計(jì)算機(jī)組成原理與匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)第1章

1、計(jì)算機(jī)組成原理與匯編語(yǔ)言計(jì)算機(jī)組成原理與匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)程序設(shè)計(jì)（第（第3版）版）第第 1 章章本課程的主要內(nèi)容本課程的主要內(nèi)容n第第1章章 緒論緒論n第第2章章 計(jì)算機(jī)中的信息表示計(jì)算機(jī)中的信息表示n第第3章章 微體系結(jié)構(gòu)層微體系結(jié)構(gòu)層CPU組織組織n第第4章章 指令系統(tǒng)層指令系統(tǒng)層n第第5章章 匯編語(yǔ)言層匯編語(yǔ)言層n第第6章章 存儲(chǔ)系統(tǒng)存儲(chǔ)系統(tǒng)n第第7章章 輸入輸入/輸出系統(tǒng)輸出系統(tǒng)主要內(nèi)容：主要內(nèi)容： 計(jì)算機(jī)的基本概念計(jì)算機(jī)的基本概念 計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)硬、軟件組成系統(tǒng)硬、軟件組成 層次結(jié)構(gòu)模型層次結(jié)構(gòu)模型 計(jì)算機(jī)的工作過(guò)程計(jì)算機(jī)的工作過(guò)程 數(shù)字?jǐn)?shù)字計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)與性能指標(biāo)計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)與性能

2、指標(biāo) 計(jì)算機(jī)的發(fā)展與應(yīng)用計(jì)算機(jī)的發(fā)展與應(yīng)用第第 1 章章 緒論緒論 第第1節(jié)節(jié) 計(jì)算機(jī)的基本概念計(jì)算機(jī)的基本概念 用二進(jìn)制代碼表示指令和數(shù)據(jù)；用二進(jìn)制代碼表示指令和數(shù)據(jù)； 計(jì)算機(jī)采用存儲(chǔ)程序的工作方式；計(jì)算機(jī)采用存儲(chǔ)程序的工作方式； 計(jì)算機(jī)硬件由存儲(chǔ)器、運(yùn)算器、控制計(jì)算機(jī)硬件由存儲(chǔ)器、運(yùn)算器、控制 器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備組成。器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備組成。馮馮 諾依曼思想：諾依曼思想：1.1.1 存儲(chǔ)程序工作方式存儲(chǔ)程序工作方式1. 事先編制程序事先編制程序其主要含義有三點(diǎn)：其主要含義有三點(diǎn)： 指令：指令：計(jì)算機(jī)硬件一步執(zhí)行的操作命令，計(jì)算機(jī)硬件一步執(zhí)行的操作命令，如加法指令。如加法指令。 計(jì)算

3、機(jī)最終執(zhí)行的程序：計(jì)算機(jī)最終執(zhí)行的程序：指令序列指令序列。 事先編好的求解問(wèn)題的程序最終變成：事先編好的求解問(wèn)題的程序最終變成： 指令序列和需處理的數(shù)據(jù)指令序列和需處理的數(shù)據(jù)。2. 事先存儲(chǔ)程序事先存儲(chǔ)程序3. 自動(dòng)、連續(xù)地執(zhí)行程序自動(dòng)、連續(xù)地執(zhí)行程序?qū)⒕幒玫某绦蜃兂勺罱K可執(zhí)行的程序即二將編好的程序變成最終可執(zhí)行的程序即二進(jìn)制指令代碼序列存放在存儲(chǔ)器中。進(jìn)制指令代碼序列存放在存儲(chǔ)器中。在程序已存放在存儲(chǔ)器后，計(jì)算機(jī)就可以在程序已存放在存儲(chǔ)器后，計(jì)算機(jī)就可以運(yùn)行該程序，即按一定的順序通常是指令運(yùn)行該程序，即按一定的順序通常是指令存放的順序，從存儲(chǔ)器中逐條取出指令，存放的順序，從存儲(chǔ)器中逐條取出指

