【汇编语言】1-基础硬件知识-优快云博客

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本系列将讲解《汇编语言》一书，本节讲解第1章—基础硬件知识。

本节速览
1.机器语言和汇编语言
2.汇编语言的组成
3.指令和数据
4.存储单元
5.CPU对存储器的读写(三线)
6.地址、数据、控制信息的传递——总线
7.地址总线
8.数据总线
9.控制总线
10.内存地址空间(引出)
11.主板
12.接口卡
13.各类存储芯片
14.内存寻址空间(详解)

1.机器语言和汇编语言


机器语言	CPU可以直接执行的机器码
汇编语言	和机器码一一对应的助记符形式
编译器	将汇编语言转化为机器码的程序

电子计算机的机器指令是一列二进制数字。计算机将之转变为一列高低电平，以使计算机的电子器件受到驱动，进行运算。注意不同的CPU架构有不同的机器码，也就有不同的汇编指令集。

我们程序只能在CPU里面以机器码的形式执行，所以汇编语言需要转化为机器码，这就要用到编译程序，也称为编译器：

2.汇编语言的组成

类别	说明	有无对应机器码	执行主体
汇编指令（核心）	机器码的助记符	有	计算机（对应机器码执行）
伪指令	无实际对应机器码逻辑，辅助编译流程	无	编译器
其他符号（如+、-、*、/ 等）	用于表达运算等逻辑，参与编译阶段处理	无	编译器

3.指令和数据

我们的一切程序都是在CPU中运行，想要让CPU工作，就必须要为之提供数据和指令。
数据和指令在存储器中存放，也就是我们平时说的内存。

在磁盘和内存中，数据和指令没有任何区别，都是二进制信息，只是CPU在工作时，根据需要将其解释为数据或者信息。

这就像围棋盘上的棋子，在棋盒中的本质上都是一样的，但是在对弈时有了不同的解释。

例如，内存中的二进制信息1000100111011000有以下解释：

解释类型	原二进制信息	实际解释
数据	1000100111011000	89D8H
指令	1000100111011000	mov ax,bx

4.存储单元

存储器被划分成若干个存储单元，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，这些编号可以看作存储单元在存储器中的地址。就像一条街，每个房子都有门牌号码。如图所示：

5.CPU对存储器的读写(三线)

CPU要从内存中读数据，首先要指定存储单元的地址（即上述的存储单元的编号）。也就是说它要先确定它要读取哪一个存储单元中的数据。就像在一条街上找人，先要确定他住在哪个房子里。

可见，CPU要想和外界进行数据读写，需要以下三类信息：

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

6.地址、数据、控制信息的传递——总线

通过上述得知，CPU需要获得三类信息才可以与外界进行数据读写，那么是如何将这三类信息传到存储器芯片中的呢？

显然，电子计算机中的都是用电信号，那当然使用的是导线传送。在计算机中有专门连接CPU和其他芯片的导线，称之为**“总线”**。

总线的看待视觉：

总线的看待角度	解释
物理上	一根根导线的集合
逻辑上	地址总线、控制总线、数据总线

各个总线的作用：

总线	功能
地址总线	地址总线的宽度决定了CPU的理论寻址能力
数据总线	数据总线的宽度决定了CPU与其他器件进行数据传送时的一次数据传送量
控制总线	控制总线的宽度决定了CPU对系统中其他器件的控制能力

实际演示如图：

对应过程：

(1) CPU 通过地址线将地址信息 3 发出。

(2) CPU 通过控制线发出内存读命令，选中存储器芯片，并通知它，将要从中读取数据。

(3) 存储器将 3 号单元中的数据 8 通过数据线送入 CPU。

7.地址总线

地址总线相关
目的	CPU通过地址总线来选择指定的存储单元。
寻址范围	CPU能通过地址总线选择到多少存储单元，就是多大的寻址范围。

例如，一个地址总线大小为N，则寻址范围显然为0~2^N-1,因为每条线有2种变化。

再如，具有10根的地址总线的CPU寻址内存地址为11的过程示意图如下：

8.数据总线

CPU通过地址总线选定了地址后，开始进行数据的传送。CPU与内存或者其他器件之间的数据传送是通过数据总线来进行的。数据总线的宽度决定了CPU与外界的数据传送速率。例如，8根数据总线一次可以传送8为二进制信息(即1字节)。

