章7-低级程序设计语言 - 副本

1、计算机导论第第7 7章章 低级编程语言低级编程语言2提纲 机器语言 Pep/7虚拟机的机器指令 基本机器指令的功能 立即寻址和直接寻址 Pep/7的演示程序 汇编语言与Pep/7的汇编指令简介3计算机计算机 是可编程的电子设备，可以存储存储，检索和处理数据。指令指令 定义了计算机对数据可以进行什么样的操作。存储程序的概念存储程序的概念 数据和处理数据的指令在表示上一致的（都使用二进制编码），可被存在同一个地方。计算机的数据处理4机器语言机器语言机器语言 由二进制编码的指令组成，由特定的计算机硬件直接执行。 比喻： 一把“钥匙”（指令）开一把“锁”（计算机）。为什么我们学习机器语言？为什么我们学

2、习机器语言？1. 理解计算机如何工作。2. 欣赏今天我们与计算机的交互是如此的简单。5机器语言的特性：机器语言的特性：1. 每一种处理器有它特定的一组机器指令。2. 处理器和它的指令是完全一体化的。3. 每一条机器指令只能执行非常低级的计算任务。机器语言6一段机器语言代码（用16进制表示）:D9 01 01 09 01 00 11 01 10 18 00 01 11 01 10 E1 01 11 00在这里，我们用2位十六进制数字来表示一个字节；字节之间空格在计算机内部是不存在的，写在这里是为了读程序清楚起见。机器语言7Pep/7虚拟机Pep/7是一台是一台虚拟计算机虚拟计算机 用软件的方式来

3、模拟计算机的计算部件的工作；用来帮助教师向学生解释机器语言是如何工作的。 Pep/7包含7个寄存器和4个状态位。 8Pep/7： 16位的数据总线，即16位字长：一个CPU的时钟周期里从内存读入CPU或者从CPU写入内存的数据量是32比特。 12位的地址总线：可编址 212 = 4096字节。 共有32条指令：除停机指令是1字节外，其它指令都是 3 字节长。Pep/7虚拟机9Pep/7 CPU的寄存器（的寄存器（register）: 程序计数器（程序计数器（Program Counter, PC）：）：存储下一条要执行的指令的内存地址。指令寄存器指令寄存器（Instruction Regist

4、er, IR）：）：存储当前被执行的指令。寄存器寄存器A（累加器）：（累加器）：存储加法运算的结果。状态位：状态位：存储于状态寄存器。 位Z 置 1，如果寄存器A的值为0；否则位Z置 0。位N 置 1，如果寄存器A的值为负数；否则位N置 0。Pep/7虚拟机10Pep/7的体系结构状态位寄存器A程序计数器（PC）指令寄存器（IR）11Pep/7的指令格式（a）一个指令由两部分组成：指令说明符，操作数说明符 （b）指令说明符指令说明符操作数说明符寻址模式说明符 操作码 寄存器说明符 12指令说明符的组成成分：指令说明符的组成成分：操作码：操作码：定义了一条指令。寄存器说明符：寄存器说明符：指定了

5、这条指令使用的寄存器。这里我们只用到了A register（累加器）。寻址模式说明符：寻址模式说明符：指定了操作数是一个数（称作立即寻址）还是一个地址（称作直接寻址）。Pep/7的指令格式13两种寻址模式：两种寻址模式：Pep/7的指令格式(a) 立即寻址模式：操作数说明立即寻址模式：操作数说明符是操作数本身符是操作数本身(b) 直接寻址模式：操作数说直接寻址模式：操作数说明符是操作数的地址明符是操作数的地址指令说明符 操作数说明符 指令说明符 操作数说明符 下图的12个红色单元，是因为pep/7的地址总线是12 bits，高位的4 bits没有用到。14Pep/7基本指令 （操作码）15指令

6、：指令：停机停机 操作码：00000。程序停止执行。它是1字节的指令（不含操作数说明符）。Pep/7基本指令基本指令16指令：指令：把操作数载入寄存器把操作数载入寄存器A 操作码：00001。将操作数说明符指定的2个字节存入寄存器A中。(a) 立即寻址：立即寻址：操作数说明符就是操作数本身，把它载入寄存器A。 (b) 直接寻址直接寻址: 操作数说明符指定的是操作数所在的内存地址，把它指向的2字节的内存单元的内容载入寄存器A。指令说明符指令说明符操作数说明符操作数说明符Pep/7基本指令17指令：指令：将寄存器将寄存器A的内容存入操作数中的内容存入操作数中 操作码：00010。将寄存器A存入操作

