微型計(jì)算機(jī)技術(shù)與匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)：ch01-計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)一般計(jì)算機(jī)

1、HYPer第一章計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)一般計(jì)算機(jī)HYPer目錄計(jì)算機(jī)基本結(jié)構(gòu)指令系統(tǒng)CPU執(zhí)行過(guò)程微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)一.計(jì)算機(jī)基本結(jié)構(gòu)HYPer定義：一種存儲(chǔ)事先已經(jīng)編制好的程序和數(shù)據(jù)并能連續(xù)而自動(dòng)地取出這些程序來(lái)執(zhí)行，只能對(duì)事先已數(shù)字化的信息進(jìn)行算術(shù)或邏輯運(yùn)算的快速工具。什么是計(jì)算機(jī)？一.計(jì)算機(jī)基本結(jié)構(gòu)HYPer1、算術(shù)、邏輯運(yùn)算（我們?cè)谛W(xué)就已學(xué)完的加減乘除四則運(yùn)算）2、信息的數(shù)字化（一架冰冷的機(jī)器所能聽(tīng)懂的唯一語(yǔ)言）3、存貯程序的工作方式（現(xiàn)代化的流水線）符合以上特征的即被稱之為馮諾依曼體系結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)定義的概略解釋一.計(jì)算機(jī)基本結(jié)構(gòu)HYPer馮諾依曼體系結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)（1）到目前為止，幾乎生產(chǎn)的所

2、有計(jì)算機(jī)都是馮諾依曼體系結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)，這也是我們正在使用的諸如奔2奔3之類的微機(jī)的體系結(jié)構(gòu)。（但是現(xiàn)在的計(jì)算機(jī)科學(xué)家認(rèn)為只有打破馮諾依曼體系，計(jì)算機(jī)的效率才能得到突破）一.計(jì)算機(jī)基本結(jié)構(gòu)HYPer馮諾依曼體系結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)（2）采用二進(jìn)制表示數(shù)據(jù)和指令。采用存儲(chǔ)程序工作方式，即：事先編制程序。實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)程序。自動(dòng)、連續(xù)地執(zhí)行程序。一.計(jì)算機(jī)基本結(jié)構(gòu)HYPer馮諾依曼體系結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)（3）由以下五大部件組成計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)：運(yùn)算器（進(jìn)行簡(jiǎn)單四則運(yùn)算邏輯運(yùn)算）控制器（命令自己或外部設(shè)備做這做那）存儲(chǔ)器（存儲(chǔ)程序和數(shù)據(jù)）輸入設(shè)備（外部的觸角，眼，耳）輸出設(shè)備（執(zhí)行機(jī)構(gòu)，手，腳）腦CPU一.計(jì)算機(jī)基本結(jié)構(gòu)H

3、YPer各種計(jì)算機(jī)超級(jí)巨型機(jī)大、中、小型機(jī)筆記本微型機(jī)手持式不管外觀與體積如何，計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)的組成都是一樣的。一.計(jì)算機(jī)基本結(jié)構(gòu)HYPer微機(jī)基本組成顯示器鍵盤主機(jī)鼠標(biāo)光驅(qū)軟驅(qū)手寫筆輸入一.計(jì)算機(jī)基本結(jié)構(gòu)HYPer微機(jī)基本組成電源風(fēng)扇磁盤驅(qū)動(dòng)內(nèi)存條(RAM)CPU高速緩存外設(shè)擴(kuò)展槽 SLOT顯卡聲卡貓/網(wǎng)卡I/O插口電源口主板BIOS(ROM)一.計(jì)算機(jī)基本結(jié)構(gòu)HYPer外部設(shè)備微處理器 (CPU)存儲(chǔ)器 輸入/輸出 接口電路數(shù)據(jù)總線控制總線 地址總線基本結(jié)構(gòu)HYPer一.計(jì)算機(jī)基本結(jié)構(gòu)包括運(yùn)算器和控制器計(jì)算機(jī)硬件的核心型號(hào)Intel: 486、586（奔騰）、PII、PIII、賽揚(yáng)系列AM