4、令，按指令的要求執(zhí)行操作，直到該程序執(zhí)行按指令的要求執(zhí)行操作，直到該程序執(zhí)行結(jié)束。結(jié)束。1.1.2 信息的數(shù)字化表示（信息的數(shù)字化表示（兩層含義兩層含義） 1. 在計(jì)算機(jī)中用數(shù)字代碼表示各種信息在計(jì)算機(jī)中用數(shù)字代碼表示各種信息 二進(jìn)制代碼二進(jìn)制代碼例例1 用數(shù)字代碼表示數(shù)據(jù)用數(shù)字代碼表示數(shù)據(jù) 5 - 5 表示為表示為 0 101 表示為表示為 1 101 控制信息；數(shù)據(jù)信息。數(shù)值、文字、聲音、控制信息；數(shù)據(jù)信息。數(shù)值、文字、聲音、圖像等。圖像等。 例例2 用數(shù)字代碼表示字符用數(shù)字代碼表示字符 A B 表示為表示為 1000001 = （41）16 = （65）10表示為表示為 1000010

5、例例3 用數(shù)字代碼表示命令、狀態(tài)用數(shù)字代碼表示命令、狀態(tài) 啟動(dòng)啟動(dòng) 停止停止 正在工作正在工作 工作結(jié)束工作結(jié)束 表示為表示為 00 表示為表示為 01 表示為表示為 10 表示為表示為 11 思考：如何表示漢字、聲音、圖像等？思考：如何表示漢字、聲音、圖像等？ 2. 在物理機(jī)制上用在物理機(jī)制上用數(shù)字信號(hào)數(shù)字信號(hào)表示數(shù)字代碼表示數(shù)字代碼 數(shù)字型電信號(hào)數(shù)字型電信號(hào)例例1 用電平信號(hào)表示數(shù)字代碼用電平信號(hào)表示數(shù)字代碼 高電平高電平 1 低電平低電平 高電平高電平 0 1 例例2 用脈沖信號(hào)表示數(shù)字代碼用脈沖信號(hào)表示數(shù)字代碼 有脈沖有脈沖 無(wú)脈沖無(wú)脈沖有脈沖有脈沖101實(shí)現(xiàn)并行操作實(shí)現(xiàn)并行操作實(shí)現(xiàn)串

6、行操作實(shí)現(xiàn)串行操作第第 2 節(jié)節(jié) 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的硬、軟件組成計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的硬、軟件組成1.2.1 計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)CPUCPUM MI/OI/O設(shè)備設(shè)備I/OI/O設(shè)備設(shè)備系系 統(tǒng)統(tǒng) 總總 線線單總線單總線計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)I/OI/O接口接口I/OI/O接口接口1. CPU 功能：功能：負(fù)責(zé)讀取與執(zhí)行指令，即執(zhí)行程序。負(fù)責(zé)讀取與執(zhí)行指令，即執(zhí)行程序。 基本組成：基本組成：寄存器、寄存器、ALU、控制器及連接、控制器及連接1）寄存器）寄存器用于存放控制信息，如用于存放控制信息，如PC、IR、PSW用于存放數(shù)據(jù)信息，如通用寄存器、暫存器用于存放數(shù)據(jù)信息，如通用寄存器、暫

7、存器2）算術(shù)邏輯部件）算術(shù)邏輯部件ALU：按指令的要求對(duì)有關(guān)按指令的要求對(duì)有關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行指定的算術(shù)或邏輯運(yùn)算。數(shù)據(jù)進(jìn)行指定的算術(shù)或邏輯運(yùn)算。3）控制器：）控制器：主要根據(jù)指令信息產(chǎn)生控制信號(hào)主要根據(jù)指令信息產(chǎn)生控制信號(hào)(微命令微命令)序列，序列， 控制全機(jī)操作?？刂迫珯C(jī)操作。微命令發(fā)生器微命令發(fā)生器指令信息指令信息時(shí)序信號(hào)時(shí)序信號(hào)微命令序列微命令序列狀態(tài)信息狀態(tài)信息微命令產(chǎn)生方式（指令執(zhí)行控制方式）：微命令產(chǎn)生方式（指令執(zhí)行控制方式）：組合邏輯控制方式：組合邏輯控制方式：微程序控制方式：微程序控制方式：由組合邏輯電路由組合邏輯電路產(chǎn)生微命令產(chǎn)生微命令由微指令產(chǎn)生微命令由微指令產(chǎn)生微命令2. 主存

