《匯編語(yǔ)言》cpu存儲(chǔ)器總線(第二章)課件

1、匯編語(yǔ)言課件第1章 基礎(chǔ)知識(shí)1.1 機(jī)器語(yǔ)言 1. 9 數(shù)據(jù)總線1.2 匯編語(yǔ)言的產(chǎn)生 1.10 控制總線1.3 匯編語(yǔ)言的組成 1.11 內(nèi)存地址空間（概述）1.4 存儲(chǔ)器 1.12 主板1.5 指令和數(shù)據(jù) 1.13 接口卡1.6 存儲(chǔ)單元 1.14 各類(lèi)存儲(chǔ)器芯片1.7 CPU對(duì)存儲(chǔ)器的讀寫(xiě) 1.15 內(nèi)存地址空間1.8 地址總線 引言匯編語(yǔ)言是直接在硬件之上工作的編程語(yǔ)言，首先要了解硬件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，才能有效的應(yīng)用匯編語(yǔ)言對(duì)其編程。在本章中，對(duì)硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的問(wèn)題進(jìn)行一部分的探討，以使后續(xù)的課程可在一個(gè)好的基礎(chǔ)上進(jìn)行。引言匯編課程的研究重點(diǎn)放在如何利用硬件系統(tǒng)的編程結(jié)構(gòu)和指令集有效靈活的控制

2、系統(tǒng)進(jìn)行工作。1.1 機(jī)器語(yǔ)言機(jī)器語(yǔ)言是機(jī)器指令的集合。機(jī)器指令展開(kāi)來(lái)講就是一臺(tái)機(jī)器可以正確執(zhí)行的命令。1.1 機(jī)器語(yǔ)言指令：01010000 (PUSH AX)電平脈沖： 1.1 機(jī)器語(yǔ)言以后我們提到的計(jì)算機(jī)是指由CPU 和其他受CPU 直接或間接控制的芯片、器件、設(shè)備組成的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)；比如我們最常見(jiàn)的PC 機(jī)。1.1 機(jī)器語(yǔ)言程序員們將 0、1 數(shù)字編程的程序代碼打在紙帶或卡片上，1打孔，0不打孔，再將程序通過(guò)紙帶機(jī)或卡片機(jī)輸入計(jì)算機(jī)，進(jìn)行運(yùn)算。示例 應(yīng)用8086CPU完成運(yùn)算： S = 768 + 12288 12801.1 機(jī)器語(yǔ)言S = 768 + 12288 - 1280機(jī)器碼：

3、101100000000000000000011 000001010000000000110000 001011010000000000000101 假如將程序錯(cuò)寫(xiě)成以下這樣，請(qǐng)找處錯(cuò)誤： 101100000000000000000011 000001010000000000110000 0001011010000000000001011.1 機(jī)器語(yǔ)言在顯示器上輸出“welcome to masm”。 機(jī)器碼看到這樣的程序，你會(huì)有什么感想？如果程序里有一個(gè)“ 1 ”被誤寫(xiě)為“ 0 ”，又如何去查找呢？1.2 匯編語(yǔ)言的產(chǎn)生匯編語(yǔ)言的主體是匯編指令。匯編指令和機(jī)器指令的差別在于指令的表示方法上。

4、匯編指令是機(jī)器指令便于記憶的書(shū)寫(xiě)格式。匯編指令是機(jī)器指令的助記符。1.2 匯編語(yǔ)言的產(chǎn)生機(jī)器指令： 1000100111011000操作：寄存器BX的內(nèi)容送到AX中匯編指令：MOV AX,BX這樣的寫(xiě)法與人類(lèi)語(yǔ)言接近，便于閱讀和記憶。寄存器寄存器：簡(jiǎn)單的講是CPU中可以存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的器件，一個(gè)CPU中有多個(gè)寄存器。AX是其中一個(gè)寄存器的代號(hào)，BX是另一個(gè)寄存器的代號(hào)。更詳細(xì)的內(nèi)容我們?cè)谝院蟮恼n程中將會(huì)講到。1.2 匯編語(yǔ)言的產(chǎn)生計(jì)算機(jī)能讀懂的只有機(jī)器指令，那么如何讓計(jì)算機(jī)執(zhí)行程序員用匯編指令編寫(xiě)的程序呢？用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)程序的工作過(guò)程1.3 匯編語(yǔ)言的組成匯編語(yǔ)言由以下3類(lèi)組成：1、匯編指令（機(jī)器碼

