汇编的诞生

机器语言的困境
- 早期的程序员直接使用机器语言进行编程
- 机器语言由纯粹的数字(0, 1) 组成, 对应着CPU可以直接执行的指令和数据
- 繁琐, 反人类, 难以记忆
汇编语言的诞生
- 为了解决上述问题, 人们发明了汇编语言(Assembly Language)
- 核心思想: 为那些晦涩的二进制机器指令起一个简单易记的英文缩写, 助记符(Mnemonic)
- 例如:
  - ADD 代表加法操作
  - MOV 代表移动数据
- 10110000 01100001 -> MOV AL, 97 大大提高编程效率和可读性
汇编器的作用
- CPU只能理解二进制机器码, 看不懂 MOV AL, 97 这样的指令
- 汇编器被创造: 将汇编语言写的源代码汇编(翻译)成机器语言目标代码

汇编全景图

[图片]

汇编语言不是一种标准化的语言, 不同的CPU架构有不同的指令集, 因此有完全不同的汇编语言.

x86/x86-64 (CISC 复杂指令集)
- 领地: Windows, Linux.
- 特点: 历史悠久, 指令集庞大且复杂, 变长指令, 寄存器数量小但功能强大
- 厂商: Inter 和 AMD 自行设计, 制造和销售芯片
ARM (RISC 精简指令集)
- 领地: 智能手机, 嵌入式设备, 物联网. 今年来凭借 Apple M系列芯片进入桌面领域
- 特点: 设计简洁, 指令定长, 寄存器数量多, 采用 "加载-存储"架构
- 厂商: ARM公司只设计IP核(架构蓝图), 授权给其他公司(苹果, 高通, 三星, 华为等), 由这些公司自行生产
其他架构
- MIPS: 经典的RISC设计, 曾在路由器, 嵌入式广泛应用
- RISC-V: 开源的精简指令集架构, 非常简单化和简洁, 发展迅猛
- AVR/PIC: 主要用于微控制器(MCU), 是 Arduino 等开发板的核心

确定了架构主干后, 你会遇到具体的 “方言” 和工具

除了不同风格的语法, 不同的汇编器也有会自己的宏和处理指令

无论你走在哪条主干和分支上, 有些地貌特征是共通的, 这就是汇编语言的核心概念, 也是学习的重点

寄存器(Registers): CPU 内部高速存储单元
内存寻址模式(Memory Addressing Modes): 如何计算出操作数在内存中的地址. 如直接寻址, 寄存器间接寻址, 基址变址寻址等.
指令集(Instruction Set)
- 数据传送: MOV, PUSH, POP, LEA
- 算数运算: ADD, SUB, INC, DEC, MUL, DIV
- 逻辑运算: AND, OR, XOR, NOT
- 控制流: JMP, CALL, RET, 以及各种条件跳转
程序结构(Program Structure): 如何划分代码段, 数据段; 如何使用标签(Labels)
系统调用与中断(Syscalls & Interrupts): 如何让操作系统内核为你服务(例: 输出文字, 读取文件)

架构(Architecture): 底层硬件蓝图, 指的是CPU的设计, 它定义了:
- 指令集: CPU 能够理解和执行的基本命令集合(例: ADD, MOV 等), 不同架构之间最根本的区别
- 寄存器
- 内存访问方式
平台(Platform): 完整的运行环境, 指的是硬件架构和操作系统的组合, 它提供了软件运行的完整生态系统
- Windows on x86-64: 最常见的PC平台
- Linux on x86-64: 笔记本电脑, 服务器
- Linux on ARM: 智能手机, 平板, 嵌入式等
- MaxOS on x86-64: 2019年之前的苹果Mac电脑
- MaxOS on ARM: 搭载M系列芯片的苹果Mac电脑

同一份源代码编译出来的程序, 或者同一个解释型程序, 能够在不同的操作系统上运行, 不需要修改代码

关心的是: 操作系统的差异, 例: 文件路径(c:\ vs /), 动态库格式(.dll vs .so), GUI框架等

如何实现:

用户需要先安装一个运行时环境或虚拟机 (如 JVM, Python解释器), 这个运行时环境本身是需要为特定平台专门编译的
你的源代码被编译成一种中间格式(如java的.class字节码). 这个中间格式是跨平台, 跨架构的. 当用户在具体平台运行它时, 本地的运行环境会负责将中间格式 “翻译” 成当前平台能理解的本地指令

同一份源代码编译出来的程序, 能够在不同的CPU架构上运行

关心的是: CPU指令集的差异, 软件必须被编译成目标架构能理解的机器码

如何实现:

方案一: 分发代码
- 提供程序的源代码, 用户在自己的机器上针对自己的架构自行编译
- 例: Linux 开源软件
方案二: 提供多个二进制版本
- 开发者提前为不同的架构分别编译好, 用户根据自己的CPU下载对应的版本
- 例: Python 官网同时提供 x86-64 和 ARM64 的安装包

让我们分两层理解: