שפת סף

שפת סף או אַסֶּמבּלי (באנגלית: Assembly) היא שפת התכנות הבסיסית והקרובה ביותר לשפת מכונה.

בשפת הסף, בצורתה הבסיסית, קיימת התאמה בין ההוראות שכותב המתכנת ובין ההוראות המופקות מהן בשפת מכונה, כלומר, כל הוראה יחידה באסמבלי מתורגמת להוראה אחת או יותר בשפת מכונה. לכן, כמו שפת המכונה, גם שפת הסף פועלת באופן ישיר על תאי הזיכרון של המחשב, על האוגרים הפנימיים של המעבד ועל יציאות הקלט/פלט של המחשב, ובפרטנות רבה. כתוצאה מכך, לכל סדרת מעבדים יש שפת סף משלה, כתלות בסט הפקודות של המעבד.

תכנות בשפת סף נחשב לקשה הרבה יותר מבשפות התכנות העיליות, בין היתר משום ששפת סף אינה אינטואיטיבית וקלה לקריאה כמו השפות העיליות. תכנות בשפת סף, במיוחד כזה הנחשב ליעיל, מחייב להכיר היטב את חומרת המחשב, בעוד שבשפות עיליות המהדר דואג להתאימן לחומרה. מעבר לכך, לשם ביצוע כל פעולה, ולו הפשוטה ביותר, עשויות להידרש הוראות שפת סף רבות. לדוגמה, כדי להציב במשתנה A את סכומם של המשתנים B ו־C, מספיקה בשפה עילית פקודה יחידה מצורה דומה ל־ A := B + C. באסמבלי, לעומת זאת, הפעולה תהיה ארוכה יותר, לדוגמה:

mov ax, B – העבר את הערך B אל אוגר ax

add ax, C – הוסף את הערך C לערך שנמצא באוגר ax

mov A, ax – העבר את הערך שנמצא באוגר ax אל הכתובת של המשתנה A

התכנות בשפת סף היה נפוץ למדי ואפילו דומיננטי, למרות הקושי שבו, עד לתחילת שנות ה־70 של המאה העשרים, וזאת בשל משאבי המחשב המוגבלים שעמדו לרשות המתכנתים ובשל היכולת ליצור קוד יעיל במהירות־הביצוע וחסכוני בזיכרון, יותר מקוד שנוצר בשפות עיליות. בעקבות השתכללות המהדרים של השפות העיליות, לא נותר עוד הבדל משמעותי שיצדיק את הטרחה שבכתיבה בשפת סף, והשימוש בה נדיר כיום. כיום היא משמשת בעיקר כותבי מערכות הפעלה, מפתחים של חלקי תוכנה שדרושים להם ביצועים מהירים במיוחד או תקשורת ישירה עם רכיבי חומרה (כמו מנהלי התקנים), וכן כותבי וירוסים מתוחכמים.

המהדר של שפת הסף, המתרגם את קובצי ההוראות לשפת מכונה, נקרא אסמבלר (Assembler).

בגלל ששפת סף תלויה בקוד המכונה שספציפי למערכות מחשוב שונות, כל שפת סף יכולה לשמש רק לארכיטקטורת מחשב מסוימת. 

 אסמבלי במעבדי 8086 
 הקדמה 
נכון לשנת 2020, חלק גדול מהמעבדים בשוק מבוססים על סדרת 8086 של אינטל, וגם שפת הסף שלהם מבוססת על שפת הסף של המעבד אינטל 8086.

היות ששפת אסמבלי עוסקת בגישה ישירה לזיכרון ולהתקנים חיצוניים (באמצעות out ו־in), רצוי להכיר מספר עקרונות מנחים בסיסיים:

ארכיטקטורת פון נוימן – על פי ארכיטקטורה זו, אשר פותחה על ידי מדען המחשב והמתמטיקאי ג'ון פון נוימן במאה ה־20, הנתונים וההוראות מאוחסנים באותו זיכרון. המחשב עצמו מחולק ל־4 רכיבים מרכזיים:
 זיכרון – מכיל נתונים, כתובות, והוראות
 מעבד – מקבל, מפרש ומריץ את ההוראות מהזיכרון
 התקנים חיצוניים (I/O – Input/Output) – כגון מקלדת, עכבר, רמקול, מיקרופון או דיסק און קי.
 אפיקי נתונים (Busses) – פסים אלו אחראים להעברת נתונים, הוראות, ופקודות בקרה בין המעבד, הזיכרון, וההתקנים החיצוניים. בעבר, רוחב של אפיק נתונים היה בגודל "מילה" (16 סיביות) או 32 סיביות ("מילה כפולה" – Double Word), אך ברוב המחשבים היום הוא 64 סיביות.

