《深入计算机系统》PPT课件

样的加法操作，不同的CPU采用的二进制指令编码是不一样的。一种机器的指令与CPU 是紧密相关的，一种机型（具备同一种CPU）的计算机的全部指令集合，就称为指令系 统，CPU不同，其指令系统也不同。指令系统及其使用规则构成这种计算机的机器语 言。选择指令系统中的指令并排列起来，可以构成一个指令序列，用以告诉计算机完成 一连串的动作，就是一个机器语言程序。打个比方，假设我们用二进制数111代表加， 在1+1的例子中，+就是操作码（用111来表示），1就是操作数，将这些二进制指令组 合起来，就组成了我们的程序。程序编写完后，可以保存起来，在以后需要的时候，取 出来重新运行。由于指令都是以数值形式表示的，因此，程序也是以数据的形式保般分为两大类：系统软件和应用软件。 系统软件：居于计算机系统中最靠近硬件的一层，如编译
程序和操作系统等，它与具体的应用领域无关。其他软件 一般都通过系统软件发挥作用。编译程序把程序人员用高 级语言书写的程序翻译成与之等价的、可执行的机器语言 程序。操作系统则负责管理系统的各种资源、控制程序的 执行，例如DOS、Windows98、Windows2000、Linux和 Unix等都是操作系统。
综上所述，我们可以说操作系统是对计算机系统中的所有资源进
行高效管理的一种系统软件，是所有其他软件运行的基础，是用 户使用计算机的接口。
应用软件：是用户利用计算机来解决实际问题而编制的程
序，例如：字处理软件WORD，图像处理软件 PHOTOSHOP等。
操作系统
操作系统是紧挨着硬件的第一层软件，是对硬件功能的首次扩充，
其他软件则是建立在操作系统之上的。操作系统对硬件功能进行 扩充，并统一管理和支持各种软件的运行。因此，操作系统在计 算机系统中占据着一个非常重要的地位，它不仅是硬件与所有 其他软件之间的接口，而且任何数字电子计算机都必须在其硬 件平台上加载相应的操作系统之后，才能构成一个可以协调运 转的计算机系统。只有在操作系统的指挥控制下，各种计算机 资源才能被分配给用户使用。也只有在操作系统的支撑下，其他 系统软件如各类编译系统、程序库和运行支持环境才得以取得运 行条件。没有操作系统，任何应用软件都无法运行。
程序设计语言
机器语言
用二进制指令系统及其使用规则构成的语言，称为机器语言。
汇编语言
为了解决上述的问题，人们便想到通过一些助记符（通常是英文单词的缩写）来代 替操作码，例如用ADD表示加法指令，用MOV表示传送指令。这样写出来的程序就 是汇编语言程序，也称为汇编源程序，一般以 ASM 作为文件的扩展名。 然而，最终交给计算机运行的还是机器指令，所以就需要将我们所编写的汇编语言 程序转换为机器语言，这个转换的过程就称为“汇编”，这是通过汇编程序（是一 种软件，注意和汇编源程序相区别）来实现的。不同的计算机有不同的机器语言， 相应的也需要有不同的翻译器——汇编程序。
内存是存储数据和指令的地方，程序是预先编好的指令集合，程序运行前，必须先装入
内存，程序通常是按顺序存储在内存中的，CPU中的控制器就是按照程序所排的指令序 列，先从内存中取出一条指令放到控制器中，对该指令的操作码进行分析判断，然后根 据指令的性质，执行这条指令，进行相应的操作。接着从存储器取出第二条指令，再执 行这第二条指令。程序计数器（PC）用于跟踪指令所在的地址，在程序开始执行前， PC指向内存中的第一条指令的地址，当执行指令时，CPU从PC所指向的内存中取出指 令，将PC的内容加1，以指向下一条指令的地址，并处理刚才取得的指令。上一条指令 运行完后，CPU又从PC所指向的内存（下一个存储单元）中接着取新的指令运行，同 时将PC的内容加1。
这条指令的前8位是操作码部分，后8位是操作数部分。这条指令的作用是将后 面的操作数6（二进制数110）与AL寄存器中的数做加法操作，结果保存到AL 寄存器中。
一条指令对应计算机所能执行的一个基本动作，在程序设计中经常用到的逻辑
操作、跳转、中断等都有专门的指令。
计算机指令和程序
对于同样的二进制指令代码，不同的CPU对它的“理解”是不一样的，也就说，执行同
高级语言
用汇编语言编程，处理一件通用的事情，如屏幕输出，需要编写大量的代码，而且 汇编程序还不能在不同的CPU平台下运行。为了解决这些问题，且让用户的程序集 中在解决不同的实际问题上，而不是重复那些与计算机硬件底层相关的工作，人们 又创造了高级语言，如C、Java等。 高级语言程序必须经过翻译变成机器语言程序。翻译有两种做法：编译和解释，相 应的翻译工具分别叫做编译器和解释器。
深入计算机系统
计算机指令和程序
CPU能够进行算术运算，接受外围设备状态的变化，向外围设备发出命令。
这些算术运算，外围设备状态检测，向外围设备发出命令就是计算机指令。 在计算机中，所有的信息都是用二进制代码来表示的，所以指令当然也是用 用二进制代码来表示的。指令分为操作码和操作数两部分，操作码规定计算 机要执行什么操作，是做加法，做减法，还是完成数据传送，或者是其它的 操作；操作数给出参与操作的数据值，或者指出操作对象在什么地方。下面 的二进制代码序列就是一条 8086/8088 的机器指令：