汇编语言与计算机组成原理.ppt

1 汇编语言与计算机组成原理 2 课程要求及考试 32学时课堂教学 16学时实验双周周一在院机房二上机限选平时作业及上机实习30分期末闭卷考试70分 3 课程主要内容 计算机基础知识CPU组织 存储系统8086指令系统汇编语言层高级汇编语言程序设计32位指令及其编程64位指令 4 第1章基础知识 计算机系统概述数据表示8086微处理器存储器组织8086的寻址方式 5 1 1计算机系统概述 计算机是一种能够存储程序 能够自动连续的执行程序 对各种数字化信息进行算术运算或逻辑运算的快速工具存储程序工作方式事先编制程序事先存储程序自动 连续的执行程序信息的数字化表示 6 计算机系统的硬 软件组成 计算机硬件系统CPU主存储器外存储器输入 输出设备总线接口 7 8 CPU CPU即中央处理器 是硬件系统的核心部件 负责读取并执行指令 程序计数器PC 存放当前指令所在存储单元的地址 在执行完当前指令后可自增或自减 指向下一条指令算术逻辑部件ALU控制器 可分为组合逻辑控制器及微程序控制器 9 主存储器 计算机中的存储器分为几级 主要是考虑了容量与存取速度之间的矛盾主存储器用半导体存储器构成 工作速度较高 也有一定的存储容量主存储器用来存放需要执行的程序以及需要处理的数据 能由CPU直接读出或写入主存储器分为许多单元 能按地址存取内容 10 外存储器 外存储器由磁盘 光盘等构成 存储容量较高 但是速度较慢外存储器用来存放那些需要联机存放 但暂不执行的程序和数据 当需要运行时再由外存调入主存外存储器不由CPU直接编址访问 因此其中的内容一般都是按文件的形式进行组织 用户按照文件名进行调用 11 输入 输出设备 常规输入 输出设备包括 键盘 鼠标 显示器 打印机等输入设备用来将计算机外部的信息输入计算机输出设备将计算机的处理结果以用户能看的懂的形式输出 12 总线 总线是指一组能为多个部件分时共享的信息传输线 CPU 主机和I O设备之间通过系统总线传递信息 系统总线分为三组 地址总线 数据总线和控制总线 13 接口 接口在系统总线与I O设备之间 用来协助完成数据传送和控制任务对输入输出数据进行缓冲 隔离和锁存 速度不匹配 对信号的形式和数据的格式进行变换 信息格式的不匹配 对I O端口进行寻址 14 计算机软件系统 系统软件操作系统编译程序与解释程序各种软件平台应用软件 15 操作系统 操作系统负责管理和控制计算机系统硬 软件资源及运行的程序 合理组织计算机的工作流程 是用户与计算机之间的接口 为用户提供软件的开发环境和运行环境一个完备的操作系统包括 CPU调度管理 存储器管理 I O设备管理 文件管理 作业管理等几大部分 16 计算机的程序设计语言 机器语言机器语言程序是机器唯一能够识别的程序机器指令通常由操作码和操作数构成汇编语言是一种符号语言 用助记符表示操作码高级语言Basic FORTRAN Pascal C C 17 汇编语言的特点 汇编语言与处理器密切相关每种处理器都有自己的指令系统 相应的汇编语言也各不相同 所以汇编语言通用性 可移植性差汇编语言功能有限 编写繁琐涉及寄存器 主存单元等硬件细节汇编语言容易产生运行速度快 指令序列短小的高效率目标程序汇编语言本质上就是机器语言 可以直接控制计算机硬件部件 18 汇编语言的应用 程序要具有较快的执行时间 或者只能占用较小的存储容量程序与计算机硬件密切相关 程序要直接 有效的控制硬件大型软件需要提高性能 优化处理的部分没有合适的高级语言或只能采用汇编语言的时候还有许多实际的应用 19 计算机的工作过程 处理问题的步骤处理问题的步骤可以归纳为 系统分析 建立数学模型 设计算法 编写应用程序 编译为目标代码 由硬件执行目标程序指令执行过程取指令与指令分析读取操作数运算后继指令地址 20 21 1 2数据表示 数制 二进制数十六进制数 22 数制之间的转换 23 1 2数据表示 编码 BCD码二进制编码的十进制数BinaryCodedDecimal常用的BCD码是8421码 它用4位二进制编码的低十个表示0 9之间的是个数字例BCD 