Actividad #2: Investigar los siguientes conceptos

Que es el Lenguaje ensamblador?

Es un lenguaje de programación de bajo nivel para los computadores, microprocesadores, microcontroladores y otros circuitos integrados programables. Implementa una representación simbólica de los códigos de máquina binarios y otras constantes necesarias para programar una arquitectura dada de CPU y constituye la representación más directa del código máquina específico para cada arquitectura legible por un programador. Esta representación es usualmente definida por el fabricante de hardware, y está basada en los mnemónicos que simbolizan los pasos de procesamiento (las instrucciones), los registros del procesador, las posiciones de memoria y otras características del lenguaje. Un lenguaje ensamblador es por lo tanto específico de cierta arquitectura de computador física (o virtual). Esto está en contraste con la mayoría de los lenguajes de programación de alto nivel, que idealmente son portátiles.

En que se utiliza el lenguaje ensamblador?

Siempre ha habido debates sobre la utilidad y el desempeño del lenguaje ensamblador relativo a lenguajes de alto nivel. El lenguaje ensamblador tiene nichos específicos donde es importante (ver abajo). Pero, en general, los modernos compiladores de optimización para traducir lenguajes de alto nivel en código que puede correr tan rápidamente como el lenguaje ensamblador escrito a mano, a pesar de los contraejemplos que pueden ser encontrados. La complejidad de los procesadores modernos y del subsistema de memoria hace la optimización efectiva cada vez más difícil para los compiladores, así como para los programadores en ensamblador. Adicionalmente, y para la consternación de los amantes de la eficiencia, el desempeño cada vez mayor del procesador ha significado que la mayoría de los CPU estén desocupados la mayor parte del tiempo, con retardos causados por embotellamientos predecibles tales como operaciones de entrada/salida y paginación de memoria. Esto ha hecho que la velocidad de ejecución cruda del código no sea un problema para muchos programadores.
Hay algunas situaciones en las cuales los profesionales pudieran elegir utilizar el lenguaje ensamblador. Por ejemplo cuando:

• Es requerido un ejecutable binario independiente (stand-alone), es decir uno que deba ejecutarse sin recursos a componentes de tiempo de ejecución o a bibliotecas asociadas con un lenguaje de alto nivel; ésta es quizás la situación más común. Son programas empotrados que solo almacenan una pequeña cantidad de memoria y el dispositivo está dirigido para hacer tareas para un simple propósito. Ejemplos consisten en teléfonos, sistemas de combustible e ignición para automóviles, sistemas de control del aire acondicionado, sistemas de seguridad, y sensores
• Interactuando directamente con el hardware, por ejemplo en drivers de dispositivo y manejadores de interrupción
• usando instrucciones específicas del procesador no explotadas o disponibles por el compilador. Un ejemplo común es la instrucción de rotación bitwise en el núcleo de muchos algoritmos de cifrado
• creando funciones vectorizadas para programas en lenguajes de alto nivel como C. En el lenguaje de alto nivel esto es a veces ayudado por funciones intrínsecas del compilador que mapean directamente a los mnemónicos del SIMD, pero sin embargo resulta en una conversión de ensamblador de uno a uno para un procesador de vector asociado
• Es requerida la optimización extrema, ej, en un bucle interno en un algoritmo intensivo en el uso del procesador. Los programadores de juegos toman ventaja de las habilidades de las características del hardware en los sistemas, permitiendo a los juegos correr más rápidamente. También las grandes simulaciones científicas requieren algoritmos altamente optimizados, ej, álgebra lineal con BLAS o la transformada de coseno discrete (ej, la versión SIMD en ensamblador del x264, (una biblioteca para codificar streams de video)
• Un sistema con severas limitaciones de recursos (ej, un sistema empotrado) debe ser codificado a mano para maximizar el uso de los limitados recursos; pero esto está llegando a ser menos común a medida que el precio del procesador decrece y el desempeño mejora
• No existe ningún lenguaje de alto nivel, en un procesador nuevo o especializado, por ejemplo
• Escribiendo programas de tiempo real que necesitan sincronización y respuestas precisas, tales como sistemas de navegación de vuelo, y equipo médico. Por ejemplo, en un sistema fly-by-wire (vuelo por mandos eléctricos), la telemetría debe ser interpretada y hay que actuar dentro de limitaciones estrictas de tiempo. Tales sistemas deben eliminar fuentes de retrasos impredecibles, que pueden ser creados por (algunos) lenguajes interpretados, recolección de basura automática, operaciones de paginación, o multitarea preventiva. Sin embargo, algunos lenguajes de alto nivel incorporan componentes de tiempo de ejecución e interfaces de sistema operativo que pueden introducir tales retrasos. Elegir el ensamblador o lenguajes de bajo nivel para tales sistemas da a los programadores mayor visibilidad y control sobre el proceso de los detalles
• Es requerido control total sobre el ambiente, en situaciones de seguridad extremadamente alta donde nada puede darse por sentado.
• Se escriben virus de computadora, bootloaders, ciertos drivers de dispositivo, u otros elementos muy cerca del hardware o al sistema operativo de bajo nivel
• Se escriben simuladores del conjunto de instrucciones para monitoreo, trazado y depuración de errores donde la sobrecarga adicional es mantenida al mínimo
• Se hace ingeniería inversa en binarios existentes que pueden o no haber sido escritos originalmente en un lenguaje de alto nivel, por ejemplo al crackear la protección anticopia del software propietario.
• Se hace ingeniería inversa y modificación de video juegos (también denominado ROM hacking), que es posible por medio de varios métodos. El más ampliamente implementado es alterando el código del programa a nivel de lenguaje ensamblador
• Se escribe código automodificable, algo para lo que el lenguaje ensamblador se presta bien
• Se escriben juegos y otros softwares para calculadoras gráficas
• Se escribe software compilador que genera código ensamblador, y por lo tanto los desarrolladores deben ser programadores de lenguaje ensamblador
• Se escriben algoritmos criptográficos que siempre deben tomar estrictamente el mismo tiempo para ejecutar, previniendo ataques de tiempo

