计算机组成原理与汇编语言程序设计

计算机组成原理与汇编语言程序设计目录：

第一章绪论

第二章计算机中的信息表示

第三章CPU原理

第四章典型CPU及指令系统举例第五章汇编语言程序设计第六章存储系统第七章主机与外部设备的信息交换第八章输入/输出设备第九章计算机硬件系统示例第一章绪论内容简介：作为全书的绪论，对计算机的组成、工作原理、应用方式作初步的概述。重点：计算机采取的存储程序工作方式，信息的数字化表示，计算机硬件、软件组成，主要性能指标的含义。1.1计算机的基本概念计算机是一种能够存储程序，能够自动连续地执行程序，对各种数字化信息进行算术运算或逻辑运算的快速工具。诺依曼机：采用冯.诺依曼提出的技术的计算机，其要点为：A、采用存储程序工作方式B、采用二进制代码表示数据和指令（信息的数字化表示）C、计算机硬件系统由运算器、控制器、存储器、输入/输出设备组成一、存储程序工作方式：

1、事先编制程序：指令系列和有关的原始数据2、事先存储程序3、自动、连续地执行程序二、信息的数字化表示：用数字代码表示各种信息，用数字信号表示数字代码

1、在计算机中的各种信息用数字代码表示如：数值、中西文字符、图像、机器指令2、用数字型电信号表示数字代码：两种状态优点(1)抗干扰能力强，可靠性高(2)表示数值范围广及精度高

(3)数字化的信息可存储，传送也较容易(4)表示的信息类型与范围广(5)能数字技术进行信息处理，形成了计算机硬件设计的基础1.2计算机系统的硬、软组成

一、硬件系统：

CPU：PC程序计数器，存放当前指令所在存储单元的地址主存：CPU以字节为单位将内存直接编址。按地址存放或读取内容外存：用户按文件名调用，CPU找到位置，以数据块为单位进行读写二、软件系统：

1、系统软件：操作系统、编译解释程序（P10）、软件平台2、应用软件1.3计算机的工作过程指令执行过程：如：ADDAX，1000H1、取指与指令分析：据PC将指令读入指令寄存器IR中，由指令译码器分析指令功能

2、读取操作数：3、运算：运算器完成4、后继指令地址：PC内容自动修改，指向下条指令1.4数字计算机的特点与性能指标

一、特点：1、能在程序控制下自动连续地工作2、运算速度快3、运算精度高4、具有很强的信息存储能力5、通用性强，应用领域极其广泛二、计算机的性能指标：

1、基本字长：参与一次运算的数的位数2、数据通路宽度：数据总线一次能并行传送的位数

CPU内部数据通路宽度=基本字长，外部则取决系统总线

3、运算速度：一般用CPU主频作为速度指标

4、主存储器容量5、外存容量6、配置的外围设备及其性能7、系统软件配置1.5计算机的发展与应用电子管晶体管中、小规模集成电路大、超大规模集成电路

第二章计算机中的信息表示内容简介：数值型数据的进位制，带符号数的表示（原码、补码），小数点的表示（定点、浮点）；字符表示方法；指令信息的表示（指令格式、寻址格式、功能分类）重点：数值型数据表示方法和常见寻址方式2.1数值型数据的表示方法一、进位计数制：1、计算机中常用的进位制：二进制、八进制、十六进制、BCD码2、各种进位制之间的相互转换练习：把135.625转换为二进制、十六进制、八进制、BCD码二、带符号数的表示：

真值：用正负号加绝对值表示的数值,如:+11(+1011),-11(-1011)

机器数：0表示正数，1表示负数，为二进制数。其编码方法分为原码、补码、反码

1、原码表示法：最高位为符号位，0为正数，1为负数；有效数值部分用二进制绝对值表示

如：X=+0.1011,则Ｘ原＝0.1011;X=-0.1011,则Ｘ原＝1.1011

X=1011,则Ｘ原＝01011;X=-1011,则Ｘ原＝110112、反码表示法：正数与原码一样，负数则是其正数按位取反（连符号位）如：X=1011,则Ｘ反＝01011；X=-1011,则Ｘ反＝10100３、补码表示法：正数与原码一样，负数则是其反码加１如：X=1011,则Ｘ补＝01011；X=-1011,则Ｘ补＝1010１补码能方便运算，化减为加（负数可用补码来代替）P31

注意：在计算机中，凡带符号数一律用补码表示，运算结果也为补码4、真值、原码与

补码的相互转换练习：写出65,-33的原码、反码、补码；补码为83H，24H的真值三、数的定点表示与浮点表示：据小数点位置是否固定，数的格式可分为定点表示与浮点表示1、定点表示法：小数点位置固定不变

无符号数、带符号整数、带符号小数表示范围及溢出的概念P342、浮点表示法：小数点位置据需要浮动2.2字符表示一、ASCII码：美国信息交换标准码二、汉字编码：输入码、交换码（国标码）、内码2.3指令信息的表示一、指令格式：

