《匯編語言》cpu存儲(chǔ)器總線(第二章).ppt

《《匯編語言》cpu存儲(chǔ)器總線(第二章).ppt》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《《匯編語言》cpu存儲(chǔ)器總線(第二章).ppt（69頁珍藏版）》請?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

《匯編語言》課件,,,第1章基礎(chǔ)知識(shí),1.1機(jī)器語言1.9數(shù)據(jù)總線1.2匯編語言的產(chǎn)生1.10控制總線1.3匯編語言的組成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各類存儲(chǔ)器芯片1.7CPU對存儲(chǔ)器的讀寫1.15內(nèi)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(jié)構(gòu)，才能有效的應(yīng)用匯編語言對其編程。在本章中，對硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的問題進(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系統(tǒng)進(jìn)行工作。,1.1機(jī)器語言,機(jī)器語言是機(jī)器指令的集合。機(jī)器指令展開來講就是一臺(tái)機(jī)器可以正確執(zhí)行的命令。,1.1機(jī)器語言,指令：01010000(PUSHAX)電平脈沖：,1.1機(jī)器語言,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)；比如我們最常見的PC機(jī)。,1.1機(jī)器語言,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+12288–1280,1.1機(jī)器語言,S=768+12288-1280機(jī)器碼：101100000000000000000011000001010000000000110000001011010000000000000101假如將程序錯(cuò)寫成以下這樣，請找處錯(cuò)誤：101100000000000000000011000001010000000000110000000101101000000000000101,1.1機(jī)器語言,在顯示器上輸出“welcometomasm”。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”被誤寫為“0”，又如何去查找呢？,1.2匯編語言的產(chǎn)生,匯編語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。匯編指令是機(jī)器指令便于記憶的書寫格式。匯編指令是機(jī)器指令的助記符。,1.2匯編語言的產(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：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(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)容我們在以后的課程中將會(huì)講到。,,1.2匯編語言的產(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(jī)器碼的助記符）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(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、輸出設(shè)備五大部件組成。運(yùn)算器和控制器合稱為中央處理器（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InnerMemory,輸入設(shè)備InputDevice,中央處理器ＣＰＵ,輸出設(shè)備OutputDevice,,,D-BUS,,,,,,A-BUS,C_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,,,,,,,,,,,,微型計(jì)算機(jī)的基本結(jié)構(gòu),,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,,,,,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,1.4存儲(chǔ)器,之前簡單介紹了計(jì)算機(jī)的組成結(jié)構(gòu)，接下來講匯編語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CPU。離開了內(nèi)存，性能再好的CPU也無法工作。,1.4存儲(chǔ)器,磁盤不同于內(nèi)存，磁盤上的數(shù)據(jù)或程序如果不讀到內(nèi)存中，就無法被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)存或磁盤上，指令和數(shù)據(jù)沒有任何區(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─>MOVAX,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0~127。如右圖示：,1.6存儲(chǔ)單元,對于大容量的存儲(chǔ)器一般還用以下單位來計(jì)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(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。,1.7CPU對存儲(chǔ)器的讀寫,CPU要想進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀寫，必須和外部器件（標(biāo)準(zhǔn)的說法是芯片）進(jìn)行三類信息的交互：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）,1.7CPU對存儲(chǔ)器的讀寫,那么CPU是通過什么將地址、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。,1.7CPU對存儲(chǔ)器的讀寫,在計(jì)算機(jī)中專門有連接CPU和其他芯片的導(dǎo)線，通常稱為總線。物理上：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,1.7CPU對存儲(chǔ)器的讀寫,總線在邏輯上劃分的圖示：,1.7CPU對存儲(chǔ)器的讀寫,CPU在內(nèi)存中讀或?qū)懙臄?shù)據(jù)演示：讀演示寫演示從上面我們知道CPU是如何進(jìn)行數(shù)據(jù)讀寫的。可是我們?nèi)绾蚊钣?jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀寫呢？,1.7CPU對存儲(chǔ)器的讀寫,,,1.7CPU對存儲(chǔ)器的讀寫,,,1.7CPU對存儲(chǔ)器的讀寫,對于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工作。,1.7CPU對存儲(chǔ)器的讀寫,機(jī)器碼難于記憶，用匯編指令來表示，情況如下：機(jī)器碼：101000000000001100000000對應(yīng)的匯編指令：MOVAX,[3]含義：傳送3號(hào)單元的內(nèi)容到AX,1.8地址總線,CPU是通過地址總線來指定存儲(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，則可以說這個(gè)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(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)傳送是通過數(shù)據(jù)總線來進(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,我們來分別看一下它們向內(nèi)存中寫入數(shù)據(jù)89D8H時(shí)，是如何通過數(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對外部器件的控制是通過控制總線來進(jìn)行的。在這里控制總線是個(gè)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。控制總線上發(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)；有一根名為寫信號(hào)輸出控制線負(fù)責(zé)由CPU向外傳送寫信號(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（用作單位寫成“b”），即8位二進(jìn)制數(shù)。（7）1B=8b1KB=1024B1MB=1024KB1GB=1024MB,小結(jié)（續(xù)）,（8）每一個(gè)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(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總線，對實(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。,1.12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各類存儲(chǔ)器芯片,從讀寫屬性上看分為兩類：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：隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM裝有BIOS的ROM接口卡上的RAMPC機(jī)中各類存儲(chǔ)器的邏輯連接情況,1.14各類存儲(chǔ)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(wǎng)卡等）廠商提供的軟件系統(tǒng)，可以通過它利用該硬件設(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。但是它們在以下兩點(diǎn)上相同：1、都和CPU的總線相連。2、CPU對它們進(jìn)行讀或?qū)懙臅r(shí)候都通過控制線發(fā)出內(nèi)存讀寫命令。,1.15內(nèi)存地址空間,將各各類存儲(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數(shù)據(jù)，實(shí)際上就是在相對應(yīng)的物理存儲(chǔ)器中讀寫數(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0~7FFFH的32KB空間為主隨機(jī)存儲(chǔ)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(gè)ROM的地址空間。,1.15內(nèi)存地址空間,不同的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的內(nèi)存地址空間分配情況是不同的。8086PC機(jī)內(nèi)存地址空間分配的基本情況,8086PC機(jī)的內(nèi)存地址空間分配,1.15內(nèi)存地址空間,內(nèi)存地址空間：最終運(yùn)行程序的是CPU，我們用匯編編程的時(shí)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(chǔ)器中的存儲(chǔ)單元都處于一個(gè)統(tǒng)一的邏輯存儲(chǔ)器中，它的容量受CPU尋址能力的限制。這個(gè)邏輯存儲(chǔ)器即是我們所說的內(nèi)存地址空間。,小結(jié),