Чтобы понять механизм преобразования команд в машинный код, изучите структуру процессорных инструкций. Каждая операция соответствует конкретному опкоду (operation code), который процессор декодирует и выполняет. Например, команда MOV AX, BX копирует данные между регистрами, а её двоичное представление занимает от 1 до 3 байт в зависимости от архитектуры.
Регистры – ключевой элемент взаимодействия. В x86-системах базовый набор включает AX, BX, CX, DX для общих вычислений, SI, DI для работы с памятью и SP, BP для управления стеком. Скорость доступа к ним в сотни раз выше, чем к оперативной памяти, поэтому оптимизация сводится к минимизации обращений к RAM.
Директивы ассемблера, такие как DB (определение байта) или EQU (присвоение константы), управляют размещением данных. Сегментные регистры (CS, DS, SS, ES) в реальном режиме процессора задают адресацию через смещение, ограничивая блоки памяти 64 КБ. В защищённом режиме дескрипторы таблиц GDT/LDT расширяют доступ до 4 ГБ.
Отладка требует анализа дампа памяти и регистров. Инструменты вроде GDB или OllyDbg отображают состояние процессора после каждого шага. Ошибка в одной инструкции, например переполнение стека из-за неправильного PUSH, приводит к аварийному завершению.
Преобразование мнемоник в машинные инструкции
Мнемонические команды, такие как MOV или ADD, заменяются на бинарные коды процессора. Для этого транслятор использует таблицы соответствий, где каждой инструкции сопоставлен уникальный опкод. Например, MOV AX, BX на x86 превращается в 0x89D8.
Аргументы команд влияют на формат машинного кода. Регистры кодируются 3-5 битами, а адреса памяти – смещениями или абсолютными значениями. Например, ADD EAX, 42 преобразуется в последовательность байтов, включающую опкод 0x83, модификатор регистра 0xC0 и число 0x2A.
Директивы ассемблера, такие как DB или DW, транслируются напрямую в байты данных. Строка DB 'A', 0x0A станет 0x41 0x0A без дополнительной обработки.
Метки заменяются на относительные или абсолютные адреса после расчета размера сегмента. Если метка loop_start находится на смещении 0x10, команда JMP loop_start получит аргумент 0x10 или смещение от текущей позиции.
Оптимизации, такие как замена длинных переходов на короткие (JE → 0x74 вместо 0x0F84), выполняются на этапе генерации кода, если цель находится в пределах 128 байт.
Структуры данных для символов и меток
Символьные таблицы хранят имена переменных, меток и констант. Каждая запись содержит строку с идентификатором, адрес в памяти и тип данных. Для быстрого поиска применяются хеш-таблицы или бинарные деревья.
Метки обрабатываются в два этапа. На первом проходе фиксируются их адреса, на втором – подставляются в инструкции. Для временного хранения используется связный список, где каждый узел содержит имя метки и смещение.
Стек поддерживает вложенные блоки символов. При входе в новую область видимости указатель смещается, при выходе – восстанавливается. Локальные переменные размещаются в текущем кадре стека.
Релокационные записи отмечают адреса, зависящие от положения кода в памяти. Формат включает тип смещения, базовый регистр и целевую метку. Эти данные используются загрузчиком.
Для строк применяется пул констант. Повторяющиеся литералы заменяются ссылками на единственный экземпляр. Кодировка – ASCII или UTF-8, с явным указанием длины.