1、基本格式：操作码OP地址码A

操作码：表明指令所要完成的操作，区别不同指令的主要依据地址码：操作数或操作数地址、存放运算结果的地址、后继指令地址2、地址结构：在指令代码中给出地址的方式：显地址，隐地址（简指令地址结构）分类：三地址、二地址、一地址、零地址指令P41二、寻址方式：寻找指令中操作数或操作数所在地址的方法操作数存放的位置：P44寻址方式类别：立即寻址、直接寻址、间接寻址、变址寻址P441、立即寻址：指令直接给出操作数（立即数）

2、直接寻址：指令直接给出操作数地址3、寄存器寻址：指令中给出寄存器号，寄存器内存放操作数4、间接寻址：指令中给出存放操作数地址的主存单元的地址5、寄存器间址及其变型：指令中给出存放操作数地址的寄存器号6、变址寻址：操作数有效地址=形式地址+变址寄存器中的变址量7、基址寻址：操作数有效地址=形式地址+基址寄存器中的基准量8、相对寻址：实现程序转移9、堆栈寻址：堆栈“后进先出”，地址放在SP寄存器中

三、指令类型：1、数据传送类：按字节或字传送，也可实现一个数据块的传送2、输入/输出（I/O）类：主机和外围设备之间的信息传送3、算术、逻辑运算类：算术运算指令、逻辑运算指令、移位指令4、程序控制类：程序转移指令、转子程序与返回指令、软中断指令第三章CPU原理内容简介：介绍CPU基本运算部件结构及加、减、乘、除在机器中的运算方法；以模型机为例说明CPU的基本结构组成及指令执行的过程；最后对微程序控制方式作一般性原理的介绍重点：补码定点加减运算、移位操作，无符号整数一位乘法及除法运算方法；模型机的组成及指令的执行过程3.1算术逻辑运算部件ALUALU完成对二进制代码的定点算术运算和逻辑运算，核心为加法器并行加法器的串行进位、并行进位P61

用4位SN74181构成多位的ALU

P633.2运算方法一、定点加减运算：只设加法器，减法通过转换为加法来实现

1、补码加减运算：不管Y的真值为正或负，据[Y]补求[-Y]补的方法都为：将[Y]补连同符号位一起变反，末尾加1补码运算规则：P652、溢出判别：运算结果超出能表示的数据范围，就产生溢出；两全异号数相加不会产生溢出，两个同号数相加才产生溢出。正溢：运算结果为正且大于所能表示的最大正数负溢：运算结果为负且小于所能表示的最小负数(1)采用一个符号位判断：同号数相加的结果符号与两数不同则溢出(2)采用最高有效位的进位判断(3)采用变形补码：将符号位扩大为两位，符号位不一致为溢出P67二、移位：

逻辑移位、循环移位、算术移位（带符号数）三、浮点加减运算：两个数须阶码对齐后才能进行运算四、十进制加减运算：用BCD码进行运算，结果若大于9则加6校正五、定点数乘除运算：1、无符号整数一位乘法：将N位乘转换为N次累加与移位，即每一步只求一位乘数所对应的新部分积，并与原部分积作一次累加，然后右移一位

2、无符号整数一位除法：不恢复余数法3.3CPU模型的组成及其数据通路CPU的组成：控制器、运算部件、各种寄存器、CPU内部数据通路一、基本组成：1、寄存器：为16位，分为两类：存放控制信息（IR，PC，PS，SP，MAR，MDR）、存放所处理数据（通用寄存器，暂存器）；2、运算部件：ALU3、总线与数据通路结构:ALU总线（CPU内部），系统总线

4、控制器及微命令的基本形式：脉冲信号、电位信号二、数据传送：1、寄存器之间的数据传送：通过ALU总线传送，由输入门和打入脉冲控制

2、主存数据传送到CPU：通过系统总线传送，地址入MAR，数据读入MDR3、CPU数据传送到主存：数据入MDR，地址入MAR，数据写入主存

4、执行算术或逻辑操作：相加的两数须在ALU的两输入端同时有效`

3.4时序控制方式一、指令的执行过程：1、指令的执行经过3个阶段：读取指令、分析指令、执行指令执行指令：取操作数（从主存）、执行操作（运算）、形成下条指令地址2、指令之间的衔接方式：串行的顺序安排方式与并行的重叠处理方式二、时序控制方式：指令的执行过程是依次执行一个确定的控制信号序列的过程，通过时序信号进行定时控制1、同步控制方式：各项操作由统一的时序信号进行同步控制2、同步控制方式的多级时序系统：

A、指令周期：从取指令、分析指令到执行该指令所需的时间

B、机器周期：指令周期中每个阶段所需的时间

C、时钟周期（节拍）：一个机器周期分为若干相等的时间段，每个时间段内完成一步基本操作注意：不同的机器周期包含的节拍可能不同

D、时钟脉冲：时序系统的基本定时信号，由时钟发生器产生3.5指令的执行与组合逻辑控制器按产生控制信号的方式，控制器分为组合逻辑控制器和微程序控制器组合逻辑控制器：产生控制信号的部件是用组合逻辑线路来实现一、模型机的指令系统：指令格式、寻址方式、操作类型二、模型机的时序系统：分为工作周期、节拍、工作脉冲工作周期划分：取指周期FT、源周期ST、目的周期DT、执行周期ET、中断响应周期IT、DMA传送周期DMAT（DMA控制器控制系统总线，实现主存与外围设备间的数据直接传送）一指令结束-》判别与响应DMA请求-》判别与响应中断请求三、指令流程：