 הגדרת סביבת עבודה 
כתיבת הקוד בשפת סף מחולקת למספר שדות הנקראים מקטעים (segments). במקטע אשר מיועד ליצירת משתנים, יש ליצור משתנים. במקטע אשר נועד להגדרת , יש להגדיר מחסניות. במקטע אשר מיועד לכתיבת קוד, יש לכתוב קוד, וכן הלאה. המקטעים נקראים בשמות שונים בסביבות עבודה שונות. טקסט זה יכיל את 3 המקטעים העיקריים:
 מקטע המידע – data segment, נקרא לעיתים DATASEG
 מקטע המחסנית – stack segment
 מקטע הקוד – Code Segment, אשר נקרא לעיתים CODESEG

אחת מסביבות העבודה הנוחות ביותר ללמידת שפת סף היא Emu8086 אשר פועלת במערכת ההפעלה Windows. סביבה זו היא בעצם אמולציה של המעבד הישן 8086 של אינטל (אשר פתח את סדרת מעבדי x86).

 אוגרים 

אוגרים (Registers) הם יחידות זיכרון של המעבד שבאמצעותן מתבצעות פעולות שונות. למעבד לוקח זמן מאוד קצר לגשת אליהם ולכן שימוש בהם הוא יעיל.

האוגרים בטבלה להלן נכונים לדור הבסיסי של מעבד 8086 – כיום נעשו שינויים – הוסיפו ושינו אוגרים בהתאם להתפתחות הטכנולוגיה. למשל ax, שגודלו 16 סיביות הוא חלק מאוגר eax שגודלו 32 סיביות (Double Word). עם זאת, האוגרים המצוינים בטבלה עדיין תקפים מפאת עקרון התאימות לאחור של מעבדי אינטל (קוד שנכתב למעבד ישן יותר יהיה ניתן להרצה על מעבד חדיש יותר). כל אחד מארבעת האוגרים ax, bx, cx ו־dx מורכב מ־2 אוגרים של 8 ביט – h (high) ו־l (low). שינוי של אחד מהאוגרים הקטנים יוביל לשינוי אוגר גדול, ולהפך – שינוי של אוגר גדול יוביל לשינוי של האוגרים הקטנים. לדוגמה, אם נשנה את al, ערך ax ישתנה בהתאם, ולהפך.
+האוגרמספר סיביותתפקידax (Accumulator Register – צובר)
מורכב משני אוגרים של 8 ביט: al, ah16משמש לפעולות אריתמטיות ולוגיות. ניתן לבצע זאת באוגרים אחרים, אך השימוש ב־ax בדרך כלל יעיל יותר.bx (Base Address Register – כתובת בסיס)
מורכב משני אוגרים של 8 ביט: bl, bh16משמש לשמירת כתובות בזיכרוןcx (Count Register – מונה)
מורכב משני אוגרים של 8 ביט: cl, ch16המונה מונה דברים, כגון כמות הפעמים שהלולאה בוצעה, או כמות תווים בקובץ או במחרוזת.dx (Data Register – מידע)
מורכב משני אוגרים של 8 ביט: dl, dh16משמש לפעולות אריתמטיות מסוימות וכן לשמירת כתובות של התקנים חיצונייםsi (Source Index – מצביע מקור)16ניתן להשתמש בו כמצביע כדי לפנות לכתובת בזיכרון, ובטיפול במחרוזותdi (Destination Index – מצביע יעד)16כמו si, ניתן להשתמש בו כמצביע כדי לפנות לכתובת בזיכרון, ובטיפול במחרוזותbp (Base Pointer – מצביע בסיס)16שומר את המיקום האחרון של מקטע המחסניתsp (Stack Pointer – מצביע מחסנית)16מצביע על הכתובת בזיכרון שמכילה את ראש המחסנית. שינוי אוגר זה עלול לגרום לתקלות בתוכנית, ולכן אין לשנותו אלא אם המתכנת פועל בזהירות ומתוך ידיעת ההשפעות של הזזת מיקום המחסנית בזיכרון.ip – קיצור של Instruction Pointerמצביע על כתובת הזיכרון שתוכנה עומד לעיבוד. פקודות קפיצה (jump) משתמשות באוגר זה על מנת לקפוץ לכתובת שונה בקוד התוכנה.ds – קיצור של data segmentמצביע על הכתובת של מקטע המידעss – קיצור של stack segmentמצביע על הכתובת של מקטע המחסניתcs – קיצור של code segmentמצביע על הכתובת של מקטע הקודes – קיצור של extra segmentמצביע על הכתובת של מקטע הזיכרון העודף – אוגר הדגלים16מייצג שורה של ״דגלים״ אשר נדלקים בהתאם להתרחשותם של אירועים שונים בתוכנה. לדוגמה, דגל האפס (zero flag) "יוּרם" (יהפוך מ־0 ל־1) כאשר תוצאה של פקודה כלשהי תהיה 0.