5、的助記符）2、偽指令 （由編譯器執(zhí)行）3、其它符號(hào)（由編譯器識(shí)別）匯編語(yǔ)言的核心是匯編指令，它決定了匯編語(yǔ)言的特性。 1.4 馮諾依曼計(jì)算機(jī)馮諾依曼計(jì)算機(jī)的基本特點(diǎn)：（1）采用存儲(chǔ)程序方式，即程序和數(shù)據(jù)放在同一個(gè)存儲(chǔ)器中，程序指令和數(shù)據(jù)都用二進(jìn)制表示，兩者都可以送到CPU執(zhí)行和運(yùn)算。（2）存儲(chǔ)器是按地址訪問(wèn)的，每個(gè)存儲(chǔ)單元的位數(shù)是固定的。存儲(chǔ)單元采用線性編址方式，按順序取出指令。（3）指令由操作碼和地址碼構(gòu)成。根據(jù)指令含義發(fā)出控制信號(hào)控制計(jì)算機(jī)的操作。（4）機(jī)器以運(yùn)算器為中心，輸入輸出設(shè)備都要經(jīng)過(guò)CPU與存儲(chǔ)器間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。 1.4.1 馮諾依曼機(jī)原理計(jì)算機(jī)由運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備

6、、輸出設(shè)備五大部件組成。運(yùn)算器和控制器合稱(chēng)為中央處理器（CPU）。 中央處理器CPU 存儲(chǔ)器 輸入輸出設(shè)備 總線及接口 1.4.2 馮諾依曼計(jì)算機(jī)的基本結(jié)構(gòu)內(nèi)存儲(chǔ)器Inner Memory輸入設(shè)備Input Device中央處理器輸出設(shè)備Output DeviceD-BUSA-BUSC_BUS輸入接口輸出接口調(diào)制解調(diào)器內(nèi)存條電源 中央處理器主板光驅(qū)軟驅(qū)硬盤(pán)微型計(jì)算機(jī)的基本結(jié)構(gòu)ISA插槽PCI插槽AGP插槽北橋芯片組南橋芯片組內(nèi)存插槽CPU插槽IDE接口接硬盤(pán)光驅(qū)軟驅(qū)接口并口連接器串口連接器ROM BIOS鼠標(biāo)鍵盤(pán)USB接口主板電源插座主板硬件：中央處理機(jī) CPU總線控制 邏輯接 口接 口存儲(chǔ)器

7、大容量存儲(chǔ)器I/O設(shè)備I/O子系統(tǒng)系統(tǒng)總線.軟件：系統(tǒng)軟件 用戶軟件存儲(chǔ)器I/O接口輸入設(shè)備I/O接口數(shù)據(jù)總線 DB控制總線 CB地址總線 AB輸出設(shè)備CPU微機(jī)的硬件由CPU、存儲(chǔ)器、輸入/輸出設(shè)備構(gòu)成；輸入/輸出設(shè)備通過(guò)輸入/輸出接口與系統(tǒng)相連； ( 輸入/輸出接口簡(jiǎn)稱(chēng)I/O接口 )各部件通過(guò)總線連接。構(gòu)成部件1.4 存儲(chǔ)器之前簡(jiǎn)單介紹了計(jì)算機(jī)的組成結(jié)構(gòu)，接下來(lái)講匯編語(yǔ)言和這些器件之間的關(guān)系CPU 是計(jì)算機(jī)的核心部件它控制整個(gè)計(jì)算機(jī)的運(yùn)作并進(jìn)行運(yùn)算，要想讓一個(gè)CPU 工作，就必須向它提供指令和數(shù)據(jù)。指令和數(shù)據(jù)在存儲(chǔ)器中存放，也就是平時(shí)所說(shuō)的內(nèi)存。1.4 存儲(chǔ)器在一臺(tái)PC機(jī)中內(nèi)存的作用僅次于

