Un lenguaje de máquina es aquel con el que trabaja el microprocesador; para reaccionar y efectuar la operación que se desea, necesita de una secuencia de señales eléctricas almacenadas como "unos" y "ceros" en las posiciones de la memoria. Una y solo una secuencia de señales concreta, realiza una determinada operación. Identificaremos a partir de ahora la existencia de señal con un "1" y la ausencia con un "0".

El Spectrum trabaja con el microprocesador Z-80 cuyo funcionamiento se explicará en el capítulo 3 de este curso. El Z-80 es un microprocesador un tanto complejo, de forma que para introducirnos en el estudio del código máquina vamos a idear un microprocesador umaginario con un funcionamiento extremadamente simplificado.

Supongamos un microprocesador que tiene un registro de índice "I" y uno aritmético "A", a los que identifica como "01" y "10" respectivamente.

Un registro en un microprocesador es un campo interno modificable; denominamos campo a un lugar donde se almacenan datos; de esto forma, un registro es algo similar a una posición de memoria pero interno al microprocesador, su función es parecida a la de las variables en el BASIC.

También dispone del siguiente repertorio de instrucciones, cada una de las cuales tiene asignado un código de operación:

Suponemos que el ordenador en el que está incorporado utiliza posiciones de memoria de 10 bits (el Spectrum las utiliza de 8). Nuestro microprocesador trabaja con un formato fijo para entender la secuencia de señales tal que:

-- Los tres primeros bits son el identificativo o código de la operación que se quiere realizar.

-- Los dos siguientes son el identificativo del registro sobre el que se opera.

-- Los cinco siguientes y últimos indican la posición de memoria, si procede, que va desde 00000 a 11111.

El formato de instrucción quedaría como se muestra en la FIGURA 1 y las instrucciones serían las siguientes:

CARGAR REGISTRO:

Definición: Carga el registro indicado con el contenido de la posición de memoria.

Formato:

ALMACENAR REGISTRO:

Definición: Almacena el contenido del registro indicado en la posición de memoria.

Formato:

SUMAR EN REGISTRO ARITMÉTICO:

Definición: Suma en el registro aritmético el contenido de la posición de memoria que resulta de sumar la posición de memoria indicada en la instrucción con el contenido del registro índice si está indicado

Formato:

RESTAR EN REGISTRO ARITMÉTICO:

Definición: Resta en el registro aritmético el contenido de la posición de memoria que resulta de sumar la posición de memoria indicada en la instrucción con el contenido del registro índice si está indicado

Formato:

SALTAR POR CONTENIDO CERO:

Definición: Salta a la posición de memoria indicada si el valor del registro señalado es cero

Formato:

SALTAR POR CONTENIDO NO CERO:

Definición: Salta a la posición de memoria indicada si el valor del registro señalado es distinto de cero

Formato:

DECREMENTAR EL REGISTRO ÍNDICE:

Definición: Resta uno al valor del registro índice

Formato:

Definido ya este microprocesador con la única intención de hacer más comprensibles los conceptos que se pretenden adquirir vamos, siguiendo la misma línea, a dar solución a un supuesto problema.

Se quiere sumar el contenido de las diez posiciones de memoria a partir de la posición 10110. Si todos los valores son cero o el resultado es 11111, almacenaremos 11111 en la posición 00000; si no, ponemos el resultado en la posición 00001.

Para irnos acostumbrando a trabajar con métodos de programación empezaremos por hacer el organigrama. Es interesante intentar hacerlo en un papel aparte y luego comprobar resultados. No tiene porqué ser exactamente igual; cualquier organigrama es válido siempre que funcione. Un posible organigrama está representado en la FIGURA 2.

Basándonos en los códigos definidos anteriormente, iremos definendo las posiciones de memoria.

Campos:

El programa lo cargaremos a partir de la posición de memoria 01000.

Instrucciones:

La memoria quedaría configurada de la siguiente manera:

Memoria:

Como se puede ver, esto supone un trabajo tremendo, y la facilidad de cometer errores es evidente. Siguiendo nuestro desarrollo de microprocesador simulado, tenemos que buscar una manera de facilitar el trabajo, para lo cual vamos a hacer corresponder a cada instrucción con una secuencia de letras que nos sirva para recordarla y nos de una idea de la operación que debe realizar. A esto se le denomina representación simbólica o código nemotécnico.