7、数说明符指定的内存空间中。只支持直接寻址只支持直接寻址: 操作数说明符指定的是操作数所在的内存地址，把寄存器A的内容存入操作数说明符指向的2字节的内存单元。指令说明符操作数说明符Pep/7基本指令18指令：指令：把操作数加到寄存器把操作数加到寄存器A中中 操作码：00011。将操作数说明符指定的操作数加入寄存器A中。 与指令“把操作数载入寄存器A”类似，除了这里是把操作数加到寄存器中。 请自己定义。Pep/7基本指令19指令：从寄存器指令：从寄存器A中减去操作数中减去操作数 操作码：00011。从寄存器A中减去操作数说明符指定的操作数。 请自己定义。 Pep/7基本指令20指令：把字符输入操作

8、数指令：把字符输入操作数 操作码：11011。 从输入设备读入一个ASCII字符到操作数说明符指定的内存地址中。指令说明符操作数说明符只支持直接寻址模式只支持直接寻址模式Pep/7基本指令21指令：从操作数输出字符指令：从操作数输出字符 操作码：11100。 将操作数说明符指定的操作数（一个ASCII字符的码值）发送到输出设备。指令说明符指令说明符操作数说明符操作数说明符(a) 立即寻址立即寻址 (b) 直接寻址直接寻址Pep/7基本指令22你能将上述指令用十六进制写出吗？23 Pep/7程序演示1. 从键盘读入字符A （ASCII码值0 x41）2. 将字符A存入变量i中3. 将 i 的值自

9、增1 4. 将i值所对应的字符（即B）输出到屏幕上5. 停机24Pep/7程序运行步骤：1. 打开或新建一个程序 (zz 是程序的结束符)2. 设置跟踪选项 Pep7 - clear RAM memory 将内存单元全部设置为0： 设置 Pep7 - Trace Options跟踪内存单元的内容的变化3. 允许键盘输入： Pep7-exection input-interactive input from keyboard 4. 将程序装载到内存： Pep7-load5. 执行程序：Pep7-execute Pep/7程序演示25我们假设： 程序指令存储在地址范围为0 x000000FF的内存

10、空间 键盘输入的字符存储在地址范围为0 x0100010F的内存空间 (A 存储在0 x0101) 变量存储在0 x01100FFF (变量i，2字节，存储在0 x01100111) Pep/7程序演示26内存存储示意图：.0041. 内容 地址0 x00010 x00020 x01000 x01010 x01100 x0111程序存储区A i Pep/7程序演示27Pep/7 的存储方式是大端字节的。的存储方式是大端字节的。大端字节（Big Endian）：数据的高字节存在低地址上例： 0 xABCD 地址 字节n ABn+1 CD小端字节（Little Endian）：数据的高字节存在高地

11、址上例： 0 xABCD 地址 字节n CDn+1 AB Pep/7程序演示28 Pep/7程序演示程序代码：D9 01 01 09 01 00 11 01 10 18 00 01 11 01 10 E1 01 11 00 zz291. 从键盘读入字符A （ASCII码值0 x41）存到内存单元中（设在地址0 x0101上）In Hex：D9 (11011 0 01 in Bin, 把字符输入操作数，直接寻址)01 01 (地址为0 x0101) Pep/7程序演示302. 将字符A存入变量i中（设起始地址为0 x0110）In Hex: 09 (00001 0 01 in Bin, 把操作数

12、载入寄存器A，直接寻址）01 00 (A在地址0 x0100上) In Hex:11 (00010 0 01 in Bin, 把寄存器A的内容存储到操作数中)01 10 （i的起始地址是0 x0110） Pep/7程序演示313. 将 i 的值自增1In Hex:18 (00011 0 00 in Bin, 把操作数加到寄存器中，立即寻址)00 01 (数字1)In Hex:11 (00010 0 01 in Bin, 将寄存器A存到操作数中，直接寻址)01 10 (i的起始地址是0 x0110) Pep/7程序演示324. 将i值所对应的字符（即B）输出到屏幕上In Hex:E1 (1110

13、0 0 01 in Bin, 从操作数输出字符，直接寻址)01 11 (该字符存储在地址0 x111上)注意：Pep/7是大端字节的存储方式，即0 x0000存储在地址0 x0110上，0 x0042存储在地址0 x0111上。 Pep/7程序演示335. 停机In Hex：00（ 00000 0 00 in Bin） Pep/7程序演示34请自己写出每次执行一条指令时，IR, PC和寄存器A里的内容。执行第1条指令D9 01 01时，IR=D9 01 01；PC=00 03；寄存器A=00 00； 执行第2条指令09 01 00时，IR=09 01 00；PC=00 06；寄存器A=0041；. Pep/7程序演示35