章7-低級程序設計語言 - 副本

1、計算機導論第第7 7章章 低級編程語言低級編程語言2提綱 機器語言 Pep/7虛擬機的機器指令 基本機器指令的功能 立即尋址和直接尋址 Pep/7的演示程序 匯編語言與Pep/7的匯編指令簡介3計算機計算機 是可編程的電子設備，可以存儲存儲，檢索和處理數據。指令指令 定義了計算機對數據可以進行什么樣的操作。存儲程序的概念存儲程序的概念 數據和處理數據的指令在表示上一致的（都使用二進制編碼），可被存在同一個地方。計算機的數據處理4機器語言機器語言機器語言 由二進制編碼的指令組成，由特定的計算機硬件直接執(zhí)行。 比喻： 一把“鑰匙”（指令）開一把“鎖”（計算機）。為什么我們學習機器語言？為什么我們學

2、習機器語言？1. 理解計算機如何工作。2. 欣賞今天我們與計算機的交互是如此的簡單。5機器語言的特性：機器語言的特性：1. 每一種處理器有它特定的一組機器指令。2. 處理器和它的指令是完全一體化的。3. 每一條機器指令只能執(zhí)行非常低級的計算任務。機器語言6一段機器語言代碼（用16進制表示）:D9 01 01 09 01 00 11 01 10 18 00 01 11 01 10 E1 01 11 00在這里，我們用2位十六進制數字來表示一個字節(jié)；字節(jié)之間空格在計算機內部是不存在的，寫在這里是為了讀程序清楚起見。機器語言7Pep/7虛擬機Pep/7是一臺是一臺虛擬計算機虛擬計算機 用軟件的方式來

3、模擬計算機的計算部件的工作；用來幫助教師向學生解釋機器語言是如何工作的。 Pep/7包含7個寄存器和4個狀態(tài)位。 8Pep/7： 16位的數據總線，即16位字長：一個CPU的時鐘周期里從內存讀入CPU或者從CPU寫入內存的數據量是32比特。 12位的地址總線：可編址 212 = 4096字節(jié)。 共有32條指令：除停機指令是1字節(jié)外，其它指令都是 3 字節(jié)長。Pep/7虛擬機9Pep/7 CPU的寄存器（的寄存器（register）: 程序計數器（程序計數器（Program Counter, PC）：）：存儲下一條要執(zhí)行的指令的內存地址。指令寄存器指令寄存器（Instruction Regist

4、er, IR）：）：存儲當前被執(zhí)行的指令。寄存器寄存器A（累加器）：（累加器）：存儲加法運算的結果。狀態(tài)位：狀態(tài)位：存儲于狀態(tài)寄存器。 位Z 置 1，如果寄存器A的值為0；否則位Z置 0。位N 置 1，如果寄存器A的值為負數；否則位N置 0。Pep/7虛擬機10Pep/7的體系結構狀態(tài)位寄存器A程序計數器（PC）指令寄存器（IR）11Pep/7的指令格式（a）一個指令由兩部分組成：指令說明符，操作數說明符 （b）指令說明符指令說明符操作數說明符尋址模式說明符 操作碼 寄存器說明符 12指令說明符的組成成分：指令說明符的組成成分：操作碼：操作碼：定義了一條指令。寄存器說明符：寄存器說明符：指定了

5、這條指令使用的寄存器。這里我們只用到了A register（累加器）。尋址模式說明符：尋址模式說明符：指定了操作數是一個數（稱作立即尋址）還是一個地址（稱作直接尋址）。Pep/7的指令格式13兩種尋址模式：兩種尋址模式：Pep/7的指令格式(a) 立即尋址模式：操作數說明立即尋址模式：操作數說明符是操作數本身符是操作數本身(b) 直接尋址模式：操作數說直接尋址模式：操作數說明符是操作數的地址明符是操作數的地址指令說明符 操作數說明符 指令說明符 操作數說明符 下圖的12個紅色單元，是因為pep/7的地址總線是12 bits，高位的4 bits沒有用到。14Pep/7基本指令 （操作碼）15指令

6、：指令：停機停機 操作碼：00000。程序停止執(zhí)行。它是1字節(jié)的指令（不含操作數說明符）。Pep/7基本指令基本指令16指令：指令：把操作數載入寄存器把操作數載入寄存器A 操作碼：00001。將操作數說明符指定的2個字節(jié)存入寄存器A中。(a) 立即尋址：立即尋址：操作數說明符就是操作數本身，把它載入寄存器A。 (b) 直接尋址直接尋址: 操作數說明符指定的是操作數所在的內存地址，把它指向的2字節(jié)的內存單元的內容載入寄存器A。指令說明符指令說明符操作數說明符操作數說明符Pep/7基本指令17指令：指令：將寄存器將寄存器A的內容存入操作數中的內容存入操作數中 操作碼：00010。將寄存器A存入操作