Se verá que es más fácil recordar el código nemotécnico o simbólico que los números de código máquina.

Sigamos simplificando, cuando nos refiramos a los registros en lugar de llamarlos 01 y 10 llamaremos al registro índice "I" y al registro aritmético "A".

Por último, cada vez que nos refiramos a una posición de memoria en lugar de recordar el valor numérico de su dirección, le daremos un nombre o literal, este literal tiene el valor de la dirección que representa y se le conoce con el nombre genérico de etiqueta.

Entonces diremos que la representación simbólica de una instrucción es la siguiente:

Campos:

Cuando ponemos el número entre paréntesis indicamos el contenido del campo, y cuando se pone el signo "=" nos referimos al valor que tiene el literal. Cualquier simbólico tiene que diferenciar entre dirección y contenido.

Instrucciones:

¿Qué se ha hecho?

1º. Definir los campos.

Damos a unos campos un nombre y un contenido inicial, siempre que queramos tomar su contenido nos acordaremos sólo del nombre del campo.

2º. Definir constantes.

Damos a un literal un valor siempre que necesitemos ese valor sólo tendremos que recordar el nombre.

La constante NUMEROS nos indica el comienzo del campo donde tenemos los sumandos.

3º. Codificar la rutina.

Usando los códigos nemotécnicos construimos las instrucciones. Siempre que tengamos que saltar a una instrucción definiremos delante una etiqueta, así al tener que codificar la instrucción de salto con poner el literal no hay que andar considerando cual es la dirección a la que se quiere saltar.

Bien, ya tenemos un programa codificado en un lemguaje simbólico, lo que se llama un programa fuente. Está claro que para nosotros es más fácil entenderlo que la secuencia de números, pero la máquina no lo entiende. ¿Qué es lo que nos hacía falta?, sencillamente algo que lo convirtiera.

Un intérprete sería un programa que fuera leyendo una a una todas las instrucciones, pasándolas al código máquina y dándoselas de esa manera al microprocesador para que las ejecute. Algo así como ocurre con el BASIC.

En un lenguaje ASSEMBLER esto no es rentable, lo que se usa son unos programas llamados ENSAMBLADORES o COMPILADORES que cogen las instrucciones, las colocan una detrás de otra en lenguaje máquina, calculan las direcciones relativas de cada campo o etiqueta y dan como resultado un programa en código máquina que se llama código objeto. Este programa posteriormente se carga en una posición de memoria de la máquina y ese cargador le suma a las direcciones relativas el valor de la dirección de carga con lo cual tenemos un programa listo para ejecutarse, a este programa se le llama absoluto. Todos los ensambladores que existen para el Spectrum, dan como resultado un programa absoluto.

En el supuesto que hemos realizado en una máquina imaginaria, el programa absoluto es la primera secuencia de números que hicimos.

El programa absoluto en código máquina lo ejecuta el microprocesador directamente según los siguientes pasos:

-- lee instrucción

-- incrementa puntero siguiente instrucción

-- ejecuta instrucción

Cuando hay una instrucción que modifica la secuencia del programa lo que hace es modificar el puntero de la siguiente instrucción (de forma equivalente a un GOTO en BASIC, pero en vez de mandar a un número de línea, manda a una posición de memoria apuntada por una etiqueta).

Como se ve, la ejecución de un programa absoluto no requiere la participación de ningún otro programa, como en el caso del BASIC que requiere la actuación del programa MONITOR, por lo cual es muchísimo más rápido.

Tanto el lenguaje de máquina como el simbólico hasta aquí visto es imaginario, sólo nos ha valido para la mayor comprensión del tema. Hemos ideado un microprocesador sumamente sencillo con el fin de que el lector comprendiera fácilmente lo que es un código máquina. A partir de ahora, nos ceñiremos al microprocesador Z-80 de ZILOG, su repertorio de instrucciones abarca más de 500, el formato de instrucción no es tan sencillo como el visto aquí y trabaja sobre posiciones de memoria de 8 bits; no obstante, los principios básicos de funcionamiento son los mismos.