是否可以为所有计算机提供通用汇编语言？

我想问一些关于汇编语言的问题。我的理解是，它与机器语言非常接近，从而使其更快，更高效。

由于我们存在不同的计算机体系结构，这是否意味着我必须在Assembly中针对不同的体系结构编写不同的代码？如果是这样，为什么汇编不写一次-到处运行类型的语言？简单地使其具有通用性，只编写一次就可以在几乎任何具有不同配置的机器上运行，难道不是一件容易的事吗？（我认为这是不可能的，但是我想提出一些具体，深入的答案）

有人可能会说C是我要寻找的语言。我以前没有使用过C，但是我认为它仍然是一种高级语言，尽管可能比Java快。我可能在这里错了。

汇编语言是一种为计算机指令集编写指令的方式，这种方式对于人类程序员来说更容易理解。

不同的体系结构具有不同的指令集：每种体系结构上允许的指令集不同。因此，您不希望拥有一个随处运行的编写程序。例如，x86处理器支持的指令集看起来与ARM处理器支持的指令集非常不同。如果您为x86处理器编写了汇编程序，则其中将包含ARM处理器不支持的许多指令，反之亦然。

使用汇编语言的核心原因是，它允许对程序进行非常低级的控制，并利用处理器的所有指令：通过自定义程序以利用特定处理器特有的功能，可以对程序进行优化。将继续运行，有时您可以加快程序运行速度。一次写入，到处运行的哲学从根本上与这一观点背道而驰。

汇编语言的定义是它是一种可以直接转换为机器代码的语言。汇编语言中的每个操作代码都将转换为目标计算机上的一个正确操作。（嗯，这要复杂得多：一些汇编程序会根据操作码的参数自动确定“寻址模式”。但是，原理仍然是，一行汇编程序可以转换为一条机器语言指令。）

毫无疑问，您可以发明一种看起来像汇编语言但可以在不同计算机上转换为不同机器代码的语言。但是根据定义，那不是汇编语言。这将是类似于汇编语言的高级语言。

您的问题有点像在问：“有可能制造出一只不漂浮或没有其他方式越过水，但有轮子和电动机并且可以在陆地上行驶的船吗？” 答案将是，按照定义，这种车辆将不是船。听起来更像汽车。

没有概念上的理由（我敢说，没有计算机科学）反对世界上所有计算机都使用一种汇编语言。实际上，这会使许多事情变得容易得多。就理论而言，无论如何，直到某些时髦的双射，它们都是一样的。

然而，实际上，有不同的芯片用于不同的目的，具有不同的操作和设计原则（例如RISC vs CISC），它们可以满足不同的目标，并且操作它们的指令集以及汇编语言也不同。最后，答案与询问为什么有这么多不同的编程语言时是相同的：不同的目标，不同的设计决策。

也就是说，您当然可以引入抽象级别来访问某些共享接口。例如，x86已经在片上级别上被淘汰了很长时间。有一点硬件可以将x86指令转换为您的处理器真正可以使用的任何东西。诸如C之类的语言将离硬件（如果说很小的话）又一步之遥，直至像Haskell，Java或Ruby之类的语言。是的，编译器是计算机科学的主要成就之一，因为它们使以这种方式分离问题成为可能。

您提到短语“一次写入就可以在任何地方运行”而似乎没有注意到它的重要性。这是营销口号为Sun Microsystems公司是商业发明了一个概念“虚拟机”和“字节码”为Java，尽管可能的想法可能起源于学术界1 ^日。在后来因违反Java许可侵权而被Sun成功起诉后，该想法后来被Microsoft复制为.Net。Java字节码是跨机器汇编或机器语言概念的实现。它们用于Java以外的其他几种语言，并且理论上可以用于编译任何语言。经过多年的非常高级的优化，Java在性能上已接近于编译语言，这表明与平台无关的高性能虚拟机技术的总体目标是可以实现的。

与您的需求相关的另一种处于早期/循环阶段的新想法称为重新计算项目，尽管可以用于其他目的，但也用于科学研究。这个想法是通过虚拟机技术使计算实验可复制。这主要是在任意硬件上模拟不同机器架构的想法。

高层原因

当您考虑它时，微处理器的作用惊人：它使您可以拿起一台机器（例如洗衣机或电梯），并用便宜的，批量生产的硅片来替换整块定制设计的机构或电路。芯片。您可以节省大量零件成本，并节省大量设计时间。

但是，坚持使用标准芯片替代无数的定制设计吗？不可能有一个完美的微处理器适合每个应用程序。一些应用程序需要最小化功耗，但并不需要很快。其他的则需要快速但不需要易于编程，其他的则需要低成本等。

因此，我们有许多不同的微处理器“风味”，每种都有其优点和缺点。他们希望所有人都使用兼容的指令集，因为这样可以重复使用代码，并且更容易找到具有适当技能的人员。但是，指令集确实会影响处理器的成本，复杂性，速度，易用性和物理约束，因此我们有一个折衷方案：存在一些“主流”指令集（以及许多次要指令集），以及每个指令集中有许多具有不同特性的处理器。