8、儲(chǔ)器主存儲(chǔ)器 1）功能）功能: 存放需執(zhí)行的程序及需要處理的存放需執(zhí)行的程序及需要處理的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)，CPU能直接讀出或?qū)懭?。能直接讀出或?qū)懭搿?2）邏輯組成：）邏輯組成：由連續(xù)的單元組成。通常每由連續(xù)的單元組成。通常每個(gè)單元存放個(gè)單元存放8位二進(jìn)制數(shù)即一個(gè)字節(jié)。每個(gè)單位二進(jìn)制數(shù)即一個(gè)字節(jié)。每個(gè)單元有一個(gè)惟一的地址。元有一個(gè)惟一的地址。 00000H 00001H 00002H 00003H FFFFEH FFFFFH主存邏輯組成示意圖主存邏輯組成示意圖地址地址7 0 主存儲(chǔ)器主存儲(chǔ)器： 指令1 指令2 指令2 指令3 操作數(shù) 指令序列按執(zhí)行順序存放在指令序列按執(zhí)行順序存放在連續(xù)的單元中。由連續(xù)

9、的單元中。由CPU中的中的PC提供指令地址，尋找對(duì)應(yīng)主存提供指令地址，尋找對(duì)應(yīng)主存單元讀取指令到單元讀取指令到CPU執(zhí)行。執(zhí)行。 指令需要處理的操作數(shù)也可指令需要處理的操作數(shù)也可存放在主存單元中。由指令提存放在主存單元中。由指令提供地址尋找對(duì)應(yīng)單元讀取操作供地址尋找對(duì)應(yīng)單元讀取操作數(shù)。數(shù)。主存的一個(gè)重要特點(diǎn)主存的一個(gè)重要特點(diǎn)：能按地址存放或讀取單：能按地址存放或讀取單元內(nèi)容，即允許元內(nèi)容，即允許CPU直接編址訪問(wèn)。直接編址訪問(wèn)。 3. 輸入輸入/輸出（輸出（I/O）設(shè)備）設(shè)備功能：功能：轉(zhuǎn)換信息轉(zhuǎn)換信息。 輸入：原始信息輸入：原始信息 二進(jìn)制代碼，送入主機(jī)。二進(jìn)制代碼，送入主機(jī)。輸出：處理結(jié)果

10、輸出：處理結(jié)果 人所能接受的形式并輸出。人所能接受的形式并輸出。 例如：輸入設(shè)備鍵盤(pán)，輸出設(shè)備顯示器。例如：輸入設(shè)備鍵盤(pán)，輸出設(shè)備顯示器。 4. 總線總線 功能：一組能為多個(gè)部件功能：一組能為多個(gè)部件分時(shí)共享分時(shí)共享的信息傳送的信息傳送線路。線路。CPUCPUM MI/OI/O設(shè)備設(shè)備I/OI/O設(shè)備設(shè)備系系 統(tǒng)統(tǒng) 總總 線線用一組系統(tǒng)總線連接用一組系統(tǒng)總線連接CPUCPU、主存、多個(gè)輸入、主存、多個(gè)輸入/ /輸輸出設(shè)備，它們通過(guò)總線傳送信息。出設(shè)備，它們通過(guò)總線傳送信息。 地址總線地址總線 數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線 控制總線控制總線系統(tǒng)總線系統(tǒng)總線例如：例如：CPU從主存單元讀取操作數(shù)如何通過(guò)總線實(shí)

11、現(xiàn)從主存單元讀取操作數(shù)如何通過(guò)總線實(shí)現(xiàn)I/OI/O接口接口I/OI/O接口接口 5. I/O接口接口:系統(tǒng)總線與系統(tǒng)總線與I/O設(shè)備之間的轉(zhuǎn)換邏輯設(shè)備之間的轉(zhuǎn)換邏輯部件部件 基本功能：基本功能：實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)CPU與與I/O設(shè)備之間控制信息、數(shù)據(jù)、狀設(shè)備之間控制信息、數(shù)據(jù)、狀態(tài)信息的轉(zhuǎn)換和傳送；還可實(shí)現(xiàn)主存與態(tài)信息的轉(zhuǎn)換和傳送；還可實(shí)現(xiàn)主存與I/O設(shè)備之間的數(shù)設(shè)備之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和傳送。據(jù)轉(zhuǎn)換和傳送。 計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)由三大子系統(tǒng)：計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)由三大子系統(tǒng)：CPU、存儲(chǔ)、存儲(chǔ)系統(tǒng)、輸入系統(tǒng)、輸入/輸出系統(tǒng)及連接它們的總線構(gòu)成。輸出系統(tǒng)及連接它們的總線構(gòu)成。CPUCPUM MI/OI/O設(shè)備設(shè)備I/OI

