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1、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，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。因此可以说程序是通过某种程序语言实现的算法。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令表示。计算
2、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。1.1 计算机组成及工作过程1. 程序存储思想和计算机组成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下三个内容：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。2) 操作指令也是一种信息，和数据存储形式完全相同。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两部
3、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。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：取出地址为1000H的存储单元中的数据，存入CPU的寄存器A中。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。学习机器语言的同时，也就是在学习计算机的组成和工作过程。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、输入设备和输出设备（如图1-1所示） 。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个运算过程，使程序中的
4、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。输出设备输出或打印计算结果。? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?
5、 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?
6、 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?第1章VtxD机器语言简介图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
7、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位十六进制数简洁地表示。表1-1 4位二进制数和1位十六进制数的对应表二进制十六进制二进制十六进制二进制十六进制二进制十六进制00
8、00001004100081100c0001101015100191101d 00102011061010a1110e00113011171011b1111f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
9、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。第1章2CPU 地址总线输入设备输出设备数据总线存储器接口控制总线运算器控制器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
10、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I
11、Y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：y=a+b把a和b单元中的数相加，结果存放在y单元。设a、b和y在存储器数据区的地址依次为3000H、3001H和3002H，如图1-4a所示。注意，a、b和y不是数据，只是符号。程序由4条指令组成（见表1-2） 。这组指令在存储器程序区的地址分别为2000H、2003H、2
12、006H和2009H，前3条指令各占3个字节，第4条指令占一个字节。一条指令的实际存储如图1-5所示。机器语言简介3寄存器A（累加器）程序区数据区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）栈存储器图1-2 Z80编程模型图图1-3 栈结构示意图SnS4S3S2S1Sn-1M图1-4 求和程序y=a+b的执行过程示意图表1-2 求和程序y=a+b所包含的指令操作码操作数指令含义01H3000H取出地址为3000H的单元中的数据，存入寄存器A 03H3001H将地址为3001H的单元中的数据与寄存器A中的数据相加，结果留在A中 02H3002H将寄存器A中的数据存入地址为3002H的单元00H停机CPU从程序计数器PC依次提取指令执行，每条指令的意义如表1-2所示。图1-4a图1-4d演示了指令执行的过程，第4条指令执行之后程序停止。1.2 计算机硬件和软件自1946年第一台电子计算机诞生以来，计算机的发展主要经历了电子管、晶体管、集成电路和大规模集成