假设传送数据89D8H,以下展示了8位和16位的数据总线下，数据的传统情况:

8位数据总线，分两次传送2字节数据

16位数据总线，一次就传送了2字节数据

9.控制总线

CPU 对外部器件的控制是通过控制总线来进行的。在这里控制总线是个总称，控制总线是一些不同控制线的集合。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。

前面所讲的内存读或写命令是由几根控制线综合发出的，其中有一根称为“读信号输出”的控制线负责由CPU向外传送读信号，CPU向该控制线上输出低电平表示将要读取数据;有一根称为“写信号输出”的控制线则负责传送写信号。

10.内存地址空间(引出)

什么是内存地址空间呢?

内存地址空间分类	解释
理论内存地址空间	=2^N(N为地址总线条数)
实际内存地址空间	min { 理论内存地址空间，实际硬件存储器都成的存储空间 }

举例来讲，一个CPU的地址总线宽度为10，那么理论上可以寻址1024个内存单元，这1024个可寻到的内存单元就构成这个CPU的理论内存地址空间。但是实际内存寻址空间是由不同的硬件寻址构成的。下面进行深入讨论。首先需要介绍两部分基本知识，主板和接口卡。

11.主板

在每一台PC机中，都有一个主板，主板上有核心器件和一些主要器件，这些器件通过总线(地址总线、数据总线、控制总线)相连。这些器件有CPU、存储器、外围芯片组、扩展插槽等。扩展插槽上一般插有RAM内存条和各类接口卡。

12.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的控制。CPU对外部设备都不能直接控制，如显示器、音箱、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，所以接口卡也通过总线同CPU相连。CPU可以直接控制这些接口卡，从而实现CPU对外设的间接控制。

简单地讲，就是CPU控制接口卡，接口卡控制外设。

13.各类存储芯片

一台PC机中，装有多个存储器芯片，这些存储器芯片从物理连接上看是独立的、不同的器件。从读写属性上看分为两类:

存储器按照读写属性分类	解释
随机存储器(RAM)	随机存储器可读可写，但必须`带电存储`，关机后存储的内容`丢失`
只读存储器(ROM)	只读存储器只能读取不能写入，关机后其中的`内容不丢失`

这些存储器从功能和连接上又可分为以下几类:

存储器按功能分类
随机存储器	用于存放供 CPU 使用的绝大部分程序和数据，主随机存储器一般由装在主板上的 RAM 以及插在扩展插槽上的 RAM 这两个位置的 RAM 组成。
装有 BIOS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，借助它可利用对应硬件设备进行最基本的输入输出。在主板和某些接口卡上插有存储相应 BIOS 的 ROM 。举例：主板上 ROM 存主板 BIOS（常称系统 BIOS ）,显卡上ROM 存显卡 BIOS，网卡若有 ROM ，可存网卡 BIOS
接口卡上的 RAM	部分接口卡因需对大批量输入、输出数据暂时存储，会装有 RAM 。典型如显示卡上的 RAM（即显存），显示卡随时把显存数据输出到显示器，向显存写入需显示内容，就会呈现在显示器上。

如下图连接逻辑：

14.内存寻址空间(详解)

上述的那些存储器， 在物理上是独立的器件，但是在以下两点上相同。


1.都和 CPU的总线相连。
2.CPU 对它们进行读或写的时候都通过控制线发出内存读写命令。

这也就是说，CPU 在操控它们的时候，把它们都当作内存来对待，把它们总的看作一个由若干存储单元组成的 逻辑存储器，这个逻辑存储器就是我们所说的内存地址空间。也即我们本节课需要面对的内存地址空间。

最终运行程序的是CPU，我们用汇编语言编程的时候，必须要从CPU的角度