哦，随着技术的变化，所有这些权衡都会发生变化，因此指令集不断发展，新的指令集出现了，旧的指令集消失了。即使今天有一套“最佳”的指令集，也可能不到20年。

硬件细节

指令集中最大的设计决策可能是字长，即处理器可以“自然地”操纵多少个数字。8位处理器处理从0到255的数字，而32位处理器处理从0到4,294,967,295的数字。为一个设计的代码需要完全为另一个设计。

不仅仅是将指令从一个指令集转换为另一个指令集的问题。在不同的指令集中最好采用完全不同的方法。例如，在8位处理器上，查找表可能是理想的，而在32位处理器上，出于相同的目的，算术运算会更好。

指令集之间还有其他主要区别。大多数说明分为四类：

• 计算（算术和逻辑）
• 控制流
• 数据传输
• 处理器配置

处理器在执行哪种类型的计算以及如何处理控制流，数据传输和处理器配置方面有所不同。

例如，某些AVR处理器既不能相乘也不能相除。而所有x86处理器都可以。您可能会想到，消除乘法和除法等任务所需的电路可以使处理器更简单，更便宜。如果需要，这些操作仍然可以使用软件例程执行。

x86允许算术指令从内存中加载其操作数和/或将其结果保存到内存中；ARM是一种加载存储体系结构，因此仅具有一些专用的访问内存的指令。同时，x86具有专用的条件分支指令，而ARM几乎允许有条件地执行所有指令。同样，ARM允许将移位作为大多数算术指令的一部分进行。这些差异导致不同的性能特征，芯片内部设计和成本的差异以及汇编语言级别的编程技术的差异。

结论

不可能使用通用汇编语言的原因是，要正确地将汇编代码从一个指令集转换为另一指令集，就必须重新设计代码，这是计算机尚无法完成的。

DW的回答令人惊奇：如果您想要一个汇编器，则需要维护所有体系结构，在其中进行完美的翻译，并完全了解您在做什么。
每个体系结构中一些经过高度优化的代码都需要取消优化，在更抽象的层次上进行理解，然后彼此优化。
但是，如果可能的话，我们将拥有完善的C编译器，并且纯汇编形式的编写根本不会有任何好处。
使用汇编程序的要点是性能，这不能从最近的编译器中得到压缩。
编写这样的程序比现有的编译器还要难，而维护正在创建的所有新架构都将使其变得更加困难。
对于“仅一个”程序，这也意味着完全向后兼容。

Microsoft发明了MSIL作为一种中间汇编语言。程序可以从C＃或VB.Net编译为MSIL。在运行时，使用JIT编译器将MSIL编译为运行它的机器的机器代码。包含MSIL的文件是一个.EXE文件，在X86开头带有一些用于启动程序的指令。在ARM处理器上，您可以在程序名称前面键入单词mono来运行它。

如上所述，到目前为止，LLVM是最接近的东西。真正通用语言的最大障碍将是与隐式权衡有关的根本差异：并发性，内存使用，吞吐量，延迟和功耗。如果以显式SIMD样式编写，则可能会占用过多内存。如果以显式SISD样式编写，则将获得次优的并行化。如果针对吞吐量进行优化，则会损害延迟。如果最大化单线程吞吐量（即时钟速度），则会损害电池寿命。

至少，代码需要进行权衡。对于语言来说，最重要的是要具有良好的代数/类型属性，从而为编译器提供大量的摆动空间，以优化和检测逻辑上的不一致。

然后是未定义行为的问题。C语言和汇编语言的大部分速度来自未定义的行为。如果您承认实际上确实会发生未定义的行为，那么您最终会将它们作为特殊情况处理（即：体系结构和特定于上下文的黑客）。

也许您正在寻找的是通用车削符号，每个人都同意命令的符号。（https://en.wikipedia.org/wiki/Universal_Turing_machine）

一个“汇编程序”，将“可以接受的语言”翻译成特定于供应商的基础机器代码，并为我们称为计算机的任何事物而构建。

在《计算机编程的艺术》中，有一个示例可能看起来像。

但是考虑一下“为什么它们的市场通用语言不能在所有计算机上使用”这个问题，我建议最主要的影响是（1）方便，并不是所有汇编语言都最方便使用；（2）经济，提供，不同品牌的机器与供应商之间的不兼容性是一种商业策略，也是设计机器资源（时间/金钱）有限的结果。

假设：将高级语言L1编译和优化为低级语言L0比将高级语言L2（高于L1）编译和优化为L0更容易；从某种意义上讲，在编译L1至L0时比生成L2至L0时，您可以生成更多优化的代码，这更容易。

我认为该假设可能是正确的，这就是为什么大多数编译器可能使用低级中间语言（IR / LLVM）的原因。

如果是这样，则使用任何低级语言L0并编写编译器以将L0转换为其他低级语言。例如，使用MIPS指令集，并将其编译为x86，arm，power，...

-陶菲克