Assembly (ohjelmointikieli)
Assembly eli "assembler" on ohjelmointikieli, joka on lähellä konekieltä. Toinen nimitys assembly-kielelle on "symbolinen konekieli".
Konekieli on suorittimen tai vastaavan laitteen ymmärtämä kieli.
Konekielen käskyt ovat lukujonoja, ja siksi vaikeita muistaa sekä hahmottaa koodia kirjoitettaessa. Siksi konekielen kirjoittamisen sijaan käytetään yleensä assemblyä. Assembly-ohjelma muutetaan konekieliseksi assembler-kääntäjällä.
Assembly-ohjelma koostuu käskyistä () ja niihin liittyvät operandeista, jotka vastaavat konekielen käskyjä. Lisäksi assembly-kielisessä ohjelmassa on muistiosoitteiden nimiä ja muita apusanoja.
Assemblyn käytön varjopuolia verrattuna C:n tyyppisiin korkean tason kieliin ovat muun muassa ohjelmoinnin vaikeus, hitaus ja virhealttius. Assemblyn käyttö vaatii taitoa ja erityistä tarkkuutta.
Assembly-kieli on huonosti siirrettävä kieli eri prosessoreiden välillä. Eri prosessorityypeille on erilaiset assembly-ohjelmat, elleivät prosessorit ole keskenään yhteensopivia. Assemblyä vaivaa myös assembler-kääntäjien erilaisuus esim. PC-maailmassa. Eri valmistajien tekemät assembly-kääntäjät saattavat erota toisistaan huomattavasti, vaikka prosessori olisikin sama.
Assemblyn vahvin puoli on sillä tuotetun ohjelman nopeus. Assembly on myös melko helppo oppia, koska sen käskyt ovat melko yksinkertaisia.
Assembleria on käytetty monesti korkean tason kielten ohella nopeuttamaan ohjelman ajoa joissain kohdissa.
Korkean tason kielen kääntäjät, esimerkiksi GCC, osaavat kääntää ns. inline-assemblyä.
Assembly on ohjelmointikielten alaluokka ja tarkoittaa symbolisia konekieliä. Tietokoneiden ymmärtämät konekielet koostuvat yleensä binäärimuotoisista käskyistä, jotka voidaan esittää esimerkiksi 1- ja 0-merkkien sarjoina.
Eräs Intelin 8086 suorittimen konekielen käsky siirtää luvun 97 rekisteriin AL:
Monesti tämä esitetään heksadesimaalilukuna lyhyemmän esitysmuodon vuoksi:
Assemblyllä käsky näyttää vielä selkeämmältä:
Esimerkissä "MOV" on käsky ja 61h operandi. Kyseistä syntaksia käytetään esimerkiksi MASM:issa, jossa operandit ovat järjestyksessä "kohde, lähde" eli "al, 61h"
GNU Assemblerissa käytetyllä AT&T:n syntaksilla operandit ovat järjestyksessä "lähde, kohde".
Symbolinen konekieli on konekielen havainnollisempi ja ihmisläheisempi esitysmuoto, joka määrittelee konekielen käskyille kirjoitetun kielen kaltaisen ulkoasun. Assembly-kielessä on siten lähes sama rakenne ja komennot kuin varsinaisessa konekielessä, mutta tekstimuotoisuus helpottaa ohjelman kirjoittamista ja ymmärtämistä. Lisäksi eri muistiosoitteisiin viitataan assemblyssa usein nimin ja itse muistiosoite voidaan antaa assemblerin määriteltäväksi. Konekieli ja siis myös assembly ovat sidonnaisia tiettyyn suoritinperheeseen.
Assembly-kielinen ohjelma muutetaan konekielelle assembleriksi nimetyllä kääntäjällä. Samaa laiteympäristöä varten voi olla useita eri syntakseja riippuen käytetystä assembler-ohjelmasta (esimerkiksi MASM, GAS). Muilla suorittimilla on omat eronsa ja ohjelmansa.
