計算機組成原理與匯編語言程序設計

計算機組成原理與匯編語言程序設計目錄：

第一章緒論

第二章計算機中的信息表示

第三章CPU原理

第四章典型CPU及指令系統(tǒng)舉例第五章匯編語言程序設計第六章存儲系統(tǒng)第七章主機與外部設備的信息交換第八章輸入/輸出設備第九章計算機硬件系統(tǒng)示例第一章緒論內容簡介：作為全書的緒論，對計算機的組成、工作原理、應用方式作初步的概述。重點：計算機采取的存儲程序工作方式，信息的數(shù)字化表示，計算機硬件、軟件組成，主要性能指標的含義。1.1計算機的基本概念計算機是一種能夠存儲程序，能夠自動連續(xù)地執(zhí)行程序，對各種數(shù)字化信息進行算術運算或邏輯運算的快速工具。諾依曼機：采用馮.諾依曼提出的技術的計算機，其要點為：A、采用存儲程序工作方式B、采用二進制代碼表示數(shù)據(jù)和指令（信息的數(shù)字化表示）C、計算機硬件系統(tǒng)由運算器、控制器、存儲器、輸入/輸出設備組成一、存儲程序工作方式：

1、事先編制程序：指令系列和有關的原始數(shù)據(jù)2、事先存儲程序3、自動、連續(xù)地執(zhí)行程序二、信息的數(shù)字化表示：用數(shù)字代碼表示各種信息，用數(shù)字信號表示數(shù)字代碼

1、在計算機中的各種信息用數(shù)字代碼表示如：數(shù)值、中西文字符、圖像、機器指令2、用數(shù)字型電信號表示數(shù)字代碼：兩種狀態(tài)優(yōu)點(1)抗干擾能力強，可靠性高(2)表示數(shù)值范圍廣及精度高

(3)數(shù)字化的信息可存儲，傳送也較容易(4)表示的信息類型與范圍廣(5)能數(shù)字技術進行信息處理，形成了計算機硬件設計的基礎1.2計算機系統(tǒng)的硬、軟組成

一、硬件系統(tǒng)：

CPU：PC程序計數(shù)器，存放當前指令所在存儲單元的地址主存：CPU以字節(jié)為單位將內存直接編址。按地址存放或讀取內容外存：用戶按文件名調用，CPU找到位置，以數(shù)據(jù)塊為單位進行讀寫二、軟件系統(tǒng)：

1、系統(tǒng)軟件：操作系統(tǒng)、編譯解釋程序（P10）、軟件平臺2、應用軟件1.3計算機的工作過程指令執(zhí)行過程：如：ADDAX，1000H1、取指與指令分析：據(jù)PC將指令讀入指令寄存器IR中，由指令譯碼器分析指令功能

2、讀取操作數(shù)：3、運算：運算器完成4、后繼指令地址：PC內容自動修改，指向下條指令1.4數(shù)字計算機的特點與性能指標

一、特點：1、能在程序控制下自動連續(xù)地工作2、運算速度快3、運算精度高4、具有很強的信息存儲能力5、通用性強，應用領域極其廣泛二、計算機的性能指標：

1、基本字長：參與一次運算的數(shù)的位數(shù)2、數(shù)據(jù)通路寬度：數(shù)據(jù)總線一次能并行傳送的位數(shù)

CPU內部數(shù)據(jù)通路寬度=基本字長，外部則取決系統(tǒng)總線

3、運算速度：一般用CPU主頻作為速度指標

4、主存儲器容量5、外存容量6、配置的外圍設備及其性能7、系統(tǒng)軟件配置1.5計算機的發(fā)展與應用電子管晶體管中、小規(guī)模集成電路大、超大規(guī)模集成電路

第二章計算機中的信息表示內容簡介：數(shù)值型數(shù)據(jù)的進位制，帶符號數(shù)的表示（原碼、補碼），小數(shù)點的表示（定點、浮點）；字符表示方法；指令信息的表示（指令格式、尋址格式、功能分類）重點：數(shù)值型數(shù)據(jù)表示方法和常見尋址方式2.1數(shù)值型數(shù)據(jù)的表示方法一、進位計數(shù)制：1、計算機中常用的進位制：二進制、八進制、十六進制、BCD碼2、各種進位制之間的相互轉換練習：把135.625轉換為二進制、十六進制、八進制、BCD碼二、帶符號數(shù)的表示：

真值：用正負號加絕對值表示的數(shù)值,如:+11(+1011),-11(-1011)