12、/O設(shè)備設(shè)備系系 統(tǒng)統(tǒng) 總總 線線I/OI/O接口接口I/OI/O接口接口主機(jī)主機(jī)輸入輸出系統(tǒng)輸入輸出系統(tǒng)1.2.2 計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)按軟件配置與功能分為按軟件配置與功能分為系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件應(yīng)用軟件應(yīng)用軟件1、系統(tǒng)軟件、系統(tǒng)軟件1）操作系統(tǒng)）操作系統(tǒng)功能：功能：管理和控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)硬、軟件資源及運(yùn)行的管理和控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)硬、軟件資源及運(yùn)行的程序，合理地組織計(jì)算機(jī)的工作流程，為用戶提供軟程序，合理地組織計(jì)算機(jī)的工作流程，為用戶提供軟件的開(kāi)發(fā)環(huán)境和運(yùn)行環(huán)境。件的開(kāi)發(fā)環(huán)境和運(yùn)行環(huán)境。命令行用戶接口（如命令行用戶接口（如DOS）和圖）和圖形用戶接口（如形用戶接口（如Windows X）系統(tǒng)

13、功能調(diào)用（如系統(tǒng)功能調(diào)用（如DOS的的INT 21H，Windows API）提供的用戶界面提供的用戶界面 機(jī)器語(yǔ)言：機(jī)器語(yǔ)言：計(jì)算機(jī)硬件能直接識(shí)別的語(yǔ)言，由二進(jìn)計(jì)算機(jī)硬件能直接識(shí)別的語(yǔ)言，由二進(jìn)制代碼表示的指令組成，它是面向特定機(jī)器結(jié)構(gòu)的內(nèi)制代碼表示的指令組成，它是面向特定機(jī)器結(jié)構(gòu)的內(nèi)部語(yǔ)言。相應(yīng)的指令稱為機(jī)器指令。部語(yǔ)言。相應(yīng)的指令稱為機(jī)器指令。 匯編語(yǔ)言：匯編語(yǔ)言：用符號(hào)表示的與機(jī)器指令對(duì)應(yīng)的程序設(shè)用符號(hào)表示的與機(jī)器指令對(duì)應(yīng)的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言。它是面向特定機(jī)器結(jié)構(gòu)的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，不計(jì)語(yǔ)言。它是面向特定機(jī)器結(jié)構(gòu)的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，不能通用。如能通用。如80X86匯編語(yǔ)言、匯編語(yǔ)言、8051匯編語(yǔ)言

14、。匯編語(yǔ)言。2）編譯程序與解釋程序）編譯程序與解釋程序 指令與指令系統(tǒng)：指令與指令系統(tǒng)：一條指令規(guī)定了一種基本操作（一條指令規(guī)定了一種基本操作（如傳送、加、減），并提供操作數(shù)地址或操作數(shù)，這如傳送、加、減），并提供操作數(shù)地址或操作數(shù)，這些信息用二進(jìn)制代碼表示。指令系統(tǒng)是指一臺(tái)計(jì)算機(jī)些信息用二進(jìn)制代碼表示。指令系統(tǒng)是指一臺(tái)計(jì)算機(jī)所有指令的集合。所有指令的集合。 源程序：源程序：用某種高級(jí)語(yǔ)言或匯編語(yǔ)言編寫(xiě)的程序，它用某種高級(jí)語(yǔ)言或匯編語(yǔ)言編寫(xiě)的程序，它們由相應(yīng)語(yǔ)言的語(yǔ)句組成。源程序必須通過(guò)這種語(yǔ)言的們由相應(yīng)語(yǔ)言的語(yǔ)句組成。源程序必須通過(guò)這種語(yǔ)言的語(yǔ)言處理程序?qū)⑵滢D(zhuǎn)換為機(jī)器語(yǔ)言程序（即二進(jìn)制指令語(yǔ)