8、CPU。離開(kāi)了內(nèi)存，性能再好的CPU也無(wú)法工作。1.4 存儲(chǔ)器磁盤(pán)不同于內(nèi)存，磁盤(pán)上的數(shù)據(jù)或程序如果不讀到內(nèi)存中，就無(wú)法被CPU 使用。1.5 指令和數(shù)據(jù)指令和數(shù)據(jù)是應(yīng)用上的概念。在內(nèi)存或磁盤(pán)上，指令和數(shù)據(jù)沒(méi)有任何區(qū)別，都是二進(jìn)制信息。1.5 指令和數(shù)據(jù)二進(jìn)制信息： 1000100111011000 89D8H （數(shù)據(jù)） 1000100111011000 MOV AX,BX （程序）1.6 存儲(chǔ)單元存儲(chǔ)器被劃分為若干個(gè)存儲(chǔ)單元，每個(gè)存儲(chǔ)單元從0開(kāi)始順序編號(hào)；例如： 一個(gè)存儲(chǔ)器有128個(gè)存儲(chǔ)單元， 編號(hào)從0127。 如右圖示：1.6 存儲(chǔ)單元對(duì)于大容量的存儲(chǔ)器一般還用以下單位來(lái)計(jì)量容量（以下用B

9、來(lái)代表Byte）：1KB=1024B1MB=1024KB1GB=1024MB1TB=1024GB磁盤(pán)的容量單位同內(nèi)存的一樣，實(shí)際上以上單位是微機(jī)中常用的計(jì)量單位。1.7 CPU對(duì)存儲(chǔ)器的讀寫(xiě)CPU要想進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀寫(xiě)，必須和外部器件（標(biāo)準(zhǔn)的說(shuō)法是芯片）進(jìn)行三類(lèi)信息的交互：存儲(chǔ)單元的地址（地址信息）器件的選擇，讀或?qū)懨睿刂菩畔ⅲ┳x或?qū)懙臄?shù)據(jù)（數(shù)據(jù)信息）1.7 CPU對(duì)存儲(chǔ)器的讀寫(xiě)那么CPU是通過(guò)什么將地址、數(shù)據(jù)和控制信息傳到存儲(chǔ)芯片中的呢？電子計(jì)算機(jī)能處理、傳輸?shù)男畔⒍际请娦盘?hào)，電信號(hào)當(dāng)然要用導(dǎo)線傳送。1.7 CPU對(duì)存儲(chǔ)器的讀寫(xiě)在計(jì)算機(jī)中專(zhuān)門(mén)有連接CPU和其他芯片的導(dǎo)線，通常稱(chēng)為總線。物理上

10、：一根根導(dǎo)線的集合；邏輯上劃分為： 地址總線數(shù)據(jù)總線控制總線圖示1.7 CPU對(duì)存儲(chǔ)器的讀寫(xiě)總線在邏輯上劃分的圖示：1.7 CPU對(duì)存儲(chǔ)器的讀寫(xiě)CPU在內(nèi)存中讀或?qū)懙臄?shù)據(jù)演示：讀演示寫(xiě)演示從上面我們知道CPU是如何進(jìn)行數(shù)據(jù)讀寫(xiě)的?？墒俏覀?nèi)绾蚊钣?jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀寫(xiě)呢？1.7 CPU對(duì)存儲(chǔ)器的讀寫(xiě)1.7 CPU對(duì)存儲(chǔ)器的讀寫(xiě)1.7 CPU對(duì)存儲(chǔ)器的讀寫(xiě)對(duì)于8086CPU，下面的機(jī)器碼能夠完成從3號(hào)單元讀數(shù)據(jù)：機(jī)器碼： 101000000000001100000000含義：從3號(hào)單元讀取數(shù)據(jù)送入寄存器AXCPU接收這條機(jī)器碼后將完成上面所述的讀寫(xiě)工作。1.7 CPU對(duì)存儲(chǔ)器的讀寫(xiě)機(jī)器碼難于記憶，