4、D: K6-2、K6-III、K7系列主頻：66MHz、100MHz、133MHz1. CPU（中央處理器）程序計(jì)數(shù)器 PC指令寄存器 IR處理器狀態(tài)字PSW 堆棧指示器 SP指令譯碼器 IDI/O 控制邏輯工作寄存器地址寄存器數(shù)據(jù)寄存器 ALU 控制器HYPer一.計(jì)算機(jī)基本結(jié)構(gòu)CPU基本結(jié)構(gòu) 微處理器包括運(yùn)算器、控制器、寄存器組三大部分,一般被集 成在一個(gè)大規(guī)模集成芯片上,如8088、80 x86等等,它是計(jì)算機(jī)的核 心部件,具有計(jì)算、控制、數(shù)據(jù)傳送、指令譯碼及執(zhí)行等重要功能, 它直接決定了計(jì)算機(jī)的主要性能. ALU 運(yùn)算器的核心部件是算邏單元ALU，所有的算術(shù)運(yùn)算, 邏輯運(yùn)算和移位操作都

5、是由ALU完成的. 控制器 CPU的指揮機(jī)關(guān),完成指令的讀入、寄存、譯碼和執(zhí)行。 程序計(jì)數(shù)器 PC 用于保存下一條要執(zhí)行的指令的地址。 指令寄存器 IR 保存從存儲(chǔ)器中讀入的當(dāng)前要執(zhí)行的指令。 指令譯碼器 ID 對(duì)指令寄存器 IR中保存的指令進(jìn)行譯碼分析。 堆棧指示器 SP 對(duì)堆棧進(jìn)行操作時(shí)提供地址。 處理器狀態(tài)字PSW 暫存處理器當(dāng)前的狀態(tài)。HYPer一.計(jì)算機(jī)基本結(jié)構(gòu)工作寄存器組 暫存尋址和計(jì)算過(guò)程的信息. 地址寄存器 地址寄存器用于操作數(shù)的尋址。 數(shù)據(jù)寄存器 數(shù)據(jù)寄存器用來(lái)暫存操作數(shù)和中間運(yùn)算結(jié)果。 I/O控制邏輯 包括CPU中輸入/輸出操作有關(guān)的邏輯，其作 用是處理輸入/輸出的操作。

6、HYPer一.計(jì)算機(jī)基本結(jié)構(gòu)2.存儲(chǔ)器 用于存放程序代碼及有關(guān)數(shù)據(jù). HYPer一.計(jì)算機(jī)基本結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)存取數(shù)據(jù)的部件，常用半導(dǎo)體做成，存儲(chǔ)器中存放二進(jìn)制單元，每個(gè)存儲(chǔ)單元有一個(gè)編號(hào)，稱為地址，計(jì)算機(jī)是根據(jù)地址來(lái)訪問(wèn)存儲(chǔ)器的。 存儲(chǔ)器的主要技術(shù)指標(biāo)有存儲(chǔ)容量和速度。速度可用存取時(shí)間和存儲(chǔ)周期來(lái)衡量.存取時(shí)間TA是指從啟動(dòng)一次存儲(chǔ)器操作（讀/寫）到完成該操作所需的時(shí)間。存儲(chǔ)周期Tm是指連續(xù)兩次訪問(wèn)存儲(chǔ)器所需的最小時(shí)間間隔。通常Tm比TA稍大，這是由于存儲(chǔ)器的積壓部分都必須有一段穩(wěn)定恢復(fù)的時(shí)間，所以讀出后不能立即進(jìn)行訪問(wèn)。2.存儲(chǔ)器 用于存放程序代碼及有關(guān)數(shù)據(jù). HYPer內(nèi)存儲(chǔ)器硬盤軟盤光盤RA

7、M（內(nèi)存）外存儲(chǔ)器一.計(jì)算機(jī)基本結(jié)構(gòu)2.存儲(chǔ)器 用于存放程序代碼及有關(guān)數(shù)據(jù). 地 址 譯 碼 器地址 內(nèi)容 FF00單元 01單元 02單元 03單元 . .FF單元 11010011 10100010 00100110 10011101 : : 11100001ABDB控制CB00 01 02 03 04 HYPer存儲(chǔ)器基本原理存儲(chǔ)單元一.計(jì)算機(jī)基本結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)器由若干存儲(chǔ)單元、地址譯碼器及相應(yīng)的控制電路組成。存儲(chǔ)單元的內(nèi)容：存儲(chǔ)器由若干個(gè)單元組成，每個(gè)單元可存放 8 位二進(jìn)制信息（通常也用兩位十六進(jìn)制數(shù)表示），這就是它們的內(nèi)容。存儲(chǔ)單元的地址：為區(qū)分不同的單元，對(duì)這些單元分別編了號(hào)，這些編號(hào)

