《汇编语言》cpu存储器总线(第二章)课件.ppt

1、汇编语言课件第1章 基础知识n1.1 机器语言 1.9 数据总线n1.2 汇编语言的产生 1.10 控制总线n1.3 汇编语言的组成 1.11 内存地址空间（概述）n1.4 存储器 1.12 主板n1.5 指令和数据 1.13 接口卡n1.6 存储单元 1.14 各类存储器芯片n1.7 CPU对存储器的读写 1.15 内存地址空间n1.8 地址总线 引言n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。n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n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

2、指令集有效灵活的控制系统进行工作。1.1 机器语言n机器语言是机器指令的集合。n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n指令：01010000(PUSH AX)n电平脉冲：1.1 机器语言n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；n比如我们最常见的PC 机。1.1 机器语言n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。n示例 应用8086CPU完成运算：S=768+12288 12801.1 机器语言nS=768+12288-128

3、0n机器码：101100000000000000000011 000001010000000000110000 001011010000000000000101 n假如将程序错写成以下这样，请找处错误：101100000000000000000011 000001010000000000110000 0001011010000000000001011.1 机器语言n在显示器上输出“welcome to masm”。机器码n看到这样的程序，你会有什么感想？n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n汇编语言的主体是汇编指令。n汇编指令和机器指令的差别在于指令的

4、表示方法上。汇编指令是机器指令便于记忆的书写格式。n汇编指令是机器指令的助记符。1.2 汇编语言的产生n机器指令：1000100111011000n操作：寄存器BX的内容送到AX中n汇编指令：MOV AX,BXn这样的写法与人类语言接近，便于阅读和记忆。寄存器n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。nAX是其中一个寄存器的代号，nBX是另一个寄存器的代号。n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n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n汇编语言由以

5、下3类组成：n1、汇编指令（机器码的助记符）n2、伪指令 （由编译器执行）n3、其它符号（由编译器识别）n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 冯冯诺依曼计算机诺依曼计算机n冯冯诺依曼计算机的基本特点：诺依曼计算机的基本特点：n（1 1）采用存储程序方式，即程序和数据放在同一采用存储程序方式，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，个存储器中，程序指令和数据都用二进制表示，两者都可以送到两者都可以送到CPU执行和运算。执行和运算。n（2）存储器是按地址访问的，每个存储单元的位）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，

6、按顺数是固定的。存储单元采用线性编址方式，按顺序取出指令。序取出指令。n（3）指令由操作码和地址码构成。根据指令含义）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。发出控制信号控制计算机的操作。n（4）机器以运算器为中心，输入输出设备都要经）机器以运算器为中心，输入输出设备都要经过过CPU与存储器间进行数据传送。与存储器间进行数据传送。u1.4.1 冯诺依曼机原理u计算机由运算器、控制器、存储器、输入计算机由运算器、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（控制器合称为中央处理器（CPU）。）。l中

7、央处理器中央处理器CPU l存储器存储器 l输入输出设备输入输出设备 l总线及接口总线及接口 u1.4.2 冯诺依曼计算机的基本结构本课件由汇编网（）制作提供内存储器Inner Memory输入设备Input Device中央处理器输出设备Output DeviceA-BUS输入接口输出接口本课件由汇编网（）制作提供调制解调器调制解调器内存条内存条电源电源 中央处理器中央处理器主板主板光驱光驱软驱软驱硬盘硬盘微型计算机的基本结构微型计算机的基本结构本课件由汇编网（）制作提供ISA插插槽槽PCI插槽插槽AGP插插槽槽北桥北桥芯片组芯片组南桥南桥芯片组芯片组内存插槽内存插槽CPU插槽插槽IDE接口

8、接口接硬盘接硬盘光驱光驱软驱接口软驱接口并口连接器并口连接器串口连接器串口连接器ROM BIOS鼠标键盘鼠标键盘USB接口接口主板主板电源电源插座插座主板本课件由汇编网（）制作提供硬件：硬件：中央处理机中央处理机 CPU总线控制总线控制 逻辑逻辑接接 口口接接 口口存储器存储器大容量大容量存储器存储器I/O设设备备I/O子系统子系统系统总线系统总线.软件：软件：系统软件系统软件 用户软件用户软件本课件由汇编网（）制作提供存存储储器器I/O接接口口输输入入设设备备I/O接接口口数据总线数据总线 DB控制总线控制总线 CB地址总线地址总线 AB输输出出设设备备CPU微机的硬件由微机的硬件由CPU、