11、用匯編指令來(lái)表示，情況如下：機(jī)器碼：101000000000001100000000對(duì)應(yīng)的匯編指令：MOV AX,3含義：傳送3號(hào)單元的內(nèi)容到AX1.8 地址總線CPU是通過(guò)地址總線來(lái)指定存儲(chǔ)單元的。地址總線上能傳送多少個(gè)不同的信息，CPU就可以對(duì)多少個(gè)存儲(chǔ)單元進(jìn)行尋址。1.8 地址總線地址總線發(fā)送地址信息演示1.8 地址總線1.8 地址總線一個(gè)CPU有N根地址總線，則可以說(shuō)這個(gè)CPU的地址總線的寬度為N。這樣的CPU最多可以尋找的N次方個(gè)內(nèi)存單元。1.9 數(shù)據(jù)總線CPU與內(nèi)存或其它器件之間的數(shù)據(jù)傳送是通過(guò)數(shù)據(jù)總線來(lái)進(jìn)行的。數(shù)據(jù)總線的寬度決定了CPU和外界的數(shù)據(jù)傳送速度。1.9 數(shù)據(jù)總線我們來(lái)

12、分別看一下它們向內(nèi)存中寫(xiě)入數(shù)據(jù)89D8H時(shí)，是如何通過(guò)數(shù)據(jù)總線傳送數(shù)據(jù)的：8088CPU數(shù)據(jù)總線上的數(shù)據(jù)傳送情況8086CPU數(shù)據(jù)總線上的數(shù)據(jù)傳送情況1.9 數(shù)據(jù)總線 8位數(shù)據(jù)總線上傳送的信息1.9 數(shù)據(jù)總線 16位數(shù)據(jù)總線上傳送的信息1.10 控制總線CPU對(duì)外部器件的控制是通過(guò)控制總線來(lái)進(jìn)行的。在這里控制總線是個(gè)總稱(chēng)，控制總線是一些不同控制線的集合。有多少根控制總線，就意味著CPU提供了對(duì)外部器件的多少種控制。所以，控制總線的寬度決定了CPU對(duì)外部器件的控制能力?？刂瓶偩€上發(fā)送的控制信息1.10 控制總線1.10 控制總線前面所講的內(nèi)存讀或?qū)懨钍怯蓭赘刂凭€綜合發(fā)出的：其中有一根名為讀信

13、號(hào)輸出控制線負(fù)責(zé)由CPU 向外傳送讀信號(hào)，CPU 向該控制線上輸出低電平表示將要讀取數(shù)據(jù)；有一根名為寫(xiě)信號(hào)輸出控制線負(fù)責(zé)由CPU向外傳送寫(xiě)信號(hào)。小結(jié)（1）匯編指令是機(jī)器指令的助記符，同機(jī)器指令一一對(duì)應(yīng)。（2）每一種CPU都有自己的匯編指令集。小結(jié)（3）CPU可以直接使用的信息在存儲(chǔ)器中存放。（4）在存儲(chǔ)器中指令和數(shù)據(jù)沒(méi)有任何區(qū)別，都是二進(jìn)制信息。小結(jié)（5）存儲(chǔ)單元從零開(kāi)始順序編號(hào)。（6）一個(gè)存儲(chǔ)單元可以存儲(chǔ) 8 個(gè) bit （用作單位寫(xiě)成“b”），即 8 位二進(jìn)制數(shù)。（7）1B = 8b1KB = 1024B 1MB = 1024KB 1GB = 1024MB小結(jié)（續(xù)）（8）每一個(gè)CPU芯片都

