汇编语言与计算机组成原理.ppt

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1、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

2、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

3、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,1

4、3,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

5、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

6、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 Binary Coded Decimal 常用的BCD码是8421码，它用4位二进制编码的低十个表示09之间的是个数字 例 BCD：0100

7、1001 0111.0001 0100 1001,24,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,09共10个数字字符：30H39H,26个大写英文字母：41H5AH,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：61H7AH,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

8、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）10H 2、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）10111001（2）10111001 （3）1011

9、与1001（4）1011或1001 4、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？,30,1.3 8086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、DI 1个指令指针寄存器 IP 1个标志寄存器 FLAGS 4个段寄存器 CS、DS、ES、SS,

10、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

11、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（overflow flag，OF） 符号标志（sign flag，SF） 零标志（zero flag，ZF） 进位标志（carry flag，CF） 辅助进位标志（auxiliary carry flag，AF） 奇偶标志（parity flag，PF）,41,控制标志,方向标志（direction flag，DF） DF=1：每次操作后变址寄存器

12、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（trap flag，TF） 用于调试时的单步方式操作 中断标志（interrupt flag，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（code segment，CS） 数据段（data segment，DS） 堆栈段（stack segment，SS） 附加段（extra segment，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

13、字节Byte：8个二进制位，D7D0 字Word：16位，2个字节，D15D0 双字DWord：32位，4个字节，D31D0,46,1.4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：00000HFFFFFH,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808

14、8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x

15、xxx0H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

16、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,57,1.5 8086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

17、种操作的对象,58,1.5 8086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

18、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,操作数的有效地址为基址寄存器或变址寄存器的内容和指令中指定的位移量之和，即有效地址由两种成分组成。 BX、BP、SI、DI,69,寄存器相对寻址的功能,70,6、基址变址寻址方式,操作数的有效地址是一个基址寄存器和一个变址寄存器的内容之和，所有有效地址由两种成分组成。 基址寄存器：BX、BP 变址寄存器：SI、DI,71,基址变址寻址的功能,72,7、相对基址变址寻址方式,操作数的有效地址是一个基址寄存器与一个变址寄存器的内容和指令中指定的位移量之和，所以有效地址由三种成分组成。 基址寄存器：BX、BP 变址寄存器：SI、DI,73,相对基址变址寻址的功能,