《匯編語言》cpu存儲器總線(第二章).ppt

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《匯編語言》課件,,,第1章基礎知識,1.1機器語言1.9數據總線1.2匯編語言的產生1.10控制總線1.3匯編語言的組成1.11內存地址空間（概述）1.4存儲器1.12主板1.5指令和數據1.13接口卡1.6存儲單元1.14各類存儲器芯片1.7CPU對存儲器的讀寫1.15內存地址空間1.8地址總線,引言,匯編語言是直接在硬件之上工作的編程語言，首先要了解硬件系統(tǒng)的結構，才能有效的應用匯編語言對其編程。在本章中，對硬件系統(tǒng)結構的問題進行一部分的探討，以使后續(xù)的課程可在一個好的基礎上進行。,引言,匯編課程的研究重點放在如何利用硬件系統(tǒng)的編程結構和指令集有效靈活的控制系統(tǒng)進行工作。,1.1機器語言,機器語言是機器指令的集合。機器指令展開來講就是一臺機器可以正確執(zhí)行的命令。,1.1機器語言,指令：01010000(PUSHAX)電平脈沖：,1.1機器語言,以后我們提到的計算機是指由CPU和其他受CPU直接或間接控制的芯片、器件、設備組成的計算機系統(tǒng)；比如我們最常見的PC機。,1.1機器語言,程序員們將0、1數字編程的程序代碼打在紙帶或卡片上，1打孔，0不打孔，再將程序通過紙帶機或卡片機輸入計算機，進行運算。示例應用8086CPU完成運算：S=768+12288–1280,1.1機器語言,S=768+12288-1280機器碼：101100000000000000000011000001010000000000110000001011010000000000000101假如將程序錯寫成以下這樣，請找處錯誤：101100000000000000000011000001010000000000110000000101101000000000000101,1.1機器語言,在顯示器上輸出“welcometomasm”。機器碼看到這樣的程序，你會有什么感想？如果程序里有一個“1”被誤寫為“0”，又如何去查找呢？,1.2匯編語言的產生,匯編語言的主體是匯編指令。匯編指令和機器指令的差別在于指令的表示方法上。匯編指令是機器指令便于記憶的書寫格式。匯編指令是機器指令的助記符。,1.2匯編語言的產生,機器指令：1000100111011000操作：寄存器BX的內容送到AX中匯編指令：MOVAX,BX這樣的寫法與人類語言接近，便于閱讀和記憶。,寄存器,寄存器：簡單的講是CPU中可以存儲數據的器件，一個CPU中有多個寄存器。AX是其中一個寄存器的代號，BX是另一個寄存器的代號。更詳細的內容我們在以后的課程中將會講到。,,1.2匯編語言的產生,計算機能讀懂的只有機器指令，那么如何讓計算機執(zhí)行程序員用匯編指令編寫的程序呢？,用匯編語言編寫程序的工作過程,1.3匯編語言的組成,匯編語言由以下3類組成：1、匯編指令（機器碼的助記符）2、偽指令（由編譯器執(zhí)行）3、其它符號（由編譯器識別）匯編語言的核心是匯編指令，它決定了匯編語言的特性。,1.4馮諾依曼計算機,馮諾依曼計算機的基本特點：（1）采用存儲程序方式，即程序和數據放在同一個存儲器中，程序指令和數據都用二進制表示，兩者都可以送到CPU執(zhí)行和運算。（2）存儲器是按地址訪問的，每個存儲單元的位數是固定的。存儲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成。根據指令含義發(fā)出控制信號控制計算機的操作。（4）機器以運算器為中心，輸入輸出設備都要經過CPU與存儲器間進行數據傳送。,1.4.1馮諾依曼機原理,計算機由運算器、控制器、存儲器、輸入設備、輸出設備五大部件組成。運算器和控制器合稱為中央處理器（CPU）。