Cours : Les bases de l'assembleur

Le processeur (CPU)

Dans un ordinateur le processeur ou CPU (Central Processing Unit) c'est le cerveau. C'est le composant qui se charge d'effectuer toutes les opérations mathématiques et de manipulation de la mémoire.

On estime la puissance d'un processeur au nombre d'opérations qu'il peut effectuer en 1 seconde, exprimé en hertz. Un processeur à 1 Ghz (giga hertz) peut donc effectuer 10^9 (1 000 000 000) opérations par seconde.

La mémoire vive (RAM)

Dans un ordinateur la mémoire vive ou RAM (Random Access Memory) c'est la mémoire à court terme.

Pour vous votre mémoire à court terme, c'est celle par exemple qui vous permet de stocker temporairement un numéro de téléphone qu'on vous a dicté avant de le noter.

Sa durée de stockage est limitée. En prime, dans un ordinateur, on y accède de façon aléatoire, c'est-à-dire qu'il n'est pas nécessaire de la parcourir en entier pour accéder à une "case" précise.

Le système d'exploitation (OS)

Le système d'exploitation, c'est un logiciel très bas niveau, qui parle très directement à la machine et permet d'automatiser les échanges de l'utilisateur avec elle. Il manipule le système de gestion des fichiers, gère la priorité des programmes exécutés, la gestion des signaux entrants (souris, clavier, ...) et sortants (écran, enceintes, ...).

Le principe

Votre ordinateur ne comprend que deux informations : il y a du courant (1) ou il n'y a pas de courant (0). Pour lui cette information de ce qui doit ou non avoir du courant est représentée par une suite de 1 et de 0 : le binaire.

Votre processeur est ce qui va interpréter les 0 et les 1 pour les transformer en opérations. Dans votre ordinateur tout est représenté par des nombres stockés dans 8 cases contenant des 1 et des 0 : les octets. Un octet contient très exactement un nombre qui peut parfois représenter un symbole (la table ASCII vous donne une sorte de pierre de rosette pour transformer certains nombres en symboles).

Il serait très complexe et fastidieux pour un humain de devoir rédiger l'intégralité des opérations que l'on veut effectuer en binaire. On a donc inventé une forme de langage simplifié pour parler au processeur, que l'on appelle le langage assembleur.

1 processeur = 1 assembleur

Il existe une multitude de processeurs, avec des architectures et technologies très différentes, y compris dans des environnements techniques très contrôlés.

Pour cette raison chaque modèle de processeur utilise un langage assembleur différent. Il y a certes des similitudes, mais les différences sont telles qu'un programme en assembleur qui marche par exemple sur un processeur M1 d'Apple ne fonctionnera pas directement sur un M2.

Exemple de programme complexe en assembleur

Il est assez rare de voir les programmes en assembleur de nos jours, mais il existe sur GitHub des repository publics avec des programmes absolument mythiques en assembleur.

C'est le cas par exemple du module d'alunissage du programme Apollo 11 qui avait amené Neil Armstrong et Buzz Aldrin sur la Lune. La NASA a fait passer ce code dans le domaine public et il peut être trouvé à cette adresse : https://github.com/chrislgarry/Apollo-11

Code soumis par Margaret H. Hamilton la cheffe de programmation Colossus et du programme de guidage et de navigation Apollo.

L'extrait suivant préparait la liste d'attente des tâches à effectuer (cette partie du programme permettait de créer les fonctionnalités de mise en attente d'une tâche dans le module de commande) :

Le code et sa compilation

Vous, en tant que dev, allez écrire du code en langage assembleur. Lorsque votre processeur va recevoir ce code, la première chose que va faire le petit programme interne du processeur c'est transformer votre série d'instructions en bytecode.

L'exécution du programme

Une fois le programme transformé en bytecode, le processeur va utiliser ces informations pour exécuter chacune des instructions une par une.

Pour exécuter les instructions, le processeur va utiliser un certain nombre de registres (des boîtes permettant de contenir des nombres et qui ont chacun un rôle précis) et des accès à la mémoire vive. Il va donc stocker des nombres directement dans ces circuits (les registres) et des informations pour plus ou moins longtemps (la RAM est réinitialisée à chaque démarrage de l'ordinateur) dans la mémoire vive.

Les registres

Notre assembleur utilise 4 registres différents :

Les instructions

Notre langage assembleur utilise 8 instructions différentes :

Notre interface de démonstration

https://asm-demo.kornog-formations.com/app/

Créer une variable

Pour créer une variable, nous allons devoir stocker une valeur à une position précise dans la mémoire. Nous allons donc donner une valeur au registre cursor (add cursor 0) puis placer la valeur que nous voulons écrire dans le registre storage (add storage 8) et enfin nous allons dire au programme d'écrire cette valeur à l'emplacement de cursor (write).

Créer une condition

Pour créer une condition, nous devons stocker une valeur dans le registre condition (add condition 5). Une condition seule en assembleur ne sert à rien, elle est utilisée pour savoir si on doit ou non sauter vers une instruction.

Créer une boucle

Pour créer une boucle en assembleur, il faut créer un programme qui revient à sa première instruction jusqu'à ce qu'une condition soit vraie. Ici, nous allons revenir à notre seconde instruction (jump 1) tant que la valeur de condition n'est pas égale à 3. Quand elle est égale à 3 nous terminons le programme (zjump 3 4). Pour éviter de faire une boucle infinie, nous allons augmenter la valeur de condition à chaque fois (add condition 1).

exit n'est pas une vraie instruction elle nous permet simplement d'avoir un numéro d'instruction sur lequel nous rendre.

Écrire le résultat d'une addition dans la mémoire

Le but de cet exercice est d'effectuer une addition puis d'en inscrire le résultat dans la mémoire.

Vous allez donc devoir écrire le nombre 6 à l'emplacement numéro 4 de la mémoire. Vous obtenir ce nombre 6 vous allez devoir faire deux additions successives.

Créer une boucle qui fait 5 tours

Le but de cet exercice est de créer une boucle qui fera 5 tours avant de se terminer.

Numéroter la mémoire

Le but de cet exercice est d'écrire dans chaque case de la mémoire son numéro d'emplacement.