機器數(shù)：0表示正數(shù)，1表示負數(shù)，為二進制數(shù)。其編碼方法分為原碼、補碼、反碼

1、原碼表示法：最高位為符號位，0為正數(shù)，1為負數(shù)；有效數(shù)值部分用二進制絕對值表示

如：X=+0.1011,則Ｘ原＝0.1011;X=-0.1011,則Ｘ原＝1.1011

X=1011,則Ｘ原＝01011;X=-1011,則Ｘ原＝110112、反碼表示法：正數(shù)與原碼一樣，負數(shù)則是其正數(shù)按位取反（連符號位）如：X=1011,則Ｘ反＝01011；X=-1011,則Ｘ反＝10100３、補碼表示法：正數(shù)與原碼一樣，負數(shù)則是其反碼加１如：X=1011,則Ｘ補＝01011；X=-1011,則Ｘ補＝1010１補碼能方便運算，化減為加（負數(shù)可用補碼來代替）P31

注意：在計算機中，凡帶符號數(shù)一律用補碼表示，運算結果也為補碼4、真值、原碼與

補碼的相互轉換練習：寫出65,-33的原碼、反碼、補碼；補碼為83H，24H的真值三、數(shù)的定點表示與浮點表示：據(jù)小數(shù)點位置是否固定，數(shù)的格式可分為定點表示與浮點表示1、定點表示法：小數(shù)點位置固定不變

無符號數(shù)、帶符號整數(shù)、帶符號小數(shù)表示范圍及溢出的概念P342、浮點表示法：小數(shù)點位置據(jù)需要浮動2.2字符表示一、ASCII碼：美國信息交換標準碼二、漢字編碼：輸入碼、交換碼（國標碼）、內碼2.3指令信息的表示一、指令格式：

1、基本格式：操作碼OP地址碼A

操作碼：表明指令所要完成的操作，區(qū)別不同指令的主要依據(jù)地址碼：操作數(shù)或操作數(shù)地址、存放運算結果的地址、后繼指令地址2、地址結構：在指令代碼中給出地址的方式：顯地址，隱地址（簡指令地址結構）分類：三地址、二地址、一地址、零地址指令P41二、尋址方式：尋找指令中操作數(shù)或操作數(shù)所在地址的方法操作數(shù)存放的位置：P44尋址方式類別：立即尋址、直接尋址、間接尋址、變址尋址P441、立即尋址：指令直接給出操作數(shù)（立即數(shù)）

2、直接尋址：指令直接給出操作數(shù)地址3、寄存器尋址：指令中給出寄存器號，寄存器內存放操作數(shù)4、間接尋址：指令中給出存放操作數(shù)地址的主存單元的地址5、寄存器間址及其變型：指令中給出存放操作數(shù)地址的寄存器號6、變址尋址：操作數(shù)有效地址=形式地址+變址寄存器中的變址量7、基址尋址：操作數(shù)有效地址=形式地址+基址寄存器中的基準量8、相對尋址：實現(xiàn)程序轉移9、堆棧尋址：堆?！昂筮M先出”，地址放在SP寄存器中

三、指令類型：1、數(shù)據(jù)傳送類：按字節(jié)或字傳送，也可實現(xiàn)一個數(shù)據(jù)塊的傳送2、輸入/輸出（I/O）類：主機和外圍設備之間的信息傳送3、算術、邏輯運算類：算術運算指令、邏輯運算指令、移位指令4、程序控制類：程序轉移指令、轉子程序與返回指令、軟中斷指令第三章CPU原理內容簡介：介紹CPU基本運算部件結構及加、減、乘、除在機器中的運算方法；以模型機為例說明CPU的基本結構組成及指令執(zhí)行的過程；最后對微程序控制方式作一般性原理的介紹重點：補碼定點加減運算、移位操作，無符號整數(shù)一位乘法及除法運算方法；模型機的組成及指令的執(zhí)行過程3.1算術邏輯運算部件ALUALU完成對二進制代碼的定點算術運算和邏輯運算，核心為加法器并行加法器的串行進位、并行進位P61

用4位SN74181構成多位的ALU

P633.2運算方法一、定點加減運算：只設加法器，減法通過轉換為加法來實現(xiàn)

1、補碼加減運算：不管Y的真值為正或負，據(jù)[Y]補求[-Y]補的方法都為：將[Y]補連同符號位一起變反，末尾加1補碼運算規(guī)則：P652、溢出判別：運算結果超出能表示的數(shù)據(jù)范圍，就產(chǎn)生溢出；兩全異號數(shù)相加不會產(chǎn)生溢出，兩個同號數(shù)相加才產(chǎn)生溢出。正溢：運算結果為正且大于所能表示的最大正數(shù)負溢：運算結果為負且小于所能表示的最小負數(shù)(1)采用一個符號位判斷：同號數(shù)相加的結果符號與兩數(shù)不同則溢出(2)采用最高有效位的進位判斷(3)采用變形補碼：將符號位擴大為兩位，符號位不一致為溢出P67二、移位：