中央處理器CPU存儲器輸入輸出設備總線及接口,1.4.2馮諾依曼計算機的基本結構,內存儲器InnerMemory,輸入設備InputDevice,中央處理器ＣＰＵ,輸出設備OutputDevice,,,D-BUS,,,,,,A-BUS,C_BUS,輸入接口,輸出接口,,,,,調制解調器,內存條,電源,中央處理器,主板,光驅,軟驅,硬盤,,,,,,,,,,,,微型計算機的基本結構,,主板,硬件：,中央處理機CPU,總線控制邏輯,,,接口,接口,存儲器,,,,,大容量存儲器,I/O設備,,I/O子系統(tǒng),系統(tǒng)總線,,...,...,,軟件：系統(tǒng)軟件用戶軟件,1.4存儲器,之前簡單介紹了計算機的組成結構，接下來講匯編語言和這些器件之間的關系CPU是計算機的核心部件．它控制整個計算機的運作并進行運算，要想讓一個CPU工作，就必須向它提供指令和數據。指令和數據在存儲器中存放，也就是平時所說的內存。,1.4存儲器,在一臺PC機中內存的作用僅次于CPU。離開了內存，性能再好的CPU也無法工作。,1.4存儲器,磁盤不同于內存，磁盤上的數據或程序如果不讀到內存中，就無法被CPU使用。,1.5指令和數據,指令和數據是應用上的概念。在內存或磁盤上，指令和數據沒有任何區(qū)別，都是二進制信息。,1.5指令和數據,二進制信息：1000100111011000─>89D8H（數據）1000100111011000─>MOVAX,BX（程序）,1.6存儲單元,存儲器被劃分為若干個存儲單元，每個存儲單元從0開始順序編號；例如：一個存儲器有128個存儲單元，編號從0~127。如右圖示：,1.6存儲單元,對于大容量的存儲器一般還用以下單位來計量容量（以下用B來代表Byte）：1KB=1024B1MB=1024KB1GB=1024MB1TB=1024GB磁盤的容量單位同內存的一樣，實際上以上單位是微機中常用的計量單位。,1.7CPU對存儲器的讀寫,CPU要想進行數據的讀寫，必須和外部器件（標準的說法是芯片）進行三類信息的交互：存儲單元的地址（地址信息）器件的選擇，讀或寫命令（控制信息）讀或寫的數據（數據信息）,1.7CPU對存儲器的讀寫,那么CPU是通過什么將地址、數據和控制信息傳到存儲芯片中的呢？電子計算機能處理、傳輸的信息都是電信號，電信號當然要用導線傳送。,1.7CPU對存儲器的讀寫,在計算機中專門有連接CPU和其他芯片的導線，通常稱為總線。物理上：一根根導線的集合；邏輯上劃分為：地址總線數據總線控制總線圖示,1.7CPU對存儲器的讀寫,總線在邏輯上劃分的圖示：,1.7CPU對存儲器的讀寫,CPU在內存中讀或寫的數據演示：讀演示寫演示從上面我們知道CPU是如何進行數據讀寫的?？墒俏覀內绾蚊钣嬎銠C進行數據的讀寫呢？,1.7CPU對存儲器的讀寫,,,1.7CPU對存儲器的讀寫,,,1.7CPU對存儲器的讀寫,對于8086CPU，下面的機器碼能夠完成從3號單元讀數據：機器碼：101000000000001100000000含義：從3號單元讀取數據送入寄存器AXCPU接收這條機器碼后將完成上面所述的讀寫工作。,1.7CPU對存儲器的讀寫,機器碼難于記憶，用匯編指令來表示，情況如下：機器碼：101000000000001100000000對應的匯編指令：MOVAX,[3]含義：傳送3號單元的內容到AX,1.8地址總線,CPU是通過地址總線來指定存儲單元的。地址總線上能傳送多少個不同的信息，CPU就可以對多少個存儲單元進行尋址。,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CPU有N根地址總線，則可以說這個CPU的地址總線的寬度為N。這樣的CPU最多可以尋找２的N次方個內存單元。,1.9數據總線,CPU與內存或其它器件之間的數據傳送是通過數據總線來進行的。數據總線的寬度決定了CPU和外界的數據傳送速度。,1.9數據總線,我們來分別看一下它們向內存中寫入數據89D8H時，是如何通過數據總線傳送數據的：8088CPU數據總線上的數據傳送情況8086CPU數據總線上的數據傳送情況,1.9數據總線,8位數據總線上傳送的信息,,1.9數據總線,16位數據總線上傳送的信息,,1.10控制總線,CPU對外部器件的控制是通過控制總線來進行的。在這里控制總線是個總稱，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提供了對外部器件的多少種控制。