010010010111 000101001001 24 ASCII码 美国标准信息交换码字母和各种字符按特定的规则用二进制数进行编码 0 9共10个数字字符 30H 39H 26个大写英文字母 41H 5AH 一些通用符号和控制符号 128个ASCII码字符包括 26个小写英文字母 61H 7AH 25 有符号数的表示 计算机中的数用二进制表示 数的符号也只能用0和1表示 一般用最高有效位来表示数的符号正数用0表示 负数用1表示有符号数有不同的编码方式 常用的是补码 另外还有原码和反码 26 有符号数的表示 原码最高有效位表示符号 其余位直接表示数值大小反码正数反码与原码相同 符号位用0表示 负数反码为它的正数的各位 包括符号位 按位取反而形成补码正数补码与原码相同 符号位用0表示负数补码则为它的反码 并在最低有效位加1所形成 27 二进制运算 算术运算加法运算减法运算逻辑运算与运算或运算非运算 28 练习 1 将下列十六进制数转换为二进制和十进制表示 1 FFH 2 0H 3 5EH 4 EFH 5 2EH 6 10H2 将下列十进制数分别用8位二进制数的原码 反码和补码表示 1 127 2 127 3 57 4 126 5 68 7 126 29 练习 3 完成下列二进制数的运算 1 1011 1001 2 1011 1001 3 1011与1001 4 1011或10014 计算机中有一个 01100001 编码 如果把它认为是无符号数 它是十进制什么数 如果认为它是BCD码 则表示什么数 如果它是个ASCII码 则代表哪个字符 30 1 38086微处理器 8086的功能结构8086寄存器组8086的通用寄存器标志寄存器存储器组织与段寄存器 31 80X86系列CPU 32 80X86系列CPU 33 34 35 8086寄存器组 8个通用寄存器AX BX CX DX 可以拆作两个8位寄存器 SP BP SI DI1个指令指针寄存器IP1个标志寄存器FLAGS4个段寄存器CS DS ES SS 36 通用寄存器 AX 累加器是算术运算的主要寄存器 所有I O指令都通过AX与外设传送信息 BX 基址寄存器CX 计数器可以用来保存计数值DX 数据寄存器双字运算中与AX共同表示一个双字 在I O操作中 可以存放I O端口地址 37 通用寄存器 SP 堆栈指针寄存器BP 基址指针寄存器SP BP与堆栈段寄存器SS联用确定堆栈中某一存储单元的地址SI 源变址寄存器DI 目的变址寄存器SI DI可以与数据段寄存器DS联用确定数据段中某一存储单元的地址 它们都有自动增减的功能 方便用于变址 38 指令指针寄存器IP IP用来存放代码段中的偏移地址在程序的运行过程中 它始终指向下一条指令的首地址 它与段寄存器CS联用确定下一条指令的物理地址计算机用IP寄存器来控制指令序列的执行流程不能随意改变IP寄存器的值 39 标志寄存器FLAGS 反映指令执行结果或者控制指令执行形式程序设计的过程中经常要利用标志 40 条件码标志 溢出标志 overflowflag OF 符号标志 signflag SF 零标志 zeroflag ZF 进位标志 carryflag CF 辅助进位标志 auxiliarycarryflag AF 奇偶标志 parityflag PF 41 控制标志 方向标志 directionflag DF DF 1 每次操作后变址寄存器SI和DI的值减小 即地址从高向低DF 0 每次操作后变址寄存器SI和DI的值增大 即地址从低向高可以通过指令设置DF的值 42 系统标志 陷阱标志 trapflag TF 用于调试时的单步方式操作中断标志 interruptflag IF 控制CPU是否响应中断请求 43 标志位的符号表示 44 段寄存器 代码段 codesegment CS 数据段 datasegment DS 堆栈段 stacksegment SS 附加段 extrasegment ES 45 1 4存储器 1数据的存储格式 计算机中信息的单位二进制位Bit 存储一位二进制数 0或1字节Byte 