Sin embargo, el lenguaje ensamblador es todavía enseñado en la mayoría de los programas de ciencias de la computación e ingeniería electrónica. Aunque hoy en día, pocos programadores trabajan regularmente con el lenguaje ensamblador como una herramienta, los conceptos fundamentales continúan siendo muy importantes. Tales tópicos fundamentales, como aritmética binaria, asignación de memoria, procesamiento del stack, codificación de conjunto de caracteres, procesamiento de interrupciones, y diseño de compiladores, serían duros de estudiar en detalle sin la comprensión de cómo el computador opera a nivel del hardware. Puesto que el comportamiento del computador es fundamentalmente definido por su conjunto de instrucciones, la manera lógica de aprender tales conceptos es estudiar un lenguaje ensamblador. La mayoría de los computadores modernos tienen un conjunto de instrucciones similares. Por lo tanto, estudiar un solo lenguaje ensamblador es suficiente para aprender: i) los conceptos básicos; ii) reconocer situaciones donde el uso de lenguaje ensamblador puede ser apropiado; y iii) ver cómo el código ejecutable eficiente puede ser creado por los lenguajes de alto nivel

Que es un lenguaje de alto nivel, de bajo nivel y lenguaje de máquina?

*Un lenguaje de programación de bajo nivel es aquel en el que sus instrucciones ejercen un control directo sobre el hardware y están condicionados por la estructura física de la computadora que lo soporta.
*Un lenguaje de programación de alto nivel se caracteriza por expresar los algoritmos de una manera adecuada a la capacidad cognitiva humana, en lugar de a la capacidad ejecutora de las máquinas.
*El lenguaje de máquina o código máquina es el sistema de códigos directamente interpretable por un circuito microprogramable, como el microprocesador de una computadora o el microcontrolador de un autómata. Este lenguaje está compuesto por un conjunto de instrucciones que determinan acciones al ser tomadas por la máquina.

Cual es la importancia de lenguaje ensamblador?

La importancia del lenguaje ensamblador radica principalmente que se trabaja directamente con el microprocesador; por lo cual se debe de conocer el funcionamiento interno de este, tiene la ventaja de que en el se puede realizar cualquier tipo de programas que en los lenguajes de alto nivel no lo pueden realizar. Otro punto sería que los programas en ensamblador ocupan menos espacio en memoria. Permitirá adentrarnos al estudio del hardware de una PC. Este lenguaje proporciona las herramientas para tomar control sobre todo lo que la computadora realiza físicamente. Es importante como se puede ver, el Lenguaje Ensamblador es directamente traducible al Lenguaje de Máquina, y viceversa; simplemente, es una abstracción que facilita su uso para los seres humanos. Por otro lado, la computadora no entiende directamente al Lenguaje Ensamblador; es necesario traducirle a Lenguaje de Máquina. Pero, al ser tan directa la traducción, pronto aparecieron los programas Ensambladores, que son traductores que convierten el código fuente(en Lenguaje Ensamblador) a código objeto (es decir, a Lenguaje de Máquina. Surge como una necesidad de facilitar al programador la tarea de trabajar con lenguaje máquina sin perder el control directo con el hardware.