Как программировать на машинных кодах?

Question

[flexpc]

Точно не знал какой какой тег поставить, если тег поставлен не правильно - не обессудьте.
У меня есть идея, создать свой диалект ассемблера с простым синтаксисом, что бы на нем мог программировать любой человек, не проигрывая в скорости (идея скорее теоретическая нежели практическая, просто хочу понять как такое можно реализовать и как это работает). Я подразумеваю, что для этого нужно написать интерпретатор (написанный на машинном коде), который будет транслировать этот язык в машинный код и исполнять на процессоре. Соответственно мне надо понять, как писать программу чисто на машинных кодах. Как можно это сделать? И есть ли другие варианты реализации этой идеи? Спасибо.

Comments

[Everything_is_bad]

а хоть какой-то ассемблер ты знаешь, чтобы хотя бы примерно понимать как он работает?

[flexpc]

Everything_is_bad, простое понимание есть, но не на высоком уровне

[Everything_is_bad]

flexpc, ладно зайдем с другой стороны, что такое "диалект ассемблера с простым синтаксисом", что именно ты собрался упрощать?

[flexpc]

@Everything_is_bad

.model tiny
.code
ORG 100h
	
begin:	
  MOV  AH,  9          ; Функция вывода строки на экран 
  MOV  DX,  OFFSET Msg ; Адрес строки
  INT  21h             ; Выполнить функцию

  RET                  ; Вернуться в операционную систему
        
Msg DB 'Hello, World!!!$'   ; Строка для вывода

END begin

я хочу что бы этот код выглядел print(hello world) так

но при этом по скорости было равносильно и под капотом работало так же. Короче просто упрощение синтаксиса.

[Saboteur]

flexpc, То есть ты хочешь написать С ?
Ты точно понимаешь что такое int 21h и как оно работает?

Может быть ты даже думаешь, что это будет работать под Windows? или Linux?

[Everything_is_bad]

flexpc, ты хочешь что-то похожее на макросы?

[flexpc]

Saboteur,
1. Не совсем, я хочу сделать язык (назовём его n). У n си-подобный синтаксис. Но при этом процесс компиляции выглядит не так n > asm > машинный код, а вот так n > машинный код.
2. Да, я понимаю, просто этот код скопированный с интернета, я не удостоверился в его правильности. извиняюсь
3. Нет, ни в коем случае, по сути этот язык работает без ОС

[Everything_is_bad]

flexpc,

Но при этом процесс компиляции выглядит не так n > asm > машинный код, а вот так n > машинный код.

ну ты всего лишь захотел написать свой язык ;) так что открывай книгу про компиляторы и в путь

[Everything_is_not_so_bad]

Хочешь написать кодо-генератор для конечной архитектуры лучше, чем у GCC и Clang (LLVM)?

[Saboteur]

flexpc, Может быть ты не в курсе, но процесс компиляции везде идет как n > машинный код.

Не совсем понятно что ты имеешь ввиду что "язык работает без ОС", потому что пример кода, который ты указал НЕ МОЖЕТ работать без ОС принципиально. Почему я и спрашиваю, насколько ты в курсе как работает код.

Машинные коды это просто инструкции процессора.
Перед тем как писать свой язык, было бы неплохо хорошо изучить хотя бы 2-3 уже существующих. Но твоя постановка вопросов и фраз показывает, что ты плохо представляешь что это такое.

И например самый простой вопрос. Если язык работает без ОС, как ты в принципе планируешь писать и запускать программы?

[Everything_is_not_so_bad]

я хочу что бы этот код выглядел print(hello world) так

это высокоуровневые конструкции для высокоуровневых языков (как Python). hello worldразве не должны быть кавычки?

Посмотри на Kuroko

Kuroko has been successfully built for a wide range of targets, including Linux, ToaruOS, WebAssembly, macOS (including M1 ARM devices), and Windows (with mingw64).

[shurshur]

flexpc, прерывание 21h обрабатывается DOS (или виртуальной машиной DOS в Windows). Соответственно, совсем без операционной системы (ещё и не всё равно какой именно) это не будет работать.

Можно заменить на похожий вызов BIOS (забыл какое там прерывание было), тогда будет работать и без операционной системы на чистом железе, но внутри операционной системы уже не заработает (в виртуальной машине DOS будет работать благодаря намеренным усилиям "чтобы работало").

Можно вместо этого писать напрямую в видеопамять. Но тоже на чистом железе будет работать, а в операционной системе нет. И всё равно придётся учитывать видеорежим. Даже текстовый не всегда 80x25, а уж в любом графическом даже в пределах старого доброго 1024x768 вообще в видеопамяти цвета пикселей вместо символов, придётся иметь библиотку шрифтов и рендерить текст самостоятельно. А, конечно же, в protected mode процессора начнутся свои заморочки, причём там ещё имеется разница в работе памяти, если включить страницы.

О том, что такой код не будет запускаться на других архитектурах, я уже и не говорю.

Высокоуровневые языки скрывают все эти заморочки в стандартной библиотеке, причём BIOS или операционная система со своими прерываниями также могут рассматриваться как своего рода библиотека готовых функций.

Тут правильно говорят: в лучшем случае речь идёт о создании каких-то "макросов", которые позволят записывать те же низкоуровневые операции просто чуть другим словом. Глубокого удобства от этого не появится. Или всё же надо делать более высокоуровневый язык с библиотеками и стандартизированными интерфейсами.