7、數說明符指定的內存空間中。只支持直接尋址只支持直接尋址: 操作數說明符指定的是操作數所在的內存地址，把寄存器A的內容存入操作數說明符指向的2字節(jié)的內存單元。指令說明符操作數說明符Pep/7基本指令18指令：指令：把操作數加到寄存器把操作數加到寄存器A中中 操作碼：00011。將操作數說明符指定的操作數加入寄存器A中。 與指令“把操作數載入寄存器A”類似，除了這里是把操作數加到寄存器中。 請自己定義。Pep/7基本指令19指令：從寄存器指令：從寄存器A中減去操作數中減去操作數 操作碼：00011。從寄存器A中減去操作數說明符指定的操作數。 請自己定義。 Pep/7基本指令20指令：把字符輸入操作

8、數指令：把字符輸入操作數 操作碼：11011。 從輸入設備讀入一個ASCII字符到操作數說明符指定的內存地址中。指令說明符操作數說明符只支持直接尋址模式只支持直接尋址模式Pep/7基本指令21指令：從操作數輸出字符指令：從操作數輸出字符 操作碼：11100。 將操作數說明符指定的操作數（一個ASCII字符的碼值）發(fā)送到輸出設備。指令說明符指令說明符操作數說明符操作數說明符(a) 立即尋址立即尋址 (b) 直接尋址直接尋址Pep/7基本指令22你能將上述指令用十六進制寫出嗎？23 Pep/7程序演示1. 從鍵盤讀入字符A （ASCII碼值0 x41）2. 將字符A存入變量i中3. 將 i 的值自

9、增1 4. 將i值所對應的字符（即B）輸出到屏幕上5. 停機24Pep/7程序運行步驟：1. 打開或新建一個程序 (zz 是程序的結束符)2. 設置跟蹤選項 Pep7 - clear RAM memory 將內存單元全部設置為0： 設置 Pep7 - Trace Options跟蹤內存單元的內容的變化3. 允許鍵盤輸入： Pep7-exection input-interactive input from keyboard 4. 將程序裝載到內存： Pep7-load5. 執(zhí)行程序：Pep7-execute Pep/7程序演示25我們假設： 程序指令存儲在地址范圍為0 x000000FF的內存

10、空間 鍵盤輸入的字符存儲在地址范圍為0 x0100010F的內存空間 (A 存儲在0 x0101) 變量存儲在0 x01100FFF (變量i，2字節(jié)，存儲在0 x01100111) Pep/7程序演示26內存存儲示意圖：.0041. 內容 地址0 x00010 x00020 x01000 x01010 x01100 x0111程序存儲區(qū)A i Pep/7程序演示27Pep/7 的存儲方式是大端字節(jié)的。的存儲方式是大端字節(jié)的。大端字節(jié)（Big Endian）：數據的高字節(jié)存在低地址上例： 0 xABCD 地址 字節(jié)n ABn+1 CD小端字節(jié)（Little Endian）：數據的高字節(jié)存在高地

11、址上例： 0 xABCD 地址 字節(jié)n CDn+1 AB Pep/7程序演示28 Pep/7程序演示程序代碼：D9 01 01 09 01 00 11 01 10 18 00 01 11 01 10 E1 01 11 00 zz291. 從鍵盤讀入字符A （ASCII碼值0 x41）存到內存單元中（設在地址0 x0101上）In Hex：D9 (11011 0 01 in Bin, 把字符輸入操作數，直接尋址)01 01 (地址為0 x0101) Pep/7程序演示302. 將字符A存入變量i中（設起始地址為0 x0110）In Hex: 09 (00001 0 01 in Bin, 把操作數

12、載入寄存器A，直接尋址）01 00 (A在地址0 x0100上) In Hex:11 (00010 0 01 in Bin, 把寄存器A的內容存儲到操作數中)01 10 （i的起始地址是0 x0110） Pep/7程序演示313. 將 i 的值自增1In Hex:18 (00011 0 00 in Bin, 把操作數加到寄存器中，立即尋址)00 01 (數字1)In Hex:11 (00010 0 01 in Bin, 將寄存器A存到操作數中，直接尋址)01 10 (i的起始地址是0 x0110) Pep/7程序演示324. 將i值所對應的字符（即B）輸出到屏幕上In Hex:E1 (1110

13、0 0 01 in Bin, 從操作數輸出字符，直接尋址)01 11 (該字符存儲在地址0 x111上)注意：Pep/7是大端字節(jié)的存儲方式，即0 x0000存儲在地址0 x0110上，0 x0042存儲在地址0 x0111上。 Pep/7程序演示335. 停機In Hex：00（ 00000 0 00 in Bin） Pep/7程序演示34請自己寫出每次執(zhí)行一條指令時，IR, PC和寄存器A里的內容。執(zhí)行第1條指令D9 01 01時，IR=D9 01 01；PC=00 03；寄存器A=00 00； 執(zhí)行第2條指令09 01 00時，IR=09 01 00；PC=00 06；寄存器A=0041；. Pep/7程序演示35