Hướng dẫn cơ bản về ngôn ngữ Assembly

1. Giới thiệu về ngôn ngữ Assembly

Bộ vi xử lý của máy tính được ví như bộ não của con người, nó quản lý các quá trình biến đổi số học, logic và điều khiển mọi hoạt động của máy tính. Mỗi họ vi xử lý có một tập hướng dẫn riêng để thực hiện các hoạt động như nhận tín hiệu từ bàn phím, chuột, đọc dữ liệu từ ổ cứng, hiển thị thông tin trên màn hình...Các bộ vi xử lý chỉ hiểu những hướng dẫn dạng ngôn ngữ máy, là các chuỗi 1 và 0, việc lập trình với các chuỗi số này quá trừu tượng và phức tạp. Bởi vậy, ngôn ngữ Assembly được phát triển sử dụng tập lệnh gần gũi với ngôn ngữ máy nhưng lại biểu diễn dưới dạng mã dễ hiểu hơn nhiều.

Ngôn ngữ Assembly hay hợp ngữ Assembly là ngôn ngữ lập trình có thể làm việc trực tiếp với phần cứng của máy tính. Ngôn ngữ này cho phép các lập trình viên viết mã lệnh điều khiển máy tính bằng cách sử dụng các ký tự và biểu thức đơn giản, dễ hiểu. Assembly thường đóng vai trò trung gian, giúp phát triển các ngôn ngữ lập trình bậc cao. Vốn là một ngôn ngữ bậc thấp, gần với ngôn ngữ máy nên Assembly sẽ mạnh hơn các ngôn ngữ cấp cao như C++, Python hay Java ở tốc độ thực thi chương trình và kiểm soát tài nguyên phần cứng.

2. Ưu nhược điểm của ngôn ngữ Assembly

Như đã trình bày ở trên, Assembly có khả năng thực thi nhanh hơn các ngôn ngữ lập trình bậc cao. Bên cạnh đó, trong một chương trình được viết bằng Assembly sẽ đòi hỏi ít instruction hơn để hoàn thành một tác vụ so với các ngôn ngữ khác. Điều này cho phép các lập trình viên dễ dàng tối ưu hóa code phù hợp nhất với phần cứng sẽ chạy chương trình. Một lợi ích khác của Assembly là cho phép các lập trình viên truy cập trực tiếp vào tài nguyên phần cứng của máy tính, chẳng hạn như bộ nhớ và các cổng vào/ra. Assembly là một trong những ngôn ngữ lý tưởng để lập trình hệ thống, bao gồm cả việc viết code tương tác với hệ điều hành và các thiết bị phần cứng của máy tính.

Assembly có một số nhược điểm sau: Các chương trình lớn nếu được viết bằng Assembly thường yêu cầu phần cứng có khả năng xử lý, tính toán mạnh hơn và không thể chạy trên máy tính cấu hình yếu. Một số người sẽ thấy cú pháp câu lệnh của Assembly khó nhớ hơn và có thể mất nhiều thời gian hơn để viết code vì nó phức tạp hơn nhiều ngôn ngữ khác. Ngoài ra, chương trình viết bởi Assembly thường không thể chuyển đổi được giữa các thiết bị có cấu trúc phần cứng khác nhau.

Các ưu điểm và nhược điểm của Assembly có thể tóm tắt trong bảng sau:

ngon-ngu-assembly

3. Assembly hoạt động như thế nào?

Thực tế, máy tính chỉ có thể thực thi các mệnh lệnh của con người khi mệnh lệnh ấy được thể hiện dưới dạng mã nhị phân, bao gồm các số 1 và 0.

Quá trình này về bản chất là việc chuyển mã nhị phân thành các trạng thái “đóng” hoặc “mở” dòng điện đi qua các linh kiện điện tử trong máy tính. Tất nhiên, không có một lập trình viên nào có thể viết chương trình phần mềm bằng cách làm việc trực tiếp với các số 1 và 0. Thay vào đó, lập trình viên phải dựa vào các ký tự hay quy ước tượng trưng khác nhau để có thể diễn đạt mệnh lệnh của mình theo định dạng trực quan hơn. Cụ thể, hiện nay các lập trình viên thường sử dụng các ngôn ngữ lập trình bậc cao để đưa ra các lệnh với máy tính. Tuy nhiên, cuối cùng thì những mã lệnh bậc cao này cần được dịch sang ngôn ngữ máy. Thay vì thực hiện thủ công, họ sẽ dựa vào các hợp ngữ như Assembly để tự động dịch giữa các ngôn ngữ bậc cao và ngôn ngữ máy. Thực tế, từ Assembly vẫn phải qua một bước dùng trình hợp dịch để chuyển sang ngôn ngữ máy. Có hai loại trình hợp dịch:

Trình hợp dịch một lần: Quét toàn bộ chương trình một lần và tạo ra một chương trình nhị phân tương ứng. Loại trình hợp dịch này xác thực mã lệnh hợp ngữ bằng cách tra cứu mã trong bảng mã theo quy ước. Trình hợp dịch một lần thường nhanh hơn trình hợp dịch nhiều lần và không cần qua bất kỳ mã trung gian nào.
Trình hợp dịch nhiều lần: Đầu tiên, trình hợp dịch nhiều lần tạo một bảng mã ứng với mọi ký hiệu sử dụng trong chương trình code và từng giá trị của chúng. Sau đó sử dụng bảng mã này trong các lần chuyển tiếp sau để tạo mã mới. Mỗi phần trong chương trình sẽ được tạo riêng biệt dưới dạng mô đun và thường xử lý một nhiệm vụ cụ thể khác nhau.

4. Các thành phần chính của ngôn ngữ Assembly

4.1. Cú pháp

Khi bạn viết code bằng bất kỳ ngôn ngữ lập trình nào, bạn phải phải tuân theo một thứ tự quy tắc cụ thể, cấu trúc cú pháp của ngôn ngữ ấy. Trong Assembly cũng vậy, cú pháp của Assembly chứa các tiêu chí như: số lượng ký tự tối đa được phép, dòng mã lệnh phải bắt đầu bằng ký hiệu nào, ý nghĩa của một ký tự là gì…

4.2. Label

Label là một ký hiệu đại diện cho một địa chỉ, nơi lưu trữ mã nguồn hoặc dữ liệu. Mục đích chính của Label là làm đích đến khi được tham chiếu trong một câu lệnh. Có 2 loại Label: Symbolic Label bao gồm một mã định danh theo sau là dấu hai chấm; còn Numeric Label bao gồm một chữ số theo sau là dấu hai chấm.

4.3. Toán tử

Toán tử là các biểu thức logic xảy ra sau trường Label, trước toán tử phải có ít nhất một ký tự khoảng trống (space). Các toán tử có thể là opcode hoặc directive.

4.4. Directive

Directive là những hướng dẫn dành cho lập trình viên Assembly, cho biết những hành động nào phải diễn ra trong quá trình code. Chúng có vai trò quan trọng trong việc khai báo hoặc dành bộ nhớ cho các biến. Ngoài ra, Directive cũng được sử dụng để chia chương trình thành các phần khác nhau.

5. Ví dụ minh họa code trong Assembly

Bên dưới là một đoạn mã lệnh được viết bằng ngôn ngữ Assembly để hiển thị lời chào: “Hello, ICANTECH”:

section .data

hello: db 'Hello, ICANTECH',10

helloLen: equ $-hello

section .text

global _start

_start:

mov eax,4

mov ebx,1

mov ecx,hello

mov edx,helloLen

int 80h

mov eax,1

mov ebx,0

int 80h;