15、言處理程序?qū)⑵滢D(zhuǎn)換為機(jī)器語(yǔ)言程序（即二進(jìn)制指令代碼序列），才能在計(jì)算機(jī)上執(zhí)行。代碼序列），才能在計(jì)算機(jī)上執(zhí)行。2）編譯程序與解釋程序）編譯程序與解釋程序 高級(jí)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言：高級(jí)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言：是面向用戶，與特定機(jī)器屬是面向用戶，與特定機(jī)器屬性相分離的通用語(yǔ)言。每種語(yǔ)言都有自己的語(yǔ)法規(guī)性相分離的通用語(yǔ)言。每種語(yǔ)言都有自己的語(yǔ)法規(guī)定與格式，也有適用范圍。如定與格式，也有適用范圍。如C、PASCAL、C+。 編譯方式：編譯方式：將源程序輸入計(jì)算機(jī)后，啟動(dòng)并執(zhí)行這將源程序輸入計(jì)算機(jī)后，啟動(dòng)并執(zhí)行這種語(yǔ)言的編譯程序（編譯器），將源程序全部翻譯成種語(yǔ)言的編譯程序（編譯器），將源程序全部翻譯成機(jī)器語(yǔ)言程序（目

16、標(biāo)程序）后，才由硬件執(zhí)行。如，機(jī)器語(yǔ)言程序（目標(biāo)程序）后，才由硬件執(zhí)行。如，匯編器。匯編器。 語(yǔ)言處理方式有兩種類型：解釋與編譯語(yǔ)言處理方式有兩種類型：解釋與編譯 解釋方式：解釋方式：邊解釋邊執(zhí)行。將源程序輸入計(jì)算機(jī)邊解釋邊執(zhí)行。將源程序輸入計(jì)算機(jī)后，啟動(dòng)并執(zhí)行這種語(yǔ)言的解釋程序（解釋器），后，啟動(dòng)并執(zhí)行這種語(yǔ)言的解釋程序（解釋器），由它逐句分析源程序，并翻譯成與該語(yǔ)句等價(jià)的機(jī)由它逐句分析源程序，并翻譯成與該語(yǔ)句等價(jià)的機(jī)器指令序列由硬件執(zhí)行，直到整個(gè)源程序的語(yǔ)句被器指令序列由硬件執(zhí)行，直到整個(gè)源程序的語(yǔ)句被解釋執(zhí)行完畢。如，解釋執(zhí)行完畢。如，BASIC解釋程序。解釋程序。3）各種軟件平臺(tái)）各種

17、軟件平臺(tái) 將開(kāi)發(fā)及運(yùn)行過(guò)程中所需的各種軟件集成為將開(kāi)發(fā)及運(yùn)行過(guò)程中所需的各種軟件集成為一個(gè)綜合的軟件系統(tǒng)，稱為軟件平臺(tái)。一個(gè)綜合的軟件系統(tǒng)，稱為軟件平臺(tái)。如：以如：以某種高級(jí)語(yǔ)言編譯系統(tǒng)為核心的開(kāi)發(fā)平臺(tái)。某種高級(jí)語(yǔ)言編譯系統(tǒng)為核心的開(kāi)發(fā)平臺(tái)。、應(yīng)用軟件：、應(yīng)用軟件：解決某一應(yīng)用領(lǐng)域問(wèn)題的軟件，解決某一應(yīng)用領(lǐng)域問(wèn)題的軟件，如科學(xué)計(jì)算軟件、財(cái)會(huì)軟件等。如科學(xué)計(jì)算軟件、財(cái)會(huì)軟件等。 總之，系統(tǒng)軟件是負(fù)責(zé)系統(tǒng)調(diào)度管理，提總之，系統(tǒng)軟件是負(fù)責(zé)系統(tǒng)調(diào)度管理，提供開(kāi)發(fā)和運(yùn)行環(huán)境，為用戶提供各種服務(wù)的一供開(kāi)發(fā)和運(yùn)行環(huán)境，為用戶提供各種服務(wù)的一類軟件。類軟件。第第 3 節(jié)節(jié) 層次結(jié)構(gòu)模型層次結(jié)構(gòu)模型1.3.1

