《汇编语言》cpu存储器总线(第二章).ppt

汇编语言 课件 第1章基础知识 1 1机器语言1 9数据总线1 2汇编语言的产生1 10控制总线1 3汇编语言的组成1 11内存地址空间 概述 1 4存储器1 12主板1 5指令和数据1 13接口卡1 6存储单元1 14各类存储器芯片1 7CPU对存储器的读写1 15内存地址空间1 8地址总线 引言 汇编语言是直接在硬件之上工作的编程语言 首先要了解硬件系统的结构 才能有效的应用汇编语言对其编程 在本章中 对硬件系统结构的问题进行一部分的探讨 以使后续的课程可在一个好的基础上进行 引言 汇编课程的研究重点放在如何利用硬件系统的编程结构和指令集有效灵活的控制系统进行工作 1 1机器语言 机器语言是机器指令的集合 机器指令展开来讲就是一台机器可以正确执行的命令 1 1机器语言 指令 01010000 PUSHAX 电平脉冲 1 1机器语言 以后我们提到的计算机是指由CPU和其他受CPU直接或间接控制的芯片 器件 设备组成的计算机系统 比如我们最常见的PC机 1 1机器语言 程序员们将0 1数字编程的程序代码打在纸带或卡片上 1打孔 0不打孔 再将程序通过纸带机或卡片机输入计算机 进行运算 示例应用8086CPU完成运算 S 768 12288 1280 1 1机器语言 S 768 12288 1280机器码 101100000000000000000011000001010000000000110000001011010000000000000101假如将程序错写成以下这样 请找处错误 101100000000000000000011000001010000000000110000000101101000000000000101 1 1机器语言 在显示器上输出 welcometomasm 机器码看到这样的程序 你会有什么感想 如果程序里有一个 1 被误写为 0 又如何去查找呢 1 2汇编语言的产生 汇编语言的主体是汇编指令 汇编指令和机器指令的差别在于指令的表示方法上 汇编指令是机器指令便于记忆的书写格式 汇编指令是机器指令的助记符 1 2汇编语言的产生 机器指令 1000100111011000操作 寄存器BX的内容送到AX中汇编指令 MOVAX BX这样的写法与人类语言接近 便于阅读和记忆 寄存器 寄存器 简单的讲是CPU中可以存储数据的器件 一个CPU中有多个寄存器 AX是其中一个寄存器的代号 BX是另一个寄存器的代号 更详细的内容我们在以后的课程中将会讲到 1 2汇编语言的产生 计算机能读懂的只有机器指令 那么如何让计算机执行程序员用汇编指令编写的程序呢 用汇编语言编写程序的工作过程 1 3汇编语言的组成 汇编语言由以下3类组成 1 汇编指令 机器码的助记符 2 伪指令 由编译器执行 3 其它符号 由编译器识别 汇编语言的核心是汇编指令 它决定了汇编语言的特性 1 4冯 诺依曼计算机 冯 诺依曼计算机的基本特点 1 采用存储程序方式 即程序和数据放在同一个存储器中 程序指令和数据都用二进制表示 两者都可以送到CPU执行和运算 2 存储器是按地址访问的 每个存储单元的位数是固定的 存储单元采用线性编址方式 按顺序取出指令 3 指令由操作码和地址码构成 根据指令含义发出控制信号控制计算机的操作 4 机器以运算器为中心 输入输出设备都要经过CPU与存储器间进行数据传送 1 4 1冯 诺依曼机原理 计算机由运算器 控制器 存储器 输入设备 输出设备五大部件组成 运算器和控制器合称为中央处理器 CPU 中央处理器CPU存储器输入输出设备总线及接口 1 4 2冯 诺依曼计算机的基本结构 内存储器InnerMemory 输入设备InputDevice 中央处理器 输出设备OutputDevice D BUS A BUS C BUS 输入接口 输出接口 