Esimerkiksi 32-bittisen kokonaisluvun, jonka arvo on "5" siirtäminen datarekisteriin d0 Motorola 68000:n suorittimella:
Assembly antaa ohjelmoijalle täyden määräysvallan suorittimelle syötettävän komentosarjan suhteen, ja siksi sitä käyttämällä voidaan hyödyntää tietokoneen resurssit tehokkaasti. Assemblyä käytettiin kotimikrojen alkuaikoina melko yleisesti. Esimerkiksi MS-DOS-käyttöjärjestelmä, taulukkolaskentaohjelma Lotus 1-2-3 ja lähes kaikki Commodore 64:n sekä useimmat Amigan kaupalliset videopelit ohjelmoitiin assemblyllä.
Puhtaan assembly-kielen käyttöä on perinteisesti puoltanut ohjelmakoodin tiiviys verrattuna kääntäjien tuottamaan konekieleen. Etenkin varhaisten tietokoneiden ferriittirengasmuistit, kotitietokoneiden muistit sekä sulautettujen järjestelmien ohjelmamuistit ovat olleet verrattain pieniä ja asettaneet tiukan rajan suoritettavan ohjelman koolle. Assembly-kielellä toteutettuun ohjelmaan voitiin koodata vain sovelluksen tarvitsemat toiminnot, kun taas esimerkiksi FORTRAN- tai Algol-kielellä toteutetut ohjelmat toivat aina mukanaan ylimääräistä koodia; tyypillisesti suoraan assemblyllä toteutettu ohjelma oli noin 1/10 korkean tason kielellä tuotettua ohjelmaa pienempi. Kokoedun takia esimerkiksi kiintolevyn alussa oleva käynnistyskoodi kirjoitetaan nykyäänkin assemblyllä.
Sovellusohjelmien osalta tällainen optimointi ei kuitenkaan yleensä enää ole mielekästä, eikä assemblyä juurikaan käytetä nykyaikaisten, PC:n kaltaisten koneiden eikä myöskään älypuhelinten sovellusohjelmoinnissa. Sovellusohjelmat ovat niin isoja, ettei niitä voi mielekkäästi hallita assembly-tasolla. Suorittimet ovat myös niin tehokkaita, että koodin nopeutuksella saatava hyöty ei yleensä ole vaivan arvoista. Pullonkaulat ovat yleensä muualla, kuten I/O-operaatioiden ja sivutuksen aiheuttamassa viiveessä. Korkean tason ohjelmointikielten kääntäjät ovat myös kehittyneet, ja samalla suorittimet sisäiseltä toiminnaltaan monimutkaistuneet niin, että kääntäjä tuottaa useimmiten tehokkaampaa koodia kuin mitä käsin ohjelmoimalla voisi saada aikaan, varsinkaan kohtuullisella työmäärällä. Lisäksi esimerkiksi tehokkaiden algoritmien ja tietorakenteiden valinta saattaa suurempia kokonaisuuksia assemblyllä koodattaessa jäädä pahasti taka-alalle, koska niiden toteuttaminen voi olla konekielellä liian työlästä.
Sulautettujen järjestelmien ohjelmoinnissa on assemblyllä jonkin verran vahvempi asema kuin PC-koneiden ohjelmoinnissa. Kokonaisia ohjelmia ei silti näillekään järjestelmille ole mielekästä ohjelmoida pelkällä assemblyllä.
Erityistilanteissa assemblyllä on kuitenkin vielä tärkeä asema. Sitä voi tarvita laitteistoläheistä ohjelmointia vaativissa tehtävissä, kuten laiteohjainten kehityksessä. Vielä toisinaan assemblyllä on käyttöä myös tehokkuutta vaativissa sovelluksissa, kuten salauksessa tai videon koodauksessa, kun ohjelman osia optimoidaan. Näissäkin tapauksissa assemblyllä koodataan mahdollisimman pieni osa. Kääntäjän tuottamaa assembly-koodia analysoimalla voidaan löytää keinoja korjata korkeamman tason koodia ja kääntäjälle annettavia ohjeita, kunnes tulos on haluttu. Koodin ymmärtäminen assembly-tasolla on joskus tärkeää myös vianetsinnässä.