Answer 1

[Belvarm]

Начните с прочтения книги Компиляторы: принципы, технологии и инструменты

Answer 2

[mayton2019]

У меня есть идея, создать свой диалект ассемблера с простым синтаксисом, что бы на нем мог программировать любой человек, не проигрывая в скорости.

Это очень наивная идея. Она была работоспособной в XX веке, когда система команд была простая и процессоры
были однопоточные и без кешей и конвейеров и микро-кода (КР580, Z80...)

Современный компиллятор знает больше чем обычный человек-разработчик. И очень мало людей в мире
в состоянии писать машинный код думая одновременно
1) О состоянии кешей
2) О состоянии всех регистров
3) О микрокоде и о загрузке конвейеров
4) Об таймингах mmx, sse, avr командах и сравнивать их на ходу по скорости исполнения
5) О прогнозировании переходов

Современный компиллятор - видит глубоко и знает очень много. И очень сомнительно что
человек, а тем более пишуший на новом языке да еще и в каких-то кодах может хоть
близко подойти к этому пределу. Разумеется мы можем рассмотреть частные случаи
когда человех перехитрил компиллятор, но промышленная разработка не состоит
из таких кейсов.

Обычный кейс - надо писать код.
Надо писать МНОГО кода.
Надо не делать ошибок.
Надо гарантировать хорошую производительность этого кода.

Answer 3

[#]

контрольные вопросы (вам, отвечать сюда не обязательно, важнее самому себе):
- сколько ассемблеров вы освоили?
- на сколько свободно?
- что такое макроассемблер?
- что такое язык "B"?
- как зародился язык "C"?
- и что нового вы хотите изобрести?
- для какого процессора?
- для какого потребителя?
...
PS... вы в курсе, что далеко не один язык позволяет вставки ассемблера?... и еще больше языков имеют специальные библиотеки для использования векторных команд, не говоря уже о библиотеках GPU

Answer 4

[unclegluk]

Напишите эмулятор простенького процессора. Какого? Да хоть сами придумайте. Или возьмите 6502 за основу. Для этого не нужно программировать в машинных кодах, сойдет даже Python.

Comments

[#]

сам дал более критичный ответ ))..
но с другой стороны - всю жизнь считал большим везением, что в 1982, попал в экспериментальный поток, первый семестр - ассемблер виртуальной машины, второй компилятор для него (кусками на весь поток конечно) на 4м фортране )))...
так что.. как практика, Ваш совет достоин пробы )))
ps flexpc, последняя реплика Вам по сути )))

Answer 5

[Kirgus]

Ассемблер не надо писать на машинном коде. Ассемблер можно написать на любом языке программирования. Выхлоп ассемблера не зависит от языка, на котором он написан.

Answer 6

[bymsx]

Знаком ваш интерес, поэтому отвечу именно на теоретическую часть, не обсуждая "надо ли".
Самый простой способ (на мой взгляд): напишите свой компилятор, который будет формировать машинные коды команд под конкретный процессор. У каждой команды ассемблера есть свой машинный код, гуглится легко. Вам нужно просто их генерировать.
Дальше в зависимости от целевой платформы; познакомиться со структурой исполнимого файла или алгоритмом работы загрузчика, если хотите написать сразу под BIOS

Answer 7

[guest2342]

Не думаю, что вам стоит писать интерпретатор команд ассемблера. Он как-раз и нужен для того, чтобы напрямую взаимодействовать с процессором компьютера, а интерпретатор влияет на скорость исполнения при каждом запуске кода.

Язык ассемблера это просто текстовое представление команд машинного кода, и ассемблером (программа, которая переводит команды языка ассемблера в машинные коды) переводится сразу в него, минуя этап компиляции.

Компиляция нужна для того, чтобы разбить более выскоуровневые команды на множество низкоуровневых, которые позже собираются в машинные коды.

По аналогии с человеческими языками, ассемблер делает дословный перевод данных ему команд в их машинные экаиваленты, тогда как компилятор, сохраняя смысл входного высокоуровневого кода, не обязательно следует его структуре. Разработчик, который пишет программу на языке ассемблера, должен задумываться о каждой мелкой операции, которая производится его программой, такой как перемещение значения из одного регистра в другой, чтобы освободить место для следующей операции.

Невозможно написать более простой диалект ассемблера для процессора, который работал бы на сложных современных процессорах, таких как серия x86, потому что тогда бы он протеворечил своему определению, "представление команд процессора в виде, доступном для чтения человеком." Вместо этого, рекомендую создать свой язык программирования с нуля, написав для него компилятор. Компилятор может быть написан на любом языке кроме интерпретируемых (python, javascript, php и т.д.) Наиболее частым выбором является C или C++. Компилятор открывает файл с программой, извлекает команды вашего языка и переводит их либо на язык ассемблера и потом собирается таким ассемблером как NASM, либо же сразу в машинный код.

Также, выберите процессор, для которого вы пишете этот компилятор, например Intel 8080 (был в компьютерах Altair 8800), или 8086, с которым совместимы почти все процессоры Intel. Для x86 легко собирать файлы .COM под DOS т.к. для них не нужен линкер.