调制解调器 内存条 电源 中央处理器 主板 光驱 软驱 硬盘 微型计算机的基本结构 主板 硬件 中央处理机CPU 总线控制逻辑 接口 接口 存储器 大容量存储器 I O设备 I O子系统 系统总线 软件 系统软件用户软件 1 4存储器 之前简单介绍了计算机的组成结构 接下来讲汇编语言和这些器件之间的关系CPU是计算机的核心部件 它控制整个计算机的运作并进行运算 要想让一个CPU工作 就必须向它提供指令和数据 指令和数据在存储器中存放 也就是平时所说的内存 1 4存储器 在一台PC机中内存的作用仅次于CPU 离开了内存 性能再好的CPU也无法工作 1 4存储器 磁盘不同于内存 磁盘上的数据或程序如果不读到内存中 就无法被CPU使用 1 5指令和数据 指令和数据是应用上的概念 在内存或磁盘上 指令和数据没有任何区别 都是二进制信息 1 5指令和数据 二进制信息 1000100111011000 89D8H 数据 1000100111011000 MOVAX BX 程序 1 6存储单元 存储器被划分为若干个存储单元 每个存储单元从0开始顺序编号 例如 一个存储器有128个存储单元 编号从0 127 如右图示 1 6存储单元 对于大容量的存储器一般还用以下单位来计量容量 以下用B来代表Byte 1KB 1024B1MB 1024KB1GB 1024MB1TB 1024GB磁盘的容量单位同内存的一样 实际上以上单位是微机中常用的计量单位 1 7CPU对存储器的读写 CPU要想进行数据的读写 必须和外部器件 标准的说法是芯片 进行三类信息的交互 存储单元的地址 地址信息 器件的选择 读或写命令 控制信息 读或写的数据 数据信息 1 7CPU对存储器的读写 那么CPU是通过什么将地址 数据和控制信息传到存储芯片中的呢 电子计算机能处理 传输的信息都是电信号 电信号当然要用导线传送 1 7CPU对存储器的读写 在计算机中专门有连接CPU和其他芯片的导线 通常称为总线 物理上 一根根导线的集合 逻辑上划分为 地址总线数据总线控制总线图示 1 7CPU对存储器的读写 总线在逻辑上划分的图示 1 7CPU对存储器的读写 CPU在内存中读或写的数据演示 读演示写演示从上面我们知道CPU是如何进行数据读写的 可是我们如何命令计算机进行数据的读写呢 1 7CPU对存储器的读写 1 7CPU对存储器的读写 1 7CPU对存储器的读写 对于8086CPU 下面的机器码能够完成从3号单元读数据 机器码 101000000000001100000000含义 从3号单元读取数据送入寄存器AXCPU接收这条机器码后将完成上面所述的读写工作 1 7CPU对存储器的读写 机器码难于记忆 用汇编指令来表示 情况如下 机器码 101000000000001100000000对应的汇编指令 MOVAX 3 含义 传送3号单元的内容到AX 1 8地址总线 CPU是通过地址总线来指定存储单元的 地址总线上能传送多少个不同的信息 CPU就可以对多少个存储单元进行寻址 1 8地址总线 地址总线发送地址信息演示 1 8地址总线 1 8地址总线 一个CPU有N根地址总线 则可以说这个CPU的地址总线的宽度为N 这样的CPU最多可以寻找 的N次方个内存单元 1 9数据总线 CPU与内存或其它器件之间的数据传送是通过数据总线来进行的 数据总线的宽度决定了CPU和外界的数据传送速度 1 9数据总线 我们来分别看一下它们向内存中写入数据89D8H时 是如何通过数据总线传送数据的 8088CPU数据总线上的数据传送情况8086CPU数据总线上的数据传送情况 1 9数据总线 8位数据总线上传送的信息 1 9数据总线 16位数据总线上传送的信息 1 10控制总线 CPU对外部器件的控制是通过控制总线来进行的 在这里控制总线是个总称 控制总线是一些不同控制线的集合 有多少根控制总线 