8、即它們的地址。存儲(chǔ)器的讀寫操作：存儲(chǔ)器中的不同存儲(chǔ)單元，是由地址總線上送來(lái)的地址，經(jīng)過(guò)存儲(chǔ)器中的地址譯碼器譯碼，選中該單元，然后根據(jù)控制總線上的控制命令（或讀或?qū)懀?，進(jìn)行相應(yīng)的讀寫操作。HYPer一.計(jì)算機(jī)基本結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)器HYPer容量單位210 = 102410001個(gè)漢字 = 2字節(jié) 1Byte = 8 bit 1 KB = 210 Byte 1 MB = 210 KB 1 GB = 210 MB 1 TB = 210 GB 1 PB = 210 TB一.計(jì)算機(jī)基本結(jié)構(gòu)3.輸入輸出接口電路 由于外部設(shè)備如鍵盤、顯示器、軟盤、硬盤、打印機(jī)等，在數(shù)據(jù)格式、運(yùn)行速度等方面與 CPU 不匹配，故在連

9、接時(shí)，需通過(guò) 輸入輸出接口電路使外部設(shè)備與之相連。HYPer一.計(jì)算機(jī)基本結(jié)構(gòu)輸入設(shè)備-輸入設(shè)備是給計(jì)算機(jī)輸入信息的設(shè)備。輸入住處通過(guò)輸入設(shè)備轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)能識(shí)別的二進(jìn)制代碼，送入存儲(chǔ)器中保存。常用的輸入設(shè)備有鍵盤、鼠標(biāo)器和光筆。鍵盤掃描儀鼠標(biāo)手寫筆數(shù)碼相機(jī)攝像頭一.計(jì)算機(jī)基本結(jié)構(gòu)HYPer輸出設(shè)備-輸出設(shè)備是輸出計(jì)算結(jié)果的設(shè)備。常見(jiàn)的輸出設(shè)備有顯示器、打印機(jī)、繪圖機(jī)等。 音箱顯示器打印機(jī)投影儀一.計(jì)算機(jī)基本結(jié)構(gòu)HYPer4.總線 總線是微型計(jì)算機(jī)中模塊到模塊之間傳輸信息的通道，是各種公共信息線的集合，采用總線結(jié)構(gòu)便于部件和設(shè)備的擴(kuò)充。 對(duì)微機(jī)而言，總線可以 分為以下四類： 片內(nèi)總線這種總線是微

10、處理器的內(nèi)總線，在微處理器內(nèi)用來(lái)連接ALU、CU和寄存器組等邏輯功能單元。這種總線沒(méi)有具體標(biāo)準(zhǔn)，由芯片生產(chǎn)廠家自己確定。 片間總線微處理器、存儲(chǔ)器芯片、I/O接口芯片等之間的連接總線。片間總線通常包括數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線。 內(nèi)總線 內(nèi)總線是微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)連接各插件板的總線.內(nèi)總線有不同的總線標(biāo)準(zhǔn)，如 S-100總線(IEEE-696標(biāo)),STD總線,IBM-PC總線標(biāo)準(zhǔn)等，采用不同總線標(biāo)準(zhǔn)的功能板無(wú)法連接在一起。 HYPer一.計(jì)算機(jī)基本結(jié)構(gòu) 外總線 用于微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)之間或者微型計(jì)算機(jī)與外部設(shè)備之間的通 信。外總線技術(shù)已經(jīng)很成熟，各種應(yīng)用要求皆有標(biāo)準(zhǔn)可遵循。 如并行總線IEEE-4

11、88標(biāo)準(zhǔn)，串行總線RS-232標(biāo)準(zhǔn)等。 四類總線之間的關(guān)系如圖所示。 CPU 片內(nèi)總線 M I/O 片間總線 I/O接口板 外部設(shè)備內(nèi)總線外總線HYPer一.計(jì)算機(jī)基本結(jié)構(gòu) 地址、控制、數(shù)據(jù)總線： 地址總線：用于傳送 CPU 要訪問(wèn)的存儲(chǔ)單元的地址或 I/O 端口地址，地址總線的位數(shù)決定了 CPU 可以直接尋址的地址范圍。 控制總線：用來(lái)傳送控制信號(hào)。 數(shù)據(jù)總線：用于 CPU 與存儲(chǔ)器、 CPU 與外設(shè)之間傳送信息。HYPer一.計(jì)算機(jī)基本結(jié)構(gòu) 上面我們所講述的是計(jì)算機(jī)的硬件。光有硬件，只是有了計(jì)算的可能，計(jì)算機(jī)要真正能夠進(jìn)行計(jì)算，還必須要有軟件的配合。例如： 4 + 5 這種簡(jiǎn)單運(yùn)算,需要以

