Assembly é uma linguagem de programação de baixo nível que serve como um intermediário entre o código de máquina e as linguagens de alto nível como C, Java ou Python. O código assembly é escrito em uma forma que é mais legível para os humanos do que o código de máquina puro, mas ainda está intimamente ligado à arquitetura do processador.

Este documento explora como um processador interpreta e executa o código assembly, detalhando o processo desde a escrita do código até sua execução final em um computador.

1. Estrutura do Código Assembly

O código assembly é composto por instruções que correspondem diretamente às operações realizadas pelo processador. Cada instrução é uma linha de código que pode incluir:

• Mnemonico: Representa a operação a ser executada (ex: MOV, ADD, SUB).
• Operandos: Os dados ou endereços envolvidos na operação (ex: registradores, constantes).

Exemplo de Código Assembly

MOV AX, 5       ; Move o valor 5 para o registrador AX
ADD AX, 3       ; Adiciona 3 ao valor no registrador AX

2. Montagem e Código de Máquina

O processo de execução de código assembly envolve a conversão do código assembly em código de máquina, que é a forma binária compreendida diretamente pelo processador. Este processo é conhecido como montagem.

2.1 Montador

Um montador (ou assembler) é um programa que traduz o código assembly para código de máquina. Ele faz isso substituindo os mnemonicos por suas representações binárias e resolvendo os endereços e labels usados no código.

2.2 Código de Máquina

O código de máquina é composto por uma série de bytes que o processador pode ler e executar diretamente. Cada instrução em assembly é convertida em um ou mais bytes de código de máquina.

Exemplo de Conversão

Para a instrução MOV AX, 5, o montador gera uma sequência de bytes correspondente à operação de mover o valor 5 para o registrador AX. O processador possui um conjunto de códigos de operação (opcodes) que correspondem a cada instrução.

3. Decodificação de Instruções

Depois que o código de máquina é carregado na memória, o processador deve decodificar e executar essas instruções. O processo de execução inclui os seguintes passos:

3.1 Busca

O processador busca a próxima instrução da memória. Isso é feito pelo contador de programa (PC), que mantém o endereço da próxima instrução a ser executada.

3.2 Decodificação

O processador decodifica o código de máquina para determinar qual operação deve ser realizada. O decodificador de instruções traduz o opcode da instrução em sinais de controle que direcionam as operações internas do processador.

3.3 Execução

Durante a fase de execução, o processador realiza a operação especificada pela instrução. Isso pode envolver operações aritméticas, lógicas, movimentação de dados ou controle de fluxo.

3.4 Escrita de Resultados

Após a execução, os resultados da operação são armazenados nos registradores ou na memória, dependendo da instrução.

4. Exemplo Prático

Considere o seguinte código assembly para uma arquitetura x86:

MOV AX, 4       ; Carrega 4 no registrador AX
ADD AX, 2       ; Adiciona 2 ao valor em AX

1. Montagem: O montador converte estas instruções em código de máquina:

• MOV AX, 4 pode se transformar em bytes como B8 04 00.
• ADD AX, 2 pode se transformar em bytes como 83 C0 02.

1. Decodificação e Execução: O processador lê os bytes e os decodifica:

• B8 indica uma instrução MOV com um destino de 16 bits (AX) e um valor imediato de 04.
• 83 C0 02 indica uma instrução ADD com um destino de 16 bits (AX) e um valor imediato de 02.

1. Resultado: Após a execução, o registrador AX conterá o valor 6 (4 + 2).

Tipos de Assembly

Existem vários tipos de Assembly, cada um associado a uma arquitetura de processador específica.

Aqui estão os principais tipos:

1. Assembly x86:

• x86 é uma arquitetura de processador desenvolvida pela Intel. É uma das mais comuns para PCs e laptops.
• x86 refere-se à arquitetura de 32 bits, enquanto x86-64 (ou AMD64) refere-se à extensão de 64 bits.
• Assembly x86 tem uma sintaxe e um conjunto de instruções que são usados para programar diretamente processadores Intel e AMD que seguem essa arquitetura.

1. Assembly ARM:

• ARM é uma arquitetura de processador popular em dispositivos móveis, tablets e alguns sistemas embarcados.
• ARM é conhecida por sua eficiência energética e arquitetura RISC (Reduced Instruction Set Computer), que usa um conjunto menor e mais simples de instruções.
• Assembly ARM pode variar um pouco dependendo da versão do ARM (por exemplo, ARMv7, ARMv8).

1. Assembly MIPS:

• MIPS (Microprocessor without Interlocked Pipeline Stages) é outra arquitetura RISC.
• É amplamente utilizada em sistemas embarcados e em alguns processadores de computadores.
• Assembly MIPS é conhecida por seu design simples e pela sua facilidade de aprender.

1. Assembly PowerPC:

• PowerPC foi desenvolvido pela Apple, IBM e Motorola e era comum em computadores Apple antes da transição para Intel.
• É uma arquitetura RISC e tem sido usada em várias aplicações, desde consoles de videogame até servidores.
• Assembly PowerPC é projetado para trabalhar com a arquitetura PowerPC.

1. Assembly SPARC:

• SPARC (Scalable Processor Architecture) foi desenvolvido pela Sun Microsystems e é utilizado em alguns servidores e estações de trabalho.
• Também é uma arquitetura RISC e é conhecida por seu design escalável e modular.
• Assembly SPARC é usado para programar processadores que seguem a arquitetura SPARC.

Cada tipo de assembly é projetado para um conjunto específico de processadores e tem um conjunto único de instruções e sintaxes. Programar em assembly geralmente requer um conhecimento profundo da arquitetura do processador alvo, bem como uma compreensão detalhada de como o hardware executa as instruções.

Conclusão

O processo pelo qual um processador entende e executa código assembly envolve a tradução do código assembly em código de máquina, a decodificação dessas instruções e a execução das operações. Este processo permite que os programadores escrevam código de baixo nível que é eficiente e diretamente controlado pelo hardware do processador. A compreensão deste processo é fundamental para a programação em assembly e para a otimização do desempenho de sistemas computacionais.