es peligroso.

En la vida práctica, afortunadamente no ocurre mucho; sin embargo, al programar en este lenguaje verán que es mucho más común que la máquina se "cuelgue", "bloquee" o "se le vaya el avión"; y que se reinicialize. ¿Por qué?, porque con este lenguaje es perfectamente posible (y sencillo) realizar secuencias de instrucciones inválidas, que normalmente no aparecen al usar un lenguaje de alto nivel.

En ciertos casos extremos, puede llegarse a sobrescribir información del CMOS de la máquina (no he visto efectos más riesgosos); pero, si no la conservamos, esto puede causar que dejemos de "ver" el disco duro, junto con toda su información.

Falta de portabilidad

Como ya se mencionó, existe un lenguaje ensamblador para cada máquina; por ello, evidentemente no es una selección apropiada de lenguaje cuando deseamos codificar en una máquina y luego llevar los programas a otros sistemas operativos o modelos de computadoras. Si bien esto es un problema general a todos los lenguajes, es mucho más notorio en ensamblador: yo puedo reutilizar un 90% o más del código que desarrollo en "C", en una PC, al llevarlo a una RS/6000 con UNIX, y lo mismo si después lo llevo a una Macintosh, siempre y cuando esté bien hecho y siga los estándares de "C", y los principios de la programación estructurada. En cambio, si escribimos el programa en Ensamblador de la PC, por bien que lo desarrollemos y muchos estándares que sigamos, tendremos prácticamente que reescribir el 100 % del código al llevarlo a UNIX, y otra vez lo mismo al llevarlo a Mac.

REGISTROS DEL MICROPROCESADOR

Los registros del procesador se emplean para controlar instrucciones en ejecución, manejar direccionamiento de memoria y proporcionar capacidad aritmética. Los registros son direccionables por medio de un nombre. Los bits por convención, se numeran de derecha a izquierda.

Los registros son espacios físicos dentro del microprocesador con capacidad de 4 bits hasta 64 bits dependiendo del microprocesador que se emplee. Los registros son direccionables por medio de una viñeta, que es una dirección de memoria. Los bits, por conveniencia, se numeran de derecha a izquierda (15,14,13…. 3,2,1,0), los registros están divididos en seis grupos los cuales tienen un fin específico.

• Registros segmento

Un registro de segmento tiene 16 bits de longitud y facilita un área de memoria para direccionamiento conocida como el segmento actual.

Registro CS. El DOS almacena la dirección inicial del segmento de código de un programa en el registro CS. Esta dirección de segmento, más un valor de desplazamiento en el registro apuntador de instrucción (IP), indica la dirección de una instrucción que es buscada para su ejecución.

Registro DS. La dirección inicial de un segmento de datos de programa es almacenada en el registro DS. En términos sencillos, esta dirección, más un valor de desplazamiento en una instrucción, genera una referencia a la localidad de un byte especifico en el segmento de datos.

Registró SS. El registro SS permite la colocación en memoria de una pila, para almacenamiento temporal de direcciones y datos. El DOS almacena la dirección de inicio del segmento de pila de un programa en el registro SS. Esta dirección de segmento, más un valor de desplazamiento en el registro del apuntador de pila (SP), indica la palabra actual en la pila que está siendo direccionada.

Registros ES. Algunas operaciones con cadenas de caracteres (datos de caracteres) utilizan el registro extra de segmento para manejar el direccionamiento de memoria. En este contexto, el registro ES esta asociado con el registro DI (índice). Un programa que requiere el uso del registro ES puede inicializarlo con una dirección de segmento apropiada.

• Registros generales

Los registros de propósito general AX, BX, CX y DX son los caballos de batalla del sistema. Son únicos en el sentido de que se puede direccionarlos como una palabra o como una parte de un byte. El último byte de la izquierda es la parte "alta", y el último byte de la derecha es la parte "baja". Por ejemplo, el registro CX consta de una parte CH (alta) y una parte Cl (baja), y usted puede referirse a cualquier parte por su nombre.

Registro AX. El registro AX, el acumulador principal, es utilizado para operaciones que implican entrada/salida y la mayor parte de la aritmética. Por ejemplo, las instrucciones para multiplicar, dividir y traducir suponen el uso del AX. También, algunas operaciones generan código más eficiente si se refieren al AX en lugar de a los otros registros.

Registro BX. El BX es conocido como el registro base ya que es el único registro de propósito general que puede ser índice para direccionamiento indexado. También es común emplear el BX para cálculos.
Registro CX.El CX es conocido como el registro contador. Puede contener un valor para controlar el número de veces que un ciclo se repite o un valor para corrimiento de bits, hacia la derecha o hacia la izquierda. El CX también es usado para muchos cálculos.