18、從從計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成角度劃分層次結(jié)構(gòu)角度劃分層次結(jié)構(gòu) 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)以硬件為基礎(chǔ)，通過(guò)配置軟件擴(kuò)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)以硬件為基礎(chǔ)，通過(guò)配置軟件擴(kuò)充功能，形成一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的系統(tǒng)。通常采用充功能，形成一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的系統(tǒng)。通常采用層次結(jié)構(gòu)的觀點(diǎn)去分析、設(shè)計(jì)和構(gòu)建它。本節(jié)層次結(jié)構(gòu)的觀點(diǎn)去分析、設(shè)計(jì)和構(gòu)建它。本節(jié)將列舉兩種典型的層次結(jié)構(gòu)模型。將列舉兩種典型的層次結(jié)構(gòu)模型。 下面的圖給出了構(gòu)成計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的硬件層和下面的圖給出了構(gòu)成計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的硬件層和多個(gè)軟件層，以及它們之間的關(guān)系。每層都在多個(gè)軟件層，以及它們之間的關(guān)系。每層都在下一層的基礎(chǔ)上增加功能。下一層的基礎(chǔ)上增加功能。 右圖是右圖是從計(jì)算機(jī)系從計(jì)算機(jī)

19、系統(tǒng)組成角度統(tǒng)組成角度劃分的一劃分的一種層次結(jié)構(gòu)模型。種層次結(jié)構(gòu)模型。面向問(wèn)題語(yǔ)言層面向問(wèn)題語(yǔ)言層第第5層層翻譯翻譯(編譯器編譯器)匯編語(yǔ)言層匯編語(yǔ)言層第第4層層翻譯翻譯(匯編器匯編器)操作系統(tǒng)層操作系統(tǒng)層第第3層層部分解釋部分解釋(操作系統(tǒng)操作系統(tǒng))指令系統(tǒng)層指令系統(tǒng)層第第2層層直接執(zhí)行直接執(zhí)行/解釋解釋(微程序微程序)微體系結(jié)構(gòu)層微體系結(jié)構(gòu)層第第1層層1、微體系結(jié)構(gòu)層、微體系結(jié)構(gòu)層 微體系結(jié)構(gòu)層是硬微體系結(jié)構(gòu)層是硬件層次，它主要是從件層次，它主要是從寄存器級(jí)觀察寄存器級(jí)觀察CPU的的結(jié)構(gòu)，分析結(jié)構(gòu)，分析CPU分步分步執(zhí)行指令的詳細(xì)過(guò)程執(zhí)行指令的詳細(xì)過(guò)程。 微體系結(jié)構(gòu)層可看微體系結(jié)構(gòu)層可看作

20、是第作是第2層指令系統(tǒng)層層指令系統(tǒng)層指令的解釋器。指令的解釋器。從計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成角度劃分從計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成角度劃分的一種層次結(jié)構(gòu)模型的一種層次結(jié)構(gòu)模型面向問(wèn)題語(yǔ)言層面向問(wèn)題語(yǔ)言層第第5層層翻譯翻譯(編譯器編譯器)匯編語(yǔ)言層匯編語(yǔ)言層第第4層層翻譯翻譯(匯編器匯編器)操作系統(tǒng)層操作系統(tǒng)層第第3層層部分解釋部分解釋(操作系統(tǒng)操作系統(tǒng))指令系統(tǒng)層指令系統(tǒng)層第第2層層直接執(zhí)行直接執(zhí)行/解釋解釋(微程序微程序)微體系結(jié)構(gòu)層微體系結(jié)構(gòu)層第第1層層2、指令系統(tǒng)層、指令系統(tǒng)層 指令系統(tǒng)層及上層指令系統(tǒng)層及上層都是抽象層次。指令都是抽象層次。指令系統(tǒng)層定義了硬件與系統(tǒng)層定義了硬件與編譯器的接口。編譯器的接口。 一

21、方面，指令系統(tǒng)一方面，指令系統(tǒng)規(guī)定了由硬件實(shí)現(xiàn)的規(guī)定了由硬件實(shí)現(xiàn)的各種指令功能；另一各種指令功能；另一方面，各種源程序必方面，各種源程序必須通過(guò)編譯器或解釋須通過(guò)編譯器或解釋器轉(zhuǎn)換為硬件能識(shí)別器轉(zhuǎn)換為硬件能識(shí)別與執(zhí)行的指令序列。與執(zhí)行的指令序列。從計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成角度劃分的從計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成角度劃分的一種層次結(jié)構(gòu)模型一種層次結(jié)構(gòu)模型面向問(wèn)題語(yǔ)言層面向問(wèn)題語(yǔ)言層第第5層層翻譯翻譯(編譯器編譯器)匯編語(yǔ)言層匯編語(yǔ)言層第第4層層翻譯翻譯(匯編器匯編器)操作系統(tǒng)層操作系統(tǒng)層第第3層層部分解釋部分解釋(操作系統(tǒng)操作系統(tǒng))指令系統(tǒng)層指令系統(tǒng)層第第2層層直接執(zhí)行直接執(zhí)行/解釋解釋(微程序微程序)微體系結(jié)構(gòu)層微體

