1

Programowanie

niskopoziomowe

dr inż. Paweł Pełczyński

[e-mail]

2

Literatura

Randall Hyde: „Asembler. Sztuka
programowania”, Helion, 2004.

Eugeniusz Wróbel: „Praktyczny kurs
asemblera”, Helion, 2004.

W prezentacji wykorzystano zdjęcia ze

stron:

http://pl.wikipedia.org

http://www.dis.uniroma1.it/~iocchi/stereo/

3

Cechy programowania

niskopoziomowego

Programowanie niskopoziomowe wymaga od

programisty znajomości sprzętu, w szczególności

architektury mikroprocesora.

Programy są pisane w języku pozwalającym na

bezpośrednie odwołania do rejestrów

mikroprocesora, portów I/O i pamięci systemu

– zazwyczaj jest to asembler.

Programowanie w języku niskiego poziomu

wymaga doświadczenia, jest czasochłonne

i narażone na błędy.

4

Uzasadnienie potrzeby

programowania

niskopoziomowego

Programowanie niskopoziomowe pozwala
na najdalej idącą optymalizację kodu
pod względem szybkości wykonania
lub objętości programu.

5

Zastosowania programowania

niskopoziomowego

Tworzenie sterowników i programów startowych

Pisanie elementów jądra systemu operacyjnego

Pisanie programów dla mikrokontrolerów o bardzo

ograniczonych zasobach

Tworzenie silnie zoptymalizowanych aplikacji dla tzw.

systemów wbudowanych

Realizacja wydajnych aplikacji dla systemów

przetwarzania sygnałów i obrazów (DSP)

Programowanie procesorów wektorowych, np. GPU

6

Zastosowania programowania

niskopoziomowego

Tworzenie sterowników i programów startowych

Przykładem takiego oprogramowania jest system BIOS

umieszczony w pamięci nieulotnej płyty głównej

komputera PC. Jego zadaniem jest:

konfiguracja i inicjalizacja pracy układów wchodzących

w skład systemu

załadowanie do pamięci i uruchomienie programu

ładującego system operacyjny

utworzenie programowej abstrakcji sprzętu,
pozwalającej na ujednolicone odwołania aplikacji
programowych do urządzeń, niezależnie od ich budowy

(funkcje i przerwania BIOSu)

7

Zastosowania programowania

niskopoziomowego

Pisanie programów dla
mikrokontrolerów o bardzo
ograniczonych zasobach

Mikrokontrolery są jednoukładowymi
komputerami, często stosowanymi do
sterowania sprzętem elektronicznym
powszechnego użytku. Ze względu na
wymaganie małego kosztu ich zasoby
są silnie ograniczone, co wymaga
tworzenia wysoce zoptymalizowanych
aplikacji programowych. Wysoki koszt
tworzenia aplikacji w języku
niskopoziomowym jest uzasadniony
produkcją wielkoseryjną sprzętu.

8

Zastosowania programowania

niskopoziomowego

Tworzenie silnie

zoptymalizowanych aplikacji

dla tzw. systemów

wbudowanych

Podobnie, jak poprzednio,

wysoki koszt tworzenia

aplikacji w języku

niskopoziomowym jest

uzasadniony produkcją

wielkoseryjną sprzętu.

9

Zastosowania programowania

niskopoziomowego

Realizacja wydajnych aplikacji

dla systemów przetwarzania

sygnałów

i obrazów (DSP)

Niektóre aplikacje wymagają

dużej mocy obliczeniowej, by

mogły realizować postawione

zadania w czasie rzeczywistym.

Osiąga się to przez

zastosowanie specjalizowanych

procesorów sygnałowych (DSP)

oprogramowanych w

asemblerze.

10

Zastosowania programowania

niskopoziomowego

Programowanie procesorów

wektorowych, np. GPU

Programowanie procesorów

wektorowych, np. procesorów

graficznych, wymaga specyficznego

podejścia, ze względu ma

możliwość przetwarzania wielu

danych w jednej instrukcji. W tym

celu zostały opracowane

specjalizowane języki niskiego

poziomu.

11

Języki programowania
niskopoziomowego

Pierwsza generacja - Język wewnętrzny

(maszynowy).

Druga generacja - Język symboliczny (asembler).

Języki symboliczne wysokiego poziomu pozwalające
na operowanie na fizycznych rejestrach, portach i

pamięci komputera, posiadają cechy języków
niskiego poziomu – pozwalają na tworzenie
programów o podobnej funkcjonalności.

12

Język wewnętrzny

Język wewnętrzny (maszynowy) jest definiowany

operacjami realizowanymi przez mikroprocesor

Lista instrukcji jest zbiorem wszystkich operacji

wykonywanych przez mikroprocesor

Odpowiednio uporządkowany ciąg instrukcji

stanowi program – kod maszynowy

13

Język wewnętrzny - wady

Reprezentacja instrukcji za pomocą kodów

liczbowych

Trudne tworzenie i poprawianie programu

Wymagana jest dobra znajomość danej platformy

sprzętowej

14

Język symboliczny - asembler

Asemblery są językami powstałymi na bazie języka
maszynowego danego mikroprocesora przez
zastąpienie kodów instrukcji nazwami
symbolicznymi – mnemonikami

Asembler jest językiem niskiego poziomu, jedno
polecenie asemblera odpowiada zazwyczaj
jednemu rozkazowi mikroprocesora

15

Asembler - cechy

Mnemoniczne nazwy operacji

Operowanie symbolicznymi nazwami adresów danych i
etykiet

Możliwość stosowania makrooperacji

Możliwość łatwiejszego modyfikowania programu

16

Asembler – składnia linii
programu

[etykieta:] [instrukcja [argument1 [, argument2...]]][; komentarz]

Etykieta jest symboliczną nazwą adresu instrukcji

Przykład:

laduj:

mov ax, $20A4 ; załaduj do rejestru ax daną szesnastkową 20A4

Program napisany w języku asemblera wymaga asemblacji –
przetłumaczenia na kod maszynowy.

Program tłumaczący jest także nazywany asemblerem.

17

Asembler – makrooperacje

Często powtarzający się ciąg instrukcji można zastąpić tzw.
makroopperacją
Makrooperację definiuje się przez umieszczenie ciągu instrukcji
między poleceniami: macro nazwa i endm

Przykład:
macro mnoz_int x, y

mov ax, x

; załaduj do rejestru ax pierwszą daną

mov bx, y

; załaduj do rejestru ax drugą daną

imul;

endm
...
mnoz_int a, b ; makro użyte w programie
...

18

Program tłumaczący - translator

Kompilator języka symbolicznego (asemblera)
tłumaczy program na kod maszynowy

Proces kompilacji jest tutaj nazywany asemblacją, a sam
kompilator – asemblerem.

19

Cechy Języka C

B.Kernighan, D. Ritchie 1971

Język C jest językiem „względnie niskopoziomowym”

wśród języków strukturalnych. Posiada następujące
cechy:

Nie sprawdza rozmiaru pamięci przydzielonej na tablice

Pozwala alokować pamięć, nie podając typu danych w niej
przechowywanych

Pozwala na manipulację portami komputera na niskim poziomie

Ze względu na te cechy został zastosowany do napisania elementów

systemu operacyjnego UNIX