12、下幾個(gè)步驟: 把第一個(gè)數(shù)從它所在的存儲(chǔ)單元中取出來(lái),送至運(yùn)算器; 把第二個(gè)數(shù)從它所在的存儲(chǔ)單元中取出來(lái),送至運(yùn)算器; 相加; 把加完的結(jié)果送至存儲(chǔ)器中指定的存儲(chǔ)單元. 所有這些取數(shù)、送數(shù)、相加、存數(shù)等等都是一種操作. 指令-我們把要求計(jì)算機(jī)執(zhí)行的各種操作用命令的形式寫下來(lái),就是指令。 通常一條指令對(duì)應(yīng)著一種基本操作,但是計(jì)算機(jī)怎么能夠辨別和執(zhí)行這些操作呢?這是由設(shè)計(jì)時(shí)設(shè)計(jì)人員賦予它的指令系統(tǒng)決定的.一個(gè)計(jì)算機(jī)能執(zhí)行什么樣的操作,能做多少種操作,是由設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)時(shí)所規(guī)定的指令系統(tǒng)決定的。 HYPer二.指令系統(tǒng)指令系統(tǒng) - 一條指令對(duì)應(yīng)著一種基本操作,計(jì)算機(jī)所能執(zhí)行的全部指令,就是計(jì)算機(jī)的指令系統(tǒng)

13、 . 這是計(jì)算機(jī)所固有的.程序 - 我們?cè)谑褂糜?jì)算機(jī)時(shí),必須把我們要解決的問(wèn)題編成一條條指令,這些指令的集合就稱為程序.(這些指令必須是我們所用的計(jì)算機(jī)能識(shí)別和執(zhí)行的指令,也即每一條指令必須是一臺(tái)特定的計(jì)算機(jī)的指令系統(tǒng)中具有的指令.)源程序 - 用戶為解決自己的問(wèn)題所編的程序, 稱為源程序. 指令形式 - 指令通常分成操作碼(Opcode)和操作數(shù)(Operand).操作碼表示計(jì)算機(jī)執(zhí)行什么操作,操作數(shù)指明參加操作的數(shù)本身或操作數(shù)所在的內(nèi)存中的位置. 因?yàn)橛?jì)算機(jī)只認(rèn)得二進(jìn)制數(shù)碼,所以計(jì)算機(jī)指令系統(tǒng)中的所有指令,都必須以二進(jìn)制編碼的形式來(lái)表示.如前面例子.HYPer二.指令系統(tǒng) 因?yàn)橛?jì)算機(jī)只認(rèn)得

14、二進(jìn)制數(shù)碼,所以計(jì)算機(jī)指令系統(tǒng)中的所有指令,都必須以二進(jìn)制編碼的形式來(lái)表示.如前面例子。 把第一個(gè)數(shù)從它所在的存儲(chǔ)單元中取出來(lái),送至運(yùn)算器; 把第二個(gè)數(shù)從它所在的存儲(chǔ)單元中取出來(lái),送至運(yùn)算器; 相加; 把加完的結(jié)果送至存儲(chǔ)器中指定的存儲(chǔ)單元. A0 00 20 MOV AL,2000H A8 1E 01 20 MOV BL,2001H 00 D8 ADD AL,BL A2 00 30 MOV 3000H,AL HYPer二.指令系統(tǒng)機(jī)器語(yǔ)言 - 計(jì)算機(jī)發(fā)展的初期,就是用指令的機(jī)器碼直接來(lái)編制用戶的源程序,這就是機(jī)器語(yǔ)言階段。 匯編語(yǔ)言 - 由于機(jī)器碼是由一連串的 0 和 1 組成的,不好記憶,

15、容易出錯(cuò),因而后來(lái)人們用一些助記符(Mnemonic)來(lái)代替操作碼,如上所示。這樣,每條指令有明顯的特征,易于理解記憶,這便是匯編語(yǔ)言階段。 程序的存放 - 要求機(jī)器能自動(dòng)執(zhí)行這些程序,就必須把這些程序存放到存儲(chǔ)器的某個(gè)區(qū)域. 計(jì)算機(jī)在執(zhí)行時(shí)把這些指令一條條取出來(lái)加以執(zhí)行。HYPer二.指令系統(tǒng)機(jī)器指令：1011 0000 B0h 0000 0111 07h 0000 0100 04h 0000 1010 0Ah 1010 0010 A2h 0010 0000 20h 1111 0100 F4h操作 ： 將兩個(gè)數(shù) 7 和 10 相加. 指令： MOV AL, 07 ADD AL, 10 MOV