22、系結(jié)構(gòu)層第第1層層3、操作系統(tǒng)層、操作系統(tǒng)層 從系統(tǒng)程序員的觀點(diǎn)從系統(tǒng)程序員的觀點(diǎn)來(lái)看，操作系統(tǒng)層指令來(lái)看，操作系統(tǒng)層指令集包括指令系統(tǒng)層的指集包括指令系統(tǒng)層的指令和新增的指令。令和新增的指令。 這些新指令稱為系統(tǒng)這些新指令稱為系統(tǒng)調(diào)用。它們由操作系統(tǒng)調(diào)用。它們由操作系統(tǒng)解釋，該層的其余指令解釋，該層的其余指令(即與第即與第2層指令相同的層指令相同的指令指令)由微體系結(jié)構(gòu)層由微體系結(jié)構(gòu)層執(zhí)行。執(zhí)行。從計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成角度劃分的從計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成角度劃分的一種層次結(jié)構(gòu)模型一種層次結(jié)構(gòu)模型面向問(wèn)題語(yǔ)言層面向問(wèn)題語(yǔ)言層第第5層層翻譯翻譯(編譯器編譯器)匯編語(yǔ)言層匯編語(yǔ)言層第第4層層翻譯翻譯(匯編器匯編器

23、)操作系統(tǒng)層操作系統(tǒng)層第第3層層部分解釋部分解釋(操作系統(tǒng)操作系統(tǒng))指令系統(tǒng)層指令系統(tǒng)層第第2層層直接執(zhí)行直接執(zhí)行/解釋解釋(微程序微程序)微體系結(jié)構(gòu)層微體系結(jié)構(gòu)層第第1層層4、匯編語(yǔ)言層、匯編語(yǔ)言層 匯編語(yǔ)言層及上層匯編語(yǔ)言層及上層是提供給解決應(yīng)用問(wèn)是提供給解決應(yīng)用問(wèn)題的程序員使用的。題的程序員使用的。 匯編語(yǔ)言程序通過(guò)匯編語(yǔ)言程序通過(guò)匯編器翻譯成機(jī)器語(yǔ)匯編器翻譯成機(jī)器語(yǔ)言程序，再由微體系言程序，再由微體系結(jié)構(gòu)層執(zhí)行。結(jié)構(gòu)層執(zhí)行。從計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成角度劃分的從計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成角度劃分的一種層次結(jié)構(gòu)模型一種層次結(jié)構(gòu)模型面向問(wèn)題語(yǔ)言層面向問(wèn)題語(yǔ)言層第第5層層翻譯翻譯(編譯器編譯器)匯編語(yǔ)言層匯編語(yǔ)言

24、層第第4層層翻譯翻譯(匯編器匯編器)操作系統(tǒng)層操作系統(tǒng)層第第3層層部分解釋部分解釋(操作系統(tǒng)操作系統(tǒng))指令系統(tǒng)層指令系統(tǒng)層第第2層層直接執(zhí)行直接執(zhí)行/解釋解釋(微程序微程序)微體系結(jié)構(gòu)層微體系結(jié)構(gòu)層第第1層層5、面向問(wèn)題語(yǔ)言層、面向問(wèn)題語(yǔ)言層 這一層使用高級(jí)語(yǔ)這一層使用高級(jí)語(yǔ)言編程解決問(wèn)題。言編程解決問(wèn)題。 高級(jí)語(yǔ)言程序通常高級(jí)語(yǔ)言程序通常由編譯器翻譯成第由編譯器翻譯成第3層層或第或第4層語(yǔ)言，個(gè)別有層語(yǔ)言，個(gè)別有解釋執(zhí)行的。解釋執(zhí)行的。 本書(shū)第二篇將分別本書(shū)第二篇將分別從微體系結(jié)構(gòu)層、指從微體系結(jié)構(gòu)層、指令系統(tǒng)層、匯編語(yǔ)言令系統(tǒng)層、匯編語(yǔ)言層來(lái)討論計(jì)算機(jī)系統(tǒng)層來(lái)討論計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成。的組成。