1、取指周期FT：(1)进入FT的条件：有4种进入方式，使取指周期状态触发器FT为1(2)取指流程：

PC-》MARM-》MDR-》IRPC+1-》PCFT0FT12、MOV指令：FT取指，ST取源操作数，DT取目的地址，ET执行3、双操作数指令：FT、ST同MOV，DT取目的操作数，ET执行4、单操作数指令：无ST，取指后直接进入DT，其余同双操作数5、转移指令JMP/返回指令RST：FT后直接进入ET6、转子指令JSR：

3.6微程序控制器一、微程序控制概念：采用微程序控制方式产生微命令，相应的控制器称为微程序控制器1、微程序控制方式的基本思想：2、微程序执行过程的描述：

3、基本概念和术语：微命令、微操作、微指令、微周期、微程序、工作程序与微程序、主存储器与控制存储器第三章小结：在运算方法部分，要求掌握补码定点加减运算和移位操作，掌握无符号整数一位乘法和除法运算；CPU模型机各类指令的分步执行流程，能熟练拟出具体一条指令的读取与执行流程

第4章典型CPU及指令系统举例内容简介：本章介绍8086/8088CPU的内部结构、主存储器组织以及堆栈结构，指令系统的寻址方式和指令功能。重点：8086/8088指令系统的寻址方式4.18086/8088CPU一、8086/8088CPU的结构：CPU内部总线16位，20条地址线，直接寻址能力达1MB（220），8086为16位微处理器，8088为准16位。

1、内部结构：模型机指令之间的衔接采用顺序处理方式，而8086/8088中取指令与执行指令则分别由两个独立部件实现，从而提高了指令的执行速度，执行部件EU(ExecutionUnit):完成指令的执行，从BIU的指令队列中取得指令。组成及功能见P115总线接口部件BIU(BusInterfaceUnit):实现EU的所有总线操作，负责CPU与存储器或外设间的信息交换。组成及功能见P1152、8086/8088主存地址的形成：A.8086/8088直接寻址能力达1MB（220），

CPU的寻址能力为216=64KB，为寻址1MB，CPU将1MB存储器以64KB为范围分为若干逻辑段，由段寄存器给出段基址（16位），加上段内的偏移量（相对于段首址而言的指令或数据的16位地址）形成20位地址B.物理地址的形成：BIU根据指令要求自动选择相应的段寄存器，并自动左移4位，与一个16位偏移量相加，形成20位物理地址如：若DS=3000H，EA=2200H，则物理地址为：32200H二、8086/8088寄存器：1、段寄存器（segmentregister):程序的各部分分别放在BIU指定的段中，每个段用段寄存器来指示该段的段基址。类别有CS（代码段）、DS（数据段）、SS（堆栈段）、ES（附加段）2、通用寄存器（generalregister):EU中设置8个16位通用寄存器P1173、用于控制的寄存器：指令指针IP和标志寄存器FRIP：作用类似于其它计算机中的程序计数器PC，由IP提供下一条指令地址，用来存放要取出指令的地址偏移量，它只有与CS段寄存器相结合才能指向指令的真正物理地址；FR：16位寄存器，用来反映系统的状态及指令执行的结果，共有9个标志位。4.2主存储器一、8086/8088主存储器的特点：

1、存储单元地址及内容的表示：如(10000H)=56H2、同一个主存单元地址可看作字节单元地址，又可看作字单元地址，这需在访主存指令中指明二、主存储器的段结构：1MB主存空间按需划为若干段，每个段由连续的字节单元组成，最大长度为64KB1、段基址：一个段起始单元的地址(20位)，要求低4位为02、段的重叠3、某一时刻，一个程序只能访问4个段寄存器指向的当前段的内容，即CS、DS、ES、SS三、逻辑地址与物理地址：1、逻辑地址：格式为段基值：偏移量段基值：由某个段寄存器给出，是段基址的高16位偏移量：是段内某存储单元与段基址之间的字节距离

2、物理地址：将段基址左移4位，再加上偏移量，形成20位物理地址3、逻辑地址的来源：P1244.38086/8088堆栈一、堆栈组织：

SS提供堆栈段的段基址，SP的内容为偏移量，以字为单位进行存取二、堆栈操作：1、设置堆栈，即对堆栈段寄存器SS和堆栈指针SP赋初值2、压栈：用PUSH指令,(SP)-2->SP,数据->(SP)3、出栈：用POP指令,((SP))->寄存器/字单元,(SP)+2->SP

4.48086/8088指令系统一、寻址方式：指令由操作码和操作数组成，操作数有立即数、寄存器操作数、存储器操作数及I/O端口操作数1、寄存器寻址方式：操作数在通用寄存器或段寄存器中如：MOVAX，BXMOVAL，BL

2、立即数寻址方式：操作数=立即数，可为数值或字符