机器语言简介

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1) 计算机应该采用二进制，与十进制相比，二进制的结构简单，容易实现和控制。
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机器指令系统构成机器语言（machine language） ，机器指令和计算机硬件直接联系。学习
存储器存放程序及原始数据。运算器进行各种算术运算和逻辑运算。控制器控制和指挥整
冯・诺依曼型计算机的典型系统结构由五个部分组成，它们是运算器、控制器、存储器、
例如， “01H 1000H”是一条机器指令，其中01H是操作码，1000H是操作数。具体意思是：
下三个内容：
出设备输出或打印计算结果。 通过某种程序语言实现的算法。 1. 程序存储思想和计算机组成
输入设备和输出设备（如图1-1所示） 。 2) 操作指令也是一种信息，和数据存储形式完全相同。
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1章
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1.1 计算机组成及工作过程
机器语言的同时，也就是在学习计算机的组成和工作过程。
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两部分，前者是操作内容，后者一般是数据所在的存储单元地址，有时直接就是数据。
取出地址为1000H的存储单元中的数据，存入CPU的寄存器A中。
第
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机器语言简介
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寄存器 A（累加器） F（标志寄存器） PC（程序计数器） SP（堆栈指示器） IX（变址寄存器） IY（变址寄存器） … … …
存储器 程序区 … … 数据区 … … 栈 … … Sn S n-1 M S4 S3 S2 S1
图1-2 Z80编程模型图
图1-3 栈结构示意图
CPU中的寄存器有两类：通用寄存器和专用寄存器。通用寄存器是运算器的组成部分，用 来暂存操作数及运算的中间结果。从本章的需要出发，我们重点介绍以下专用寄存器。 A 是一个 8 位寄存器，一般称为 累加器 。它与运算器 ALU 一起完成各种运算。 ALU 是一个 组合逻辑电路，本身不能保留信息，只有与 A 寄存器一起才能完成各种运算。累加器 A 在运算 前向ALU提供操作数，运算后暂存运算结果。 F是一个8位寄存器，一般称为标志寄存器。它与累加器A相连，记录运算结果的某些特征， 以此作为控制程序流程转向的依据。 PC 为 16 位寄存器，一般称为 程序计数器 。程序是一组指令，这组指令一般都连续存放在 存储器的程序存储区中。 PC 用来寄存指令的地址。 CPU 通过 PC 取出一条指令执行时， PC 便 “指向”下一条指令，即 PC 的值变为下一条指令的地址。比如，取出的一条指令占 2 个字节， 取出这条指令之后， PC 的值自动加 2 。除非遇到转移指令或子程序调用指令，否则 CPU 都是通 过PC顺序地提取指令。 SP 为 16 位寄存器，一般称为 堆栈指示器 。 SP 的值始终是栈顶元素的地址，随着数据的存 入和删除，SP的值自动改变。 IX 和 IY 是两个独立的 16 位 变址寄存器 ，通常包含一个基地址（这个地址是根据需要写入 的，一般在程序的首部通过赋值完成） ，由基地址加上偏移量（在程序运行中给出）形成操作 数的实际地址。 4. 计算机工作过程 程序是机器指令的有穷序列，机器指令联系着存储器和 CPU。下面我们通过一个程序，了 解计算机组成原理和工作过程。这是一个简单的求和程序：
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个运算过程，使程序中的指令按要求一条一条地执行。输入设备输入指令代码和原始数据。输 思想的人是冯・诺依曼，他用计算机硬件实现了一些简单的操作，每一个操作都用一条机器指 将一个复杂的计算分解为这些操作。他设计出了第一台理论上的计算机——图灵机。实现这个 提供创建存储模式的机制。程序语言正是在这个意义上被称为编程工具的。因此可以说程序是 美国普林斯顿大学的冯・诺依曼于 1945年提出的计算机体系结构设计思想，一般称为“程 3) 程序由机器指令组成，存储在计算机存储器中。每一条机器指令包含操作码和操作数 最先提出计算机设计思想的人是图灵，他提出，应该用机器保留一些最简单的操作，然后 令表示。计算机指令系统构成第一个程序语言—机器语言。机器语言的特点是它的指令直接 操作的存在形式，这些形式可以被计算机直接或间接地识别；所谓算法是指求解可计算性问题 序存储思想 ” 。计算机从 1946 年问世至今都是以这种思想为基本依据的。这个思想主要包含如 计算机程序是在某种存储模式上实现的算法。所谓存储模式是指数据和对数据的一些基本 联系着计算机硬件设施，因此，学习机器语言程序的同时也是在学习计算机的组成和工作过程。 的有限步骤，每一步骤可以转化为基本操作的有穷序列。程序语言提供存储模式的表示方式，
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表 1-1 4 位二进制数和1 位十六进制数的对应表
二进制 0000 0001 0010 0011 十六进制 0 1 2 3 二进制 0100 0101 0110 0111 十六进制 4 5 6 7 二进制 1000 1001 1010 1011 十六进制 8 9 a b 二进制 1100 1101 1110 1111 十六进制 c d e f
存储器分为程序存储区、数据存储区和栈（如图 1-2 所示） 。 CPU 通过地址总线发出相应的 地址，选中存储器的某一字节即存储单元，然后通过数据总线读写该单元中的数据。 在存储器中特别划分出一块区域，称为 栈 ，其特点是存取数据都在一端，该端称为 栈顶 （如图1-3所示） 。栈的存取不需要计算地址，因此速度快，可以作为寄存器的补充。 3. CPU 运算器和控制器合称为中央处理器，简称 CPU 。 CPU 通过数据总线与存储器及接口交换 数据。 在CPU中设有寄存器，它们与运算器或控制器直接相连，可以存放数据或计算的中间结果 （如图 1-2 ） 。因为不通过地址总线和数据总线，所以寄存器的数据存取速度快。但是寄存器不 能无限制增加，否则会影响速度。
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第1章
CPU
地址总线 输入设备 存储器 接口 输出设备
运算器
控制器
数据总线 控制总线
图1-1 计算机系统结构框图
2. 存储器和地址 存储器由存储单元组成，每一个存储单元称为一个字节（ 1B ） ，存储器就是字节序列。一 个字节有8位，存放8位二进制信息。每个字节有一个编号，称为地址（码） 。 存储器的大小是指它有多少字节。每个字节相当于一套房子，有多少套房子，就应该有多 少个地址；反之，有多少个地址，就有多少套房子。地址总线的多少决定了地址的多少，也就 是字节的多少。设有 16 根地址总线，如果一根地址线有脉冲信号时表示 1 ，没有脉冲信号时表 示0，那么16根地址总线可以表示216个地址，这就是说存储器最多可具有216个字节。 例如， 1000000000000000 表示第 1 根地址线有脉冲信号，其他地址线没有脉冲信号，它代 表一个二进制数表示的地址。这个地址可以用一个4位十六进制数简单地表示为 8000H（H代表 十六进制） 。 4位二进制数共有16个可能值， 和1位十六进制数的16个可能值一一对应 （见表1-1） 。 这个一一对应关系可以将一个 16 位二进制数简单地表示为一个 4 位十六进制数。使用十六进制 数仅仅为了简洁。类似地，如果有 32 根地址线，那么 32 位二进制地址可以用 8 位十六进制来自百度文库简 洁地表示。