第1章基础知识

news2024/11/15 20:31:38

第1章基础知识

1.1 机器语言

机器语言就是机器指令的集合，机器指令展开来讲就是一台机器可以正确执行的命令

1.2 汇编语言的产生

汇编语言的主题是汇编指令。
汇编指令和机器指令的差别在于指令的表示方法上，汇编指令是机器指令便于记忆的书写格式。
寄存器：简单来说就是 CPU 中可以存储数据的器件，一个 CPU 可有多个寄存器。AX 是其中一个寄存器的代号，BX 是另一个寄存器的代号。

操作：寄存器 BX 内容送到 AX 中

机器指令：1000100111011000

汇编指令：mov ax，bx

因为计算机只能读懂机器指令，需要使用编译器将汇编指令编译成机器指令。

1.3 汇编语言的组成

三类指令组成：

汇编指令：机器码的助记符，有对应的机器码。
伪指令：没有对应的机器码，由编译器执行，计算机并不执行。
其他符号：如 +、-、*、/ 等，由编译器识别，没有对应的机器码。

汇编语言的核心是汇编指令，它决定了汇编语言的特性。

1.4 存储器

就是我们平常所说的内存.
磁盘不同于内存，磁盘上的数据或程序如果不读到内存中，就无法被 CPU 使用。

1.5 存储单元

存储器会被划分若干个存储单元，每个存储单元从0开始顺序编号，例如一个存储器有128个存储单元，编号从0~127。
计算机最小信息单位是 bit （比特），也就是一个二进制位；
8个 bit 组成一个 Byte，也就是通常讲的一个字节。即8个二进制位；
一个存储器有128个存储单元，它可以存储128个 Byte。

还可用以下单位来计量容量（以下用 B 来代表 Byte）：

1KB = 1024 B
1MB = 1024 KB
1GB = 1024 MB
1TB = 1024 GB

1.6 CPU 对存储器的读写

CPU 要进行数据的读写，必须和外部器件（芯片）进行下面3类信息的交互：

存储单元的地址（地址信息）
器件的选择，读或写的命令（控制信息）
读或写的数据（数据信息）

通过地址总线，数据总线，控制总线对存储芯片中的数据进行读写。

1.7 地址总线

CPU 是通过地址总线来指定存储单元的，所以地址总线能传输多少不同的信息，CPU 就可以对多少个存储单元进行寻址。

假设：一个 CPU 有10根地址总线，如何看寻址情况

一根导线稳定状态有两种，高电平或低电平，即1或0；10根导线则可以传输10位二进制数据，所以最小为0，最大为1023。

1.8 数据总线

数据总线的宽度决定了 CPU 和外界的数据传送速度。8根数据总线一次可传1个字节（8位二进制）数据。16跟数据总线一次可传2个字节数据。

1.9 控制总线

CPU 通过控制总线实现对外部器件的控制。有多少根控制总线，就意味着 CPU 提供了对外部器件的多少种控制。所以，控制总线的宽度决定了 CPU 对外部器件的控制能力。

1.10 主板

每一台 PC 中，都有一个主板，通过地址总线，数据总线，控制总线将核心器件和主要器件进行相连

1.11 接口卡

计算机系统中，所有可用程序控制其工作的设备，必须受到 CPU 控制，CPU 对外部设备都不能直接控制，比如显示器，音响，打印机等，直接控制这些设备进行工作的是 插在扩展插槽上的接口卡，扩展插槽通过总线和 CPU 相连，接口卡也通过总线和 CPU 进行相连。CPU 通过总线向接口卡发送命令，接口卡根据 CPU 的命令控制外设进行工作

1.12 各类存储器芯片

一个 PC 中装有多个存储器芯片，从读写属性中分为

RAM（随机存储器）：必须带电存储，关机后存储的内容丢失
- 第一种：存放 CPU 和绝大部分程序和数据，主随机存储器一般由两个位置上的 RAM 组成，装在主板上的 RAM 和装在扩展槽上的 RAM；
- 第二种：接口卡上的 RAM，某些接口需要对大批量数据，数据数据进行暂时存储，在其上安装 RAM，最典型的就是显卡上的 RAM，称之为显存，将要写入的内容写入显存中，显示卡随时将显存的数据在显示器上输出。
ROM（只读存储器）：只能读取，不能写入，关机之后内容不丢失
- 装有 BIOS（Basic Input/Output System，基本输入/输出系统）的 ROM，BIOS 是主板和各类接口卡（如显卡，网卡等）厂商提供的软件系统，可以通过它利用该硬件设备进行最基本的输入和输出。例如：主板的 ROM 中存储的主板的 BIOS（系统BIOS），显卡上存储着显卡的 BIOS，网卡上安装网卡的 BIOS。

1.13 内存地址空间

上述的那些存储器，在物理上是独立的器件，但是一些两点比较相同

都和 CPU 总线进行相连
CPU 对它进行读写时候都是通过控制线发出内存读写命令

在上图中，所有的物理存储器被看作一个有若干个存储单元组成的 逻辑存储器，每个物理存储器在这个逻辑存储器中占有一个地址段，即一段地址空间，CPU 在这段地址空间读写数据，实际上就是在相对应的物理存储器上读写数据。

1.14 总结

总结：

汇编指令是机器指令的助记符，同机器指令一一对应
每一种 CPU 都有自己的汇编指令集
CPU 可以直接使用的信息在存储器中存放
在存储器中指令和数据没有任何区别，都是二进制信息
存储单元从零开始顺序编号
一个存储单元可以存储8个bit，即8位二进制数
1Byte = 8bit 1KB = 1024B 1MB = 1024KB 1GB = 1024MB 类比：2^10 1KB 2^20 1MB 2^30 1GB
每一个 CPU 芯片都有许多管脚，这些管脚和总线进行相连，也可以说，这些管脚引出总线。CPU 引出3种总线的宽度标志这个 CPU 的不同方面的性能：
地址总线宽度决定了 CPU 的寻址能力
数据总线的宽度决定了 CPU 和其它器件进行数据传送时的一次数据传送量
控制总线宽度决定了 CPU 对系统中器件的控制能力
内存地址空间：使用汇编语言编程时候，必须从 CPU 的角度考虑问题，对 CPU 来说，系统中的所有存储器中的存储单元都处于一个统一的逻辑存储器中，它的容量受 CPU 的寻址能力限制，这个逻辑 CPU 就是我们所说的内存地址空间

习题：

（1）1个 CPU 的寻址能力为 8KB，那么它的地址总线的宽度为 13 位。

答：8KB = 8*1024 Byte = 2³ ✖ 2¹⁰ = 2¹³ Byte 所以13位。

（2）1KB 的存储器有 1024 个存储单元，存储单元的编号从 0 到 1023 。

答：一个存储字长为 8bit，1KB = 1024 Byte = 1024 * 8 bit 有1024 存储单元。

（3）1KB 的存储器可以存储 8192（2¹³）个bit， 1024 个 Byte。

答：1KB = 1024 Byte = 1024 * 8 bit 。

（4）1GB 是 1073741824 （2³⁰） 个 Byte、1MB 是 1048576（2^20） 个 Byte、1KB 是 **1024（2¹⁰）**个 Byte。

（5）8080、8088、80296、80386的地址总线宽度分别为16根、20根、24根、32根，则它们的寻址能力分别为: 64 （KB）、 1 （MB）、 16 （MB）、 4 （GB）。

答：16根：2¹⁶ = 2¹⁰ * 2⁶ 。2¹⁰ 是 1024 就是 1KB。然后乘 2⁶ = 64 就是 64 KB，后面依此类推。