Registro DX. El DX es conocido como l registro de datos. Algunas operaciones de entrada/salida requieren uso, y las operaciones de multiplicación y división con cifras grandes suponen al DX y al AX trabajando juntos.

• Registro Índice

Los registros SI y DI están disponibles para direccionamientos indexados y para sumas y restas. Que son las operaciones de punta.

Registro SI. El registro índice de 16 bits es requerido por algunas operaciones con cadenas (de caracteres). En este contexto, el SI está asociado con el registro DS. Los procesadores 80386 y posteriores permiten el uso de un registro ampliado a 32 bits, el ESI.

Registro DI. El registro índice destino también es requerido por algunas operaciones con cadenas de caracteres. En este contexto, el Di está asociado con el registro ES. Los procesadores 80386 y posteriores permiten el uso de un registro ampliado a 32 bits, el EDI.

• Registro de Apuntador de instrucciones

El registro apuntador de instrucciones (IP) de 16 bits contiene el desplazamiento de dirección de la siguiente instrucción que se ejecuta.

El registro IP está asociado con el registro CS en el sentido de que el IP indica la instrucción actual dentro del segmento de código que se está ejecutando actualmente.

El registro apuntador de instrucciones (IP) de 16 bits contiene el desplazamiento de dirección de la siguiente instrucción que se ejecuta. El IP está asociado con el registro CS en el sentido de que el IP indica la instrucción actual dentro del segmento de código que se está ejecutando actualmente. Los procesadores 80386 y posteriores tienen un IP ampliado de 32 bits, llamado EIP.

En el ejemplo siguiente, el registro CS contiene 25A4[0]H y el IP contiene 412H. Para encontrar la siguiente instrucción que será ejecutada, el procesador combina las direcciones en el CS y el IP:

Segmento de dirección en el registro CS: 25A40H Desplazamiento de dirección en el registro IP: + 412H Dirección de la siguiente instrucción: 25E52H

Los registros apuntadores están asociados con el registro SS y permiten al procesador accesar datos en el segmento de pila los registros apuntadores.

Registro SP. El apuntador de pila IP de 16 bits está asociado con el registro SS y proporciona un valor de desplazamiento que se refiere a la palabra actual que está siendo procesada en la pila.

Registro BP. El registro BP de 16 bits facilita la referencia de parámetros, los cuales son datos y direcciones transmitidos vía lapida.

MODELO DE VON NEUMANN

La maquina de Von Neumann tenia 5 partes básicas: La memoria, la unidad Aritmética lógica, la unidad de control del programa y los equipos de entrada y salida. La memoria constaba de 4096 palabras, cada una con 40 bits (0 o 1). Cada palabra podía contener 2 instrucciones de 20 bits o un número entero de 39 bits y su signo. Las instrucciones tenían 8 bits dedicados a señalar el tiempo de la misma y 12 bits para especificar alguna de las 4096 palabras de la memoria.

Dentro de la unidad aritmética - lógica, el antecedente directo actual CPU (Unidad central de Proceso), había un registro interno especial de 40 bits llamado en acumulador. Una instrucción típica era sumar una palabra de la memoria al acumulador o almacenar éste en la memoria.

La máquina no manejaba la aritmética de punto flotante, porque Von Neumann pensaba que cualquier matemático competente debería ser capaz de llevar la cuenta del punto decimal (en este caso del punto binario), mentalmente.
Un elemento importante del hardware de la PC es la unidad del sistema, que contiene una tarjeta de sistema, fuente de poder y ranuras de expansión para tarjetas opcionales. Los elementos de la tarjeta de sistema son un microprocesador, memoria de solo lectura (ROM) y memoria de acceso aleatorio (RAM).

El cerebro de la PC y compatibles es un microprocesador basado en la familia 8086 de Intel, que realiza todo el procesamiento de datos e instrucciones. Los procesadores varían en velocidad y capacidad de memoria, registros y bus de datos. Un bus de datos transfiere datos entre el procesador, la memoria y los dispositivos externos.
Aunque existen muchos tipos de computadoras digitales según se tenga en cuenta su tamaño, velocidad de proceso, complejidad de diseño físico, etc., los principios fundamentales básicos de funcionamiento son esencialmente los mismos en todos ellos.

Se puede decir que una computadora está formada por tres partes fundamentales, aunque una de ellas es subdividida en dos partes no menos importantes. En la figura 1.2 se muestran dichas partes, llamadas genéricamente unidades funcionales debido a que, desde el punto de vista del funcionamiento, son independientes.