Alla on esimerkki Assembly-kielisestä ohjelmasta Intelin x86-suvun arkkitehtuureille. Ohjelmakoodissa on käytetty Intelin x86-merkintätapaa. Ohjelma on MS-DOS-käyttöjärjestelmässä suoritettava COM-tyyppinen ohjelma.
Ohjelma kutsuu MS-DOS -käyttöjärjestelmän järjestelmäkutsua, joka tulostaa annetussa muistiosoitteessa olevan tekstin "Hei maailma!".
Rivi 1 määrittelee ohjelman alkuosoitteen segmenttinsä sisällä. Com-tyyppisissä ohjelmissa alkuosoite on aina 100h.
Rivi 2 ilmoittaa kääntäjälle, minkä tyyppistä aineistoa tässä kappaleessa on.
Rivi 4: heksaluku 9 siirretään rekisteriin AH.
Rivi 5: rekisteriin DX siirretään muistipaikan "teksti" osoite.
Rivi 6: Tulostamiseen käytetään PC:n DOS-käyttöjärjestelmien ohjelmistokeskeytystä 21h (h tarkoittaa heksalukua, luku on desimaalisena 33), jolle halutun toiminnon numero (9) annetaan rekisterissä AH. Rekisterissä DX on muistiosoite, josta haluttu $-merkkiin loppuva teksti alkaa datasegmentin ds sisällä.
Rivi 7: Rutiinin suorittamisen jälkeen palataan pääohjelmaan, mikä onnistuu com-tyyppisessä ohjelmassa pelkällä ret-käskyllä . Muuntyyppisessä ohjelmassa voi olla tarpeen käyttää ohjelmistokeskeytyksen 21h alaista toimintoa 4Ch.
Rivi 9: Tekstiin kuuluvat tavut on määritelty rivillä 9, joten ne alkavat heti ohjelmakoodin viimeisen tavun jälkeen. Tekstin alkuosoitteelle on annettu nimi (osoite) "teksti". Lopussa oleva dollarin merkki päättää tulostuksen.
Yllä olevaa ohjelmaa vastaava korkean tason kielinen, tässä PASCAL-ohjelma on
program Hello;
begin
end.
Seuraava esimerkki on Fibonaccin lukujen laskija Motorola 68K-suoritinperheelle. Lasketaan formula_1:s Fibonaccin luku antamalla formula_1 rekisterissä d0. Fibonaccin formula_3 luku formula_4 lasketaan silmukassa kaavalla: formula_5, ja formula_6 ja formula_7.
Riveillä 1-4 tarkistetaan, onko d0 formula_8 1, ja jos se on, lopetetaan aliohjelma ja palautetaan tuloksena 1. Rivillä 5 asetetaan silmukkalaskuri rekisterissä d1 arvoon 1. Riveillä 6 ja 7 asetetaan rekisterit d2 ja d3 arvoihin formula_9 ja formula_10. Rivillä 8 alkaa silmukka. Rivit 8 ja 9 laskevat seuraavan Fibonaccin luvun rekisteriin d4 summaamalla kaksi edellistä lukua rekistereistä d2 ja d3. Riveillä 10 ja 11 tallennetaan muistiin 2 uusinta Fibonaccin lukua rekistereihin d2 ja d3 seuraavaa kierrosta varten. Rivillä 12 kasvatetaan silmukkalaskuria yhdellä. Riveillä 13 ja 14 vertaillaan silmukkalaskuria ja formula_1:ää. Mikäli formula_1 on saavutettu, lopetetaan silmukka. Muuten hypätään takaisin riville 8. Rivillä 15 siirretään tulos rekisteristä d4 rekisteriin d0, ja rivillä 16 poistutaan aliohjelmasta.
Esimerkit antavat hyvän kuvan, miksi sovelluksia kehittäessä aikaa kuluu erittäin kauan ja työskentely puhtaalla assemblyllä on hankalaa. Korkeamman tason ohjelmointikielet on luotu helpottamaan tätä työtä, ja kääntäjiä käytetään muuntamaan selkeämpi kieli konekielimuotoon. Konekielet ovat kuitenkin yleensä hyvin suoraviivaisia, ja käskyjen suorittamat toiminnot ovat yksinkertaisia. Tämän vuoksi assembly-ohjelmointi on helppo opetella.