 פקודות בסיסיות 

פקודות מובנות באסמבלי יכולות לקבל בין 0 ל־2 ערכים. הן מבצעות פעולות לוגיות ואריתמטיות כגון השמה, חיבור, חיסור, כפל, חילוק, השוואה, קפיצות (jmp), קפיצות מותנות (je, jne, jb, ja וכו׳).
+הפקודהמספר האופרנדיםמה היא עושהדוגמאותmov a, b2 (פעולה בינארית)השמה
a = bmov ax,5

mov bx,axadd a, b2 (פעולה בינארית)חיבור
a = a + badd bl,al

add ax,6sub a, b2 (פעולה בינארית)חיסור
a = a - bsub al,ah

sub dx,dxinc a1 (פעולה אונארית)הוספת 1 (increment)
a = a + 1inc cx

inc dldec a1 (פעולה אונארית)חיסור 1 (decrement)
a = a - 1dec bx

dec dhneg a1 (פעולה אונארית)מינוס
a = - aneg ch
neg axmul a1 (פעולה אונארית)כפל, ושמירה של התוצאה באוגר ax
ax = ax * aimul a1 (פעולה אונארית)כפל של מספרים לא מסומנים (unisigned)
ax = ax * adiv a1 (פעולה אונארית)חילוק, ושמירה של התוצאה באוגר axidiv a1 (פעולה אונארית)חילוק מספרים לא מסומנים (unsinged)not a1 (פעולה אונארית)and a b2 (פעולה בינארית)or a b2 (פעולה בינארית)jmp label1 (פעולה אונארית)קפיצה לתווית מסוימת בקוד (לשורה אחרת)mov ax,6jmp skipinc bxsub cx,4:skipje label1 (פעולה אונארית)קפיצה לתווית מסוימת אם שני ערכים שווים בערכםcmp al, 6je afterinc bl:afterjne label1 (פעולה אונארית)קפיצה לתווית מסוימת אם שני ערכים לא שווים בערכםja label1 (פעולה אונארית)קפיצה לתווית מסוימת אם הערך הראשון גדול מהשניjb label1 (פעולה אונארית)קפיצה לתווית מסוימת אם הערך הראשון קטן מהשניloop label1 (פעולה אונארית)לולאה לתווית מסוימת, חוזרת CX פעמים בכך שמורידה

את ערכו כל ריצה ב-1.

 דוגמאות קוד 
מאקרו למעבר שורה:
macro move_line
 pusha
 mov dl,10
 mov ah,2
 int 21h
 mov dl,13
 int 21h
 popa
 endmמאקרו להדפסת ספרה כתו:
macro print_digit digit
 pusha
 mov dl,digit
 add dl,30h
 mov ah,2h
 int 21h
 popa
 endm

לסיקור מקיף יותר של שפת סף, ניתן לגשת למדריך בוויקיספר העברי.

ראו גם
 מונחים בתוכנה
 מונחים בחומרה

קישורים חיצוניים

 מדריך לאסמבלי 
 מבוא למערכות מחשב ואסמבלי 



הערות שוליים

*
קטגוריה:תכנות
קטגוריה:מונחים בתוכנה

pl:Asembler#Język asemblera