所以，控制總線的寬度決定了CPU對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,前面所講的內存讀或寫命令是由幾根控制線綜合發(fā)出的：其中有一根名為讀信號輸出控制線負責由CPU向外傳送讀信號，CPU向該控制線上輸出低電平表示將要讀取數據；有一根名為寫信號輸出控制線負責由CPU向外傳送寫信號。,小結,（1）匯編指令是機器指令的助記符，同機器指令一一對應。（2）每一種CPU都有自己的匯編指令集。,小結,（3）CPU可以直接使用的信息在存儲器中存放。（4）在存儲器中指令和數據沒有任何區(qū)別，都是二進制信息。,小結,（5）存儲單元從零開始順序編號。（6）一個存儲單元可以存儲8個bit（用作單位寫成“b”），即8位二進制數。（7）1B=8b1KB=1024B1MB=1024KB1GB=1024MB,小結（續(xù)）,（8）每一個CPU芯片都有許多管腳，這些管腳和總線相連。也可以說，這些管腳引出總線。一個CPU可以引出三種總線的寬度標志了這個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；數據總線的寬度決定了CPU與其它器件進行數據傳送時的一次數據傳送量；控制總線寬度決定了CPU對系統(tǒng)中其它器件的控制能力。,小結（續(xù)）,在匯編課程中，我們從功能的角度介紹了這三類總線，對實際的連接情況不做討論。,1.11內存地址空間（概述）,什么是內存地址空間呢？一個CPU的地址線寬度為10，那么可以尋址1024個內存單元，這1024個可尋到的內存單元就構成這個CPU的內存地址空間。下面深入討論。首先需要介紹兩部分基本知識，主板和接口卡。,1.12主板,在每一臺PC機中，都有一個主板，主板上有核心器件和一些主要器件。這些器件通過總線（地址總線、數據總線、控制總線）相連。,1.13接口卡,計算機系統(tǒng)中，所有可用程序控制其工作的設備，必須受到CPU的控制。CPU對外部設備不能直接控制，如顯示器、音箱、打印機等。直接控制這些設備進行工作的是插在擴展插槽上的接口卡。,1.14各類存儲器芯片,從讀寫屬性上看分為兩類：隨機存儲器（RAM）和只讀存儲器（ROM）從功能和連接上分類：隨機存儲器RAM裝有BIOS的ROM接口卡上的RAMPC機中各類存儲器的邏輯連接情況,1.14各類存儲器芯片,裝有BIOS的ROMBIOS：BasicInput/OutputSystem，基本輸入輸出系統(tǒng)。BIOS是由主板和各類接口卡（如：顯卡、網卡等）廠商提供的軟件系統(tǒng)，可以通過它利用該硬件設備進行最基本的輸入輸出。在主板和某些接口卡上插有存儲相應BIOS的ROM。,,1.15內存地址空間,上述的那些存儲器在物理上是獨立的器件。但是它們在以下兩點上相同：1、都和CPU的總線相連。2、CPU對它們進行讀或寫的時候都通過控制線發(fā)出內存讀寫命令。,1.15內存地址空間,將各各類存儲器看作一個邏輯存儲器：所有的物理存儲器被看作一個由若干存儲單元組成的邏輯存儲器；每個物理存儲器在這個邏輯存儲器中占有一個地址段，即一段地址空間；CPU在這段地址空間中讀寫數據，實際上就是在相對應的物理存儲器中讀寫數據。,,,,1.15內存地址空間,假設，上圖中的內存空間地址段分配如下：地址0~7FFFH的32KB空間為主隨機存儲器的地址空間；地址8000H~9FFFH的8KB空間為顯存地址空間；地址A000H~FFFFH的24KB空間為各個ROM的地址空間。,1.15內存地址空間,不同的計算機系統(tǒng)的內存地址空間分配情況是不同的。8086PC機內存地址空間分配的基本情況,8086PC機的內存地址空間分配,1.15內存地址空間,內存地址空間：最終運行程序的是CPU，我們用匯編編程的時候，必須要從CPU角度考慮問題。對CPU來講，系統(tǒng)中的所有存儲器中的存儲單元都處于一個統(tǒng)一的邏輯存儲器中，它的容量受CPU尋址能力的限制。這個邏輯存儲器即是我們所說的內存地址空間。,小結,