就意味着CPU提供了对外部器件的多少种控制 所以 控制总线的宽度决定了CPU对外部器件的控制能力 控制总线上发送的控制信息 1 10控制总线 1 10控制总线 前面所讲的内存读或写命令是由几根控制线综合发出的 其中有一根名为读信号输出控制线负责由CPU向外传送读信号 CPU向该控制线上输出低电平表示将要读取数据 有一根名为写信号输出控制线负责由CPU向外传送写信号 小结 1 汇编指令是机器指令的助记符 同机器指令一一对应 2 每一种CPU都有自己的汇编指令集 小结 3 CPU可以直接使用的信息在存储器中存放 4 在存储器中指令和数据没有任何区别 都是二进制信息 小结 5 存储单元从零开始顺序编号 6 一个存储单元可以存储8个bit 用作单位写成 b 即8位二进制数 7 1B 8b1KB 1024B1MB 1024KB1GB 1024MB 小结 续 8 每一个CPU芯片都有许多管脚 这些管脚和总线相连 也可以说 这些管脚引出总线 一个CPU可以引出三种总线的宽度标志了这个CPU的不同方面的性能 地址总线的宽度决定了CPU的寻址能力 数据总线的宽度决定了CPU与其它器件进行数据传送时的一次数据传送量 控制总线宽度决定了CPU对系统中其它器件的控制能力 小结 续 在汇编课程中 我们从功能的角度介绍了这三类总线 对实际的连接情况不做讨论 1 11内存地址空间 概述 什么是内存地址空间呢 一个CPU的地址线宽度为10 那么可以寻址1024个内存单元 这1024个可寻到的内存单元就构成这个CPU的内存地址空间 下面深入讨论 首先需要介绍两部分基本知识 主板和接口卡 1 12主板 在每一台PC机中 都有一个主板 主板上有核心器件和一些主要器件 这些器件通过总线 地址总线 数据总线 控制总线 相连 1 13接口卡 计算机系统中 所有可用程序控制其工作的设备 必须受到CPU的控制 CPU对外部设备不能直接控制 如显示器 音箱 打印机等 直接控制这些设备进行工作的是插在扩展插槽上的接口卡 1 14各类存储器芯片 从读写属性上看分为两类 随机存储器 RAM 和只读存储器 ROM 从功能和连接上分类 随机存储器RAM装有BIOS的ROM接口卡上的RAMPC机中各类存储器的逻辑连接情况 1 14各类存储器芯片 装有BIOS的ROMBIOS BasicInput OutputSystem 基本输入输出系统 BIOS是由主板和各类接口卡 如 显卡 网卡等 厂商提供的软件系统 可以通过它利用该硬件设备进行最基本的输入输出 在主板和某些接口卡上插有存储相应BIOS的ROM 1 15内存地址空间 上述的那些存储器在物理上是独立的器件 但是它们在以下两点上相同 1 都和CPU的总线相连 2 CPU对它们进行读或写的时候都通过控制线发出内存读写命令 1 15内存地址空间 将各各类存储器看作一个逻辑存储器 所有的物理存储器被看作一个由若干存储单元组成的逻辑存储器 每个物理存储器在这个逻辑存储器中占有一个地址段 即一段地址空间 CPU在这段地址空间中读写数据 实际上就是在相对应的物理存储器中读写数据 1 15内存地址空间 假设 上图中的内存空间地址段分配如下 地址0 7FFFH的32KB空间为主随机存储器的地址空间 地址8000H 9FFFH的8KB空间为显存地址空间 地址A000H FFFFH的24KB空间为各个ROM的地址空间 1 15内存地址空间 不同的计算机系统的内存地址空间分配情况是不同的 8086PC机内存地址空间分配的基本情况 8086PC机的内存地址空间分配 1 15内存地址空间 内存地址空间 最终运行程序的是CPU 我们用汇编编程的时候 必须要从CPU角度考虑问题 对CPU来讲 系统中的所有存储器中的存储单元都处于一个统一的逻辑存储器中 它的容量受CPU寻址能力的限制 这个逻辑存储器即是我们所说的内存地址空间 小结