25、1.3.2 從語(yǔ)言功能角度劃分層次結(jié)構(gòu)從語(yǔ)言功能角度劃分層次結(jié)構(gòu)虛擬機(jī)：虛擬機(jī)：指通過(guò)配置軟件（如某種語(yǔ)言的編譯指通過(guò)配置軟件（如某種語(yǔ)言的編譯器或解釋器）擴(kuò)充機(jī)器功能后所形成的一臺(tái)計(jì)器或解釋器）擴(kuò)充機(jī)器功能后所形成的一臺(tái)計(jì)算機(jī)。算機(jī)。機(jī)器語(yǔ)言物理機(jī)：機(jī)器語(yǔ)言物理機(jī)：指能識(shí)別與執(zhí)行機(jī)器語(yǔ)言的指能識(shí)別與執(zhí)行機(jī)器語(yǔ)言的計(jì)算機(jī)硬件。計(jì)算機(jī)硬件。 下圖是從下圖是從語(yǔ)言功能語(yǔ)言功能角度劃分的層次結(jié)構(gòu)模型角度劃分的層次結(jié)構(gòu)模型專用語(yǔ)言虛擬機(jī)專用語(yǔ)言虛擬機(jī)高級(jí)語(yǔ)言虛擬機(jī)高級(jí)語(yǔ)言虛擬機(jī)匯編語(yǔ)言虛擬機(jī)匯編語(yǔ)言虛擬機(jī)機(jī)器語(yǔ)言物理機(jī)（實(shí)際機(jī)器）機(jī)器語(yǔ)言物理機(jī)（實(shí)際機(jī)器）程序程序第第 4 節(jié)節(jié) 計(jì)算機(jī)的工作過(guò)程計(jì)算機(jī)

26、的工作過(guò)程1.4.1 處理問(wèn)題的步驟處理問(wèn)題的步驟 目前，大型的應(yīng)用軟件的開(kāi)發(fā)都采用目前，大型的應(yīng)用軟件的開(kāi)發(fā)都采用軟件工軟件工程程的方法。但如要解決規(guī)模較小的應(yīng)用問(wèn)題，可的方法。但如要解決規(guī)模較小的應(yīng)用問(wèn)題，可采用以下的基本步驟：采用以下的基本步驟：1、系統(tǒng)分析、系統(tǒng)分析2、建立數(shù)學(xué)模型與設(shè)計(jì)算法、建立數(shù)學(xué)模型與設(shè)計(jì)算法3、編寫(xiě)應(yīng)用程序、編寫(xiě)應(yīng)用程序4、編譯為目標(biāo)程序、編譯為目標(biāo)程序5、由硬件執(zhí)行目標(biāo)程序、由硬件執(zhí)行目標(biāo)程序1.4.2 指令執(zhí)行過(guò)程指令執(zhí)行過(guò)程 加法指令加法指令“ADD AX，1000H”的功能是，將主存的功能是，將主存1000H單元的內(nèi)容（源操作數(shù)）與單元的內(nèi)容（源操作數(shù)）與CPU中中AX寄存器的內(nèi)寄存器的內(nèi)容（目的操作數(shù)）相加，結(jié)果送回容（目的操作數(shù)）相加，結(jié)果送回AX中。中。1、取指令與分析指令、取指令與分析指令下面以加法指令為例，說(shuō)明一條指令的執(zhí)行過(guò)程。下面以加法指令為例，說(shuō)明一條指令的執(zhí)行過(guò)程。 按按CPU的程序計(jì)數(shù)器的程序計(jì)數(shù)器PC中的指令地址，從主存單中的指令地址，從主存單元讀取加法指令到指令寄存器元讀取加法指令到指令寄存器IR中，這時(shí)中，這時(shí)PC的內(nèi)容修的內(nèi)容修改為下一條指令地址。然后由指令譯碼器分析改為下一條指令地址。然后由指令譯碼器分析IR中的中的指令，作為產(chǎn)生對(duì)應(yīng)微命令序列的依據(jù)。指令，