邏輯移位、循環(huán)移位、算術移位（帶符號數(shù)）三、浮點加減運算：兩個數(shù)須階碼對齊后才能進行運算四、十進制加減運算：用BCD碼進行運算，結果若大于9則加6校正五、定點數(shù)乘除運算：1、無符號整數(shù)一位乘法：將N位乘轉換為N次累加與移位，即每一步只求一位乘數(shù)所對應的新部分積，并與原部分積作一次累加，然后右移一位

2、無符號整數(shù)一位除法：不恢復余數(shù)法3.3CPU模型的組成及其數(shù)據(jù)通路CPU的組成：控制器、運算部件、各種寄存器、CPU內部數(shù)據(jù)通路一、基本組成：1、寄存器：為16位，分為兩類：存放控制信息（IR，PC，PS，SP，MAR，MDR）、存放所處理數(shù)據(jù)（通用寄存器，暫存器）；2、運算部件：ALU3、總線與數(shù)據(jù)通路結構:ALU總線（CPU內部），系統(tǒng)總線

4、控制器及微命令的基本形式：脈沖信號、電位信號二、數(shù)據(jù)傳送：1、寄存器之間的數(shù)據(jù)傳送：通過ALU總線傳送，由輸入門和打入脈沖控制

2、主存數(shù)據(jù)傳送到CPU：通過系統(tǒng)總線傳送，地址入MAR，數(shù)據(jù)讀入MDR3、CPU數(shù)據(jù)傳送到主存：數(shù)據(jù)入MDR，地址入MAR，數(shù)據(jù)寫入主存

4、執(zhí)行算術或邏輯操作：相加的兩數(shù)須在ALU的兩輸入端同時有效`

3.4時序控制方式一、指令的執(zhí)行過程：1、指令的執(zhí)行經(jīng)過3個階段：讀取指令、分析指令、執(zhí)行指令執(zhí)行指令：取操作數(shù)（從主存）、執(zhí)行操作（運算）、形成下條指令地址2、指令之間的銜接方式：串行的順序安排方式與并行的重疊處理方式二、時序控制方式：指令的執(zhí)行過程是依次執(zhí)行一個確定的控制信號序列的過程，通過時序信號進行定時控制1、同步控制方式：各項操作由統(tǒng)一的時序信號進行同步控制2、同步控制方式的多級時序系統(tǒng)：

A、指令周期：從取指令、分析指令到執(zhí)行該指令所需的時間

B、機器周期：指令周期中每個階段所需的時間

C、時鐘周期（節(jié)拍）：一個機器周期分為若干相等的時間段，每個時間段內完成一步基本操作注意：不同的機器周期包含的節(jié)拍可能不同

D、時鐘脈沖：時序系統(tǒng)的基本定時信號，由時鐘發(fā)生器產(chǎn)生3.5指令的執(zhí)行與組合邏輯控制器按產(chǎn)生控制信號的方式，控制器分為組合邏輯控制器和微程序控制器組合邏輯控制器：產(chǎn)生控制信號的部件是用組合邏輯線路來實現(xiàn)一、模型機的指令系統(tǒng)：指令格式、尋址方式、操作類型二、模型機的時序系統(tǒng)：分為工作周期、節(jié)拍、工作脈沖工作周期劃分：取指周期FT、源周期ST、目的周期DT、執(zhí)行周期ET、中斷響應周期IT、DMA傳送周期DMAT（DMA控制器控制系統(tǒng)總線，實現(xiàn)主存與外圍設備間的數(shù)據(jù)直接傳送）一指令結束-》判別與響應DMA請求-》判別與響應中斷請求三、指令流程：

1、取指周期FT：(1)進入FT的條件：有4種進入方式，使取指周期狀態(tài)觸發(fā)器FT為1(2)取指流程：

PC-》MARM-》MDR-》IRPC+1-》PCFT0FT12、MOV指令：FT取指，ST取源操作數(shù)，DT取目的地址，ET執(zhí)行3、雙操作數(shù)指令：FT、ST同MOV，DT取目的操作數(shù)，ET執(zhí)行4、單操作數(shù)指令：無ST，取指后直接進入DT，其余同雙操作數(shù)5、轉移指令JMP/返回指令RST：FT后直接進入ET6、轉子指令JSR：

3.6微程序控制器一、微程序控制概念：采用微程序控制方式產(chǎn)生微命令，相應的控制器稱為微程序控制器1、微程序控制方式的基本思想：2、微程序執(zhí)行過程的描述：