14、有許多管腳，這些管腳和總線相連。也可以說(shuō)，這些管腳引出總線。一個(gè)CPU可以引出三種總線的寬度標(biāo)志了這個(gè)CPU的不同方面的性能：地址總線的寬度決定了CPU的尋址能力；數(shù)據(jù)總線的寬度決定了CPU與其它器件進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送時(shí)的一次數(shù)據(jù)傳送量；控制總線寬度決定了CPU對(duì)系統(tǒng)中其它器件的控制能力。小結(jié)（續(xù)）在匯編課程中，我們從功能的角度介紹了這三類(lèi)總線，對(duì)實(shí)際的連接情況不做討論。1.11 內(nèi)存地址空間（概述）什么是內(nèi)存地址空間呢？一個(gè)CPU的地址線寬度為10，那么可以尋址1024個(gè)內(nèi)存單元，這1024個(gè)可尋到的內(nèi)存單元就構(gòu)成這個(gè)CPU的內(nèi)存地址空間。下面深入討論。首先需要介紹兩部分基本知識(shí)，主板和接口卡。1

15、.12 主板在每一臺(tái)PC機(jī)中，都有一個(gè)主板，主板上有核心器件和一些主要器件。這些器件通過(guò)總線（地址總線、數(shù)據(jù)總線、控制總線）相連。1.13 接口卡計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，所有可用程序控制其工作的設(shè)備，必須受到CPU的控制。CPU對(duì)外部設(shè)備不能直接控制，如顯示器、音箱、打印機(jī)等。直接控制這些設(shè)備進(jìn)行工作的是插在擴(kuò)展插槽上的接口卡。1.14 各類(lèi)存儲(chǔ)器芯片從讀寫(xiě)屬性上看分為兩類(lèi)：隨機(jī)存儲(chǔ)器（RAM）和只讀存儲(chǔ)器（ROM）從功能和連接上分類(lèi)：隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM裝有BIOS的ROM接口卡上的RAMPC機(jī)中各類(lèi)存儲(chǔ)器的邏輯連接情況1.14 各類(lèi)存儲(chǔ)器芯片裝有BIOS的ROM BIOS：Basic Input/Out

16、put System，基本輸入輸出系統(tǒng)。 BIOS是由主板和各類(lèi)接口卡（如：顯卡、網(wǎng)卡等）廠商提供的軟件系統(tǒng)，可以通過(guò)它利用該硬件設(shè)備進(jìn)行最基本的輸入輸出。在主板和某些接口卡上插有存儲(chǔ)相應(yīng)BIOS的ROM。1.15 內(nèi)存地址空間上述的那些存儲(chǔ)器在物理上是獨(dú)立的器件。但是它們?cè)谝韵聝牲c(diǎn)上相同： 1、都和CPU的總線相連。 2、CPU對(duì)它們進(jìn)行讀或?qū)懙臅r(shí)候都通過(guò)控制線發(fā)出內(nèi)存讀寫(xiě)命令。1.15 內(nèi)存地址空間將各各類(lèi)存儲(chǔ)器看作一個(gè)邏輯存儲(chǔ)器：所有的物理存儲(chǔ)器被看作一個(gè)由若干存儲(chǔ)單元組成的邏輯存儲(chǔ)器；每個(gè)物理存儲(chǔ)器在這個(gè)邏輯存儲(chǔ)器中占有一個(gè)地址段，即一段地址空間；CPU在這段地址空間中讀寫(xiě)數(shù)據(jù)，實(shí)際上就是在相對(duì)應(yīng)的物理存儲(chǔ)器中讀寫(xiě)數(shù)據(jù)。1.15 內(nèi)存地址空間假設(shè)，上圖中的內(nèi)存空間地址段分配如下：地址07FFFH的32KB空間為主隨機(jī)存儲(chǔ)器的地址空間；地址8