El nombre de cada parte nos indica la función que realiza. Así, la Unidad Central de Proceso (CPU) es la que coordina el funcionamiento conjunto de las demás unidades y realiza los cálculos necesarios; por eso la podemos subdividir en una Unidad de Control (UC) y en una unidad de cálculo o Unidad Aritmético-Lógica (UAL). La unidad de Memoria Principal (MP) se encarga de almacenar las instrucciones que realizará la Unidad de Control al ejecutar un programa y los datos que serán procesados. La Unidad de Entradas y Salidas será la encargada de la comunicación con el exterior a través de los periféricos. Estos periféricos pueden ser: de entrada, como los teclados; de salida, como los tubos de rayos catódicos, y de entrada y salida, como los discos magnéticos.

Unidad de memoria principal

La memoria principal esta formada por un conjunto de unidades llamadas palabras. Dentro de cada una de estas palabras se guarda la información que constituye una instrucción o parte de ella (puede darse el caso de que una sola instrucción necesite varia palabras), o un dato o parte de un dato (también un dato puede ocupar varias palabras).

A la cantidad de palabras que forman la MP se le denomina capacidad de memoria. De este modo, cuanto mayor sea el numero de palabras mayor será el numero de instrucciones y datos que podrá almacenar la computadora. Una palabra esta formada a su vez de unidades mas elementales llamadas bits, del mismo modo que en el lenguaje natural una palabra esta formada por letras. Cada bit solo puede guardar dos valores, el valor 0 o el valor 1; por eso se dice que son elementos binarios.

El numero de bits que forman una palabra se llama longitud de palabra. Por regla general, las computadoras potentes tienen memorias con longitud de palabra grande, mientras que las computadoras pequeñas tienen memorias con longitud de palabra menor.

SOFTWARE DE SISTEMAS

Tambien denomidado Software de base, consiste en un software que sirve para controlar e interactuar con el sistema, proporcionando control sobre el Hardware y dando soporte a otros programas.

Tiene por objeto el apoyo de la operacion y el uso del propio computador, más que una aplicación determinada; por esta razón, suelen estar relacionado con la estructura de la máquina en la que se ejecutan.

La mayoria de los Software´s de sistemas son dependientes de la máquina, en este estudio hay que incluir máquinas y elementos de Software reales.

Fases del proceso de programa a la ejecución

Programa Fuente ► Traductor ► Cargador y Ligador► Programa .exe ó .com

PROGRAMA DE ESTUDIOS SOFTWARE DE SISTEMAS

Unidad 1 Introducción

1.1 Revisión Modelo Von Newman
1.2 Del Problema al Programa Cargado
1.3 Lenguajes Formales
1.4 Editores
1.4.1 Editores De Carácter
1.4.2 Editores De Línea
1.4.3 Editores De Pantalla
1.5 Lenguajes De Programación
1.5.1 Niveles Lenguajes De Programación (bajo, intermedio y alto)
1.5.2 Lenguajes De Programación Tipos (interpretes y compiladores)
1.5.3 Comparación Interpretes y Compiladores

Unidad 2 Ensamblador

2.1 Importancia Lenguaje Ensamblador
2.2 Manejo De Memoria
2.3 Direccionamiento Memoria
2.4 Formato De Un Programa
2.5 Proceso de Ensamble y Ligado
2.6 Instrucciones
2.6.1 Instrucciones Aritméticas
2.6.2 Instrucciones De Comparación
2.6.3 Instrucciones De Saltos
2.6.4 Instrucciones Para Stack
2.7 Macros Ensamblador
2.8 Interrupciones Ensamblador

Unidad 3 Compiladores Funciones

3.1 Fases de un Compilador
3.1.1 Fase de Análisis Compilador
3.1.1.1 Análisis Lexicográfico Compilador
3.1.1.2 Análisis Sintáctico Compilador
3.1.1.3 Análisis Semántico Compilador
3.1.2 Fase De Síntesis Compilador
3.1.2.1 Generación Optimización Código Intermedio
3.1.2.2 Generación Optimización Código Objeto
3.2 Diferencias entre Intérpretes y Compiladores

Unidad 4 Ligadores y cargadores

4.1 Ligadores
4.1.1 Liga de bibliotecas de código objeto
4.1.2 Ligadores Estáticos
4.1.3 Ligadores Dinámicos
4.2 Cargadores
4.2.1 Carga Absoluta y Relocalizable
4.2.2 Cargadores Estáticos
4.2.3 Cargadores Dinámicos
4.3 Paso del control al sistema operativo