O que é linguagem de máquina?
A linguagem de máquina, também conhecida como código de máquina, é a linguagem para máquinas no nível mais baixo de software.
Ela consiste em instruções binárias ou hexadecimais que são executadas diretamente pela CPU do computador.
É usada como a etapa final na tradução do código do programa, seja em linguagens de alto nível, como Java e C++, ou em linguagem de montagem de baixo nível.
Cada arquitetura de CPU também tem sua própria linguagem de máquina específica. Um programa escrito em uma linguagem de máquina para um tipo de CPU não funcionará em outro tipo de CPU.
Especificidades
As linguagens de máquina são usadas principalmente por programadores especializados, especialmente em sistemas incorporados, firmware ou especificamente onde é necessário o mais alto desempenho.
A vantagem das linguagens de máquina é que elas não precisam de tradução para serem compreendidas pela CPU, o que reduz o tempo de execução. Além disso, a linguagem de máquina permite soluções de codificação altamente eficientes e personalizadas, pois o programador tem controle total sobre o hardware.
Um exemplo de instrução em linguagem de máquina é “10110000 01100001”, que, em determinadas arquiteturas, pode representar uma instrução para mover o valor do acumulador da CPU para um local específico da memória.
Tudo não deveria estar em linguagem de máquina?
A linguagem de máquina também tem desvantagens notáveis.
A programação em linguagem de máquina é um processo complexo e tedioso; você pode ver que é tedioso mesmo que consista em instruções brutas em binário ou hexadecimal. É muito difícil para os seres humanos lerem, escreverem e depurarem.
E, é claro, não tem os recursos que as linguagens de alto nível têm, como variáveis, funções, loops e estruturas de dados avançadas. As linguagens de máquina também não têm portabilidade porque, como mencionado acima, estão vinculadas a uma arquitetura de CPU específica.
A complexidade de escrever em linguagem de máquina não pode ser exagerada. Mesmo as tarefas mais simples exigem várias etapas. Por exemplo, se for necessário somar dois números e armazenar o resultado, o primeiro número deve ser carregado em um registro, o segundo número deve ser adicionado a ele e o resultado deve ser armazenado na memória. Cada uma dessas etapas precisa ser codificada manualmente usando as instruções de linguagem de máquina da CPU.
Além da dificuldade de leitura, gravação e depuração, outra limitação da linguagem de máquina é a falta de escalabilidade. É praticamente impossível escrever programas grandes e complexos em linguagem de máquina devido à falta de abstração. Por isso, foram desenvolvidas linguagens de alto nível, que permitem que os programadores escrevam códigos mais fáceis de entender e gerenciar, sem precisar lidar com a complexidade do hardware.
Então, o que é linguagem assembly?
Na correlação direta com a linguagem de montagem da máquina.
A linguagem assembly é basicamente uma representação legível por humanos da linguagem de máquina. Cada instrução na linguagem assembly corresponde a cada instrução na linguagem de máquina e é mapeada uma a uma. Entretanto, as instruções de montagem são escritas em texto, o que as torna mais compreensíveis para os programadores.
Onde exatamente a linguagem de máquina é usada?
O auge da linguagem de máquina
Os primeiros programadores manipulavam fisicamente interruptores ou faziam furos em cartões para inserir a linguagem de máquina. Por exemplo, os computadores ENIAC da década de 1940 eram programados com o uso de placas de encaixe, como as antigas centrais telefônicas.
Além disso, o computador de indução Apollo, o primeiro computador a usar circuitos integrados, foi programado inteiramente em linguagem de máquina. Os programadores da época escreviam manualmente os binários das operações que queriam que o computador executasse.
E agora?
A linguagem de máquina desempenha um papel importante na engenharia reversa e na análise de malware. Compreender a linguagem de máquina é importante para analisar o funcionamento de softwares para os quais o código-fonte não está disponível (especialmente os maliciosos, como vírus e ransomware).
Isso geralmente é feito com a ajuda de desmontadores e depuradores.
Como entender a linguagem de máquina?
Para entender a linguagem de máquina, é necessário entender as portas lógicas básicas que são os blocos de construção dos circuitos digitais: portas como AND, OR, NOT, NAND, NOR, XOR e XNOR podem ser usadas para manipular dados binários. A operação dessas portas é consistente com os princípios da álgebra booleana, e é graças a esses elementos básicos que as CPUs podem realizar cálculos complexos a partir de entradas binárias simples.
Ao codificar em linguagem de máquina, os programadores geralmente representam o código binário em notação hexadecimal porque é mais curto e mais fácil de ler. Por exemplo, um byte (8 bits) de dados pode ser representado usando apenas dois dígitos hexadecimais. Assim, “10101010” em binário seria “AA” em hexadecimal.
Conclusão
A linguagem de máquina pode não ser prática na programação cotidiana, mas na área de ciência da computação sua importância é absoluta. Entender a linguagem de máquina é também entender a estrutura interna dos computadores.
Entretanto, embora a linguagem de máquina tenha a vantagem do controle direto do hardware e da execução rápida, ela tende a ser geralmente evitada devido à sua complexidade, falta de portabilidade e dificuldade de escrita e depuração.
É claro que não acho que seja uma boa ideia aprender primeiro a linguagem de máquina em vez de python ou C++. Entretanto, a linguagem de máquina continuará sendo uma parte importante de uma compreensão mais profunda de como o software interage com o hardware.
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