3、基本概念和術語：微命令、微操作、微指令、微周期、微程序、工作程序與微程序、主存儲器與控制存儲器第三章小結：在運算方法部分，要求掌握補碼定點加減運算和移位操作，掌握無符號整數(shù)一位乘法和除法運算；CPU模型機各類指令的分步執(zhí)行流程，能熟練擬出具體一條指令的讀取與執(zhí)行流程

第4章典型CPU及指令系統(tǒng)舉例內容簡介：本章介紹8086/8088CPU的內部結構、主存儲器組織以及堆棧結構，指令系統(tǒng)的尋址方式和指令功能。重點：8086/8088指令系統(tǒng)的尋址方式4.18086/8088CPU一、8086/8088CPU的結構：CPU內部總線16位，20條地址線，直接尋址能力達1MB（220），8086為16位微處理器，8088為準16位。

1、內部結構：模型機指令之間的銜接采用順序處理方式，而8086/8088中取指令與執(zhí)行指令則分別由兩個獨立部件實現(xiàn)，從而提高了指令的執(zhí)行速度，執(zhí)行部件EU(ExecutionUnit):完成指令的執(zhí)行，從BIU的指令隊列中取得指令。組成及功能見P115總線接口部件BIU(BusInterfaceUnit):實現(xiàn)EU的所有總線操作，負責CPU與存儲器或外設間的信息交換。組成及功能見P1152、8086/8088主存地址的形成：A.8086/8088直接尋址能力達1MB（220），

CPU的尋址能力為216=64KB，為尋址1MB，CPU將1MB存儲器以64KB為范圍分為若干邏輯段，由段寄存器給出段基址（16位），加上段內的偏移量（相對于段首址而言的指令或數(shù)據(jù)的16位地址）形成20位地址B.物理地址的形成：BIU根據(jù)指令要求自動選擇相應的段寄存器，并自動左移4位，與一個16位偏移量相加，形成20位物理地址如：若DS=3000H，EA=2200H，則物理地址為：32200H二、8086/8088寄存器：1、段寄存器（segmentregister):程序的各部分分別放在BIU指定的段中，每個段用段寄存器來指示該段的段基址。類別有CS（代碼段）、DS（數(shù)據(jù)段）、SS（堆棧段）、ES（附加段）2、通用寄存器（generalregister):EU中設置8個16位通用寄存器P1173、用于控制的寄存器：指令指針I(yè)P和標志寄存器FRIP：作用類似于其它計算機中的程序計數(shù)器PC，由IP提供下一條指令地址，用來存放要取出指令的地址偏移量，它只有與CS段寄存器相結合才能指向指令的真正物理地址；FR：16位寄存器，用來反映系統(tǒng)的狀態(tài)及指令執(zhí)行的結果，共有9個標志位。4.2主存儲器一、8086/8088主存儲器的特點：

1、存儲單元地址及內容的表示：如(10000H)=56H2、同一個主存單元地址可看作字節(jié)單元地址，又可看作字單元地址，這需在訪主存指令中指明二、主存儲器的段結構：1MB主存空間按需劃為若干段，每個段由連續(xù)的字節(jié)單元組成，最大長度為64KB1、段基址：一個段起始單元的地址(20位)，要求低4位為02、段的重疊3、某一時刻，一個程序只能訪問4個段寄存器指向的當前段的內容，即CS、DS、ES、SS三、邏輯地址與物理地址：1、邏輯地址：格式為段基值：偏移量段基值：由某個段寄存器給出，是段基址的高16位偏移量：是段內某存儲單元與段基址之間的字節(jié)距離

2、物理地址：將段基址左移4位，再加上偏移量，形成20位物理地址3、邏輯地址的來源：P1244.38086/8088堆棧一、堆棧組織：

SS提供堆棧段的段基址，SP的內容為偏移量，以字為單位進行存取二、堆棧操作：1、設置堆棧，即對堆棧段寄存器SS和堆棧指針SP賦初值2、壓棧：用PUSH指令,(SP)-2->SP,數(shù)據(jù)->(SP)3、出棧：用POP指令,((SP))->寄存器/字單元,(SP)+2->SP

4.48086/8088指令系統(tǒng)一、尋址方式：指令由操作碼和操作數(shù)組成，操作數(shù)有立即數(shù)、寄存器操作數(shù)、存儲器操作數(shù)及I/O端口操作數(shù)1、寄存器尋址方式：操作數(shù)在通用寄存器或段寄存器中如：MOVAX，BXMOVAL，BL

2、立即數(shù)尋址方式：操作數(shù)=立即數(shù)，可為數(shù)值或字符