9、存储器存储器、输入输入/输出设备输出设备构成；构成；输入输入/输出设备通过输出设备通过输入输入/输出接口输出接口与系统相连；与系统相连；(输入输入/输出接口简称输出接口简称I/O接口接口)各部件通过各部件通过总线总线连接。连接。构构成成部部件件1.4 存储器n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nCPU 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。n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n在一台PC机中内存的作用仅次于CPU。n离开了内存，性能再好的CPU也无法工作。1.4 存储器

10、n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n指令和数据是应用上的概念。n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n二进制信息：1000100111011000 89D8H（数据）1000100111011000 MOV AX,BX（程序）1.6 存储单元n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；n例如：一个存储器有128个存储单元，编号从0127。如右图示：1.6 存储单元n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）：n1KB=1024Bn1MB=1024KBn

11、1GB=1024MBn1TB=1024GBn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。1.7 CPU对存储器的读写nCPU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：n存储单元的地址（地址信息）n器件的选择，读或写命令（控制信息）n读或写的数据（数据信息）1.7 CPU对存储器的读写n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？n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。1.7 CPU对存储器的读写n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。n物理上：一根根导线的集合；n逻辑上划分为：

12、n地址总线n数据总线n控制总线n图示1.7 CPU对存储器的读写n总线在逻辑上划分的图示：1.7 CPU对存储器的读写nCPU在内存中读或写的数据演示：n读演示n写演示n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？1.7 CPU对存储器的读写1.7 CPU对存储器的读写1.7 CPU对存储器的读写n对于8086CPU，下面的机器码能够完成从3号单元读数据：n机器码：101000000000001100000000n含义：从3号单元读取数据送入寄存器AXnCPU接收这条机器码后将完成上面所述的读写工作。1.7 CPU对存储器的读写n机器码难于记忆，用汇编指令

13、来表示，情况如下：n机器码：101000000000001100000000n对应的汇编指令：MOV AX,3n含义：传送3号单元的内容到AX1.8 地址总线nCPU是通过地址总线来指定存储单元的。n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n地址总线发送地址信息演示1.8 地址总线1.8 地址总线n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。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nCPU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。n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

14、总线n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：n8088CPU数据总线上的数据传送情况n8086CPU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nCPU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。n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。n控制总线上发送的控制信息1.10 控制总线1.10 控制总线n前面所讲的内存读或写命令是由几根控制线综合发

15、出的：n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；n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n（1）汇编指令是机器指令的助记符，同机器指令一一对应。n（2）每一种CPU都有自己的汇编指令集。小结n（3）CPU可以直接使用的信息在存储器中存放。n（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n（5）存储单元从零开始顺序编号。n（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。n（7）1B=8b1KB=1024B 1MB=1024KB 1GB=1024MB小结（续）

16、n（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：n地址总线的宽度决定了CPU的寻址能力；n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；n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）n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）n什么是内存地址空间呢？n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。n首先

17、需要介绍两部分基本知识，主板和接口卡。1.12 主板n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。n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n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。nCPU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n从读写属性上看分为两类：随机存储器（RAM）和只读存储器（ROM）n从功能和连接上分类：n随机存储器RAMn装有BIOS的ROMn接口卡上的RAMnPC机中各类存储器的逻辑连接情况1.14 各类存储器芯片n

18、装有BIOS的ROM BIOS：Basic Input/Output System，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n上述的那些存储器在物理上是独立的器件。n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n将各各类存储器看作一个逻辑存储器：n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；n每个物理存储器在这个逻辑存储器中占有

19、一个地址段，即一段地址空间；nCPU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n假设，上图中的内存空间地址段分配如下：n地址07FFFH的32KB空间为主随机存储器的地址空间；n地址8000H9FFFH的8KB空间为显存地址空间；n地址A000HFFFFH的24KB空间为各个ROM的地址空间。1.15 内存地址空间n不同的计算机系统的内存地址空间分配情况是不同的。n8086PC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n内存地址空间：n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。n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