8个二进制位 D7 D0字Word 16位 2个字节 D15 D0双字DWord 32位 4个字节 D31 D0 46 1 4存储器 2存储单元的地址和内容 物理地址 在存储器里面 每个字节单元给以一个唯一的存储器地址 称为物理地址 地址从0开始编号 顺序加1用二进制数来表示 书写格式为十六进制数8086可以访问的地址为 00000H FFFFFH 47 1 4存储器 2存储单元的地址和内容 一个存储单元中存放的信息称为该存储单元的内容 00001H 78H 00001H 5678H 48 1 4存储器 3存储器的分段管理 80X86中的8086以及8088只能在实模式下工作 其余型号即可以在实模式下也可以在保护模式下工作 实模式就是为8086 8088而设计的工作方式 49 在实模式下 首要解决的问题就是在16位字长的机器中 怎么提供20位的地址 解决的方法就是采用存储器地址分段 50 存储器地址的分段 将1MB主存空间划分为若干段每个段的最大长度为64KB这样段内的地址可以用16位表示段开始于后四位为零的存储单元 这样段的地址可以用16为表示20位物理地址由16位段地址和16位偏移地址共同构成 51 存储器地址的分段 段地址 说明逻辑段在主存中的起始位置 为了能用16位寄存器表达段地址 8086规定段地址必须是模16地址 即为xxxx0H形式 省略低4位0 段地址就可以用16位数据表示 它通常被保存在16位的段寄存器中 段内偏移地址 说明主存单元距离段起始位置的偏移量 由于限定每段不超过64KB 所以偏移地址也可以用16位数据表示 52 存储器地址的分段 16d 段地址 偏移地址 物理地址 在实模式下 段地址和偏移地址为3019 000A的存储单元的物理地址是什么 如果段地址和偏移地址是3015 002A呢 53 段寄存器 8086有4个16位段寄存器CS 代码段 指明代码段的起始地址SS 堆栈段 指明堆栈段的起始地址DS 数据段 指明数据段的起始地址ES 附加段 指明附加段的起始地址每个段寄存器用来确定一个逻辑段的起始地址 每种逻辑段均有各自的用途 54 55 存储器地址的分段 段地址 说明逻辑段在主存中的起始位置 为了能用16位寄存器表达段地址 8086规定段地址必须是模16地址 即为xxxx0H形式 省略低4位0 段地址就可以用16位数据表示 它通常被保存在16位的段寄存器中 段内偏移地址 说明主存单元距离段起始位置的偏移量 由于限定每段不超过64KB 所以偏移地址也可以用16位数据表示 56 逻辑段分配 57 1 58086的寻址方式 指令的组成指令由操作码和操作数两部分组成操作码说明计算机要执行哪种操作 如传送 运算 移位 跳转等操作 操作数是执行指令的参与者 也就是各种操作的对象 58 1 58086的寻址方式 立即寻址方式寄存器寻址方式直接寻址方式寄存器间接寻址方式寄存器相对寻址方式基址变址寻址方式相对基址变址寻址方式 59 1 立即寻址方式 操作数直接放在指令中 紧跟在操作码之后 它作为指令的一部分存放在代码段 立即数可以是8位也可以是16位立即数寻址常用来给寄存器赋初值只能用于源操作数 60 立即数寻址的功能 61 2 寄存器寻址方式 操作数在寄存器中 指令指定寄存器号这种寻址方式不需要访问存储器来取得操作数 因此可以取得较高的运算速度操作数可以是8位也可以是16位 62 寄存器寻址的功能 63 存储器寻址 操作数存储器中 需要通过不同寻址方式得到操作数的地址 从而取得操作数物理地址包括 段地址 偏移地址如何取得偏移地址 有效地址 EA 8086中有效地址由三部分组成 位移量基址变址EA 基址 变址 位移量 64 3 直接寻址方式 操作数的有效地址只包含位移量一种成分 其值就放在代码段中指令的操作码之后 位移量的值即操作数的有效地址 65 直接寻址的功能 66 4 寄存器间接寻址方式 操作数的有效地址只包含基址寄存器内容或变址寄存器内容一种成分 因此 有效地址就在某个寄存器中 而操作数则在存储器中BX BP SI DI 67 寄存器间接寻址的功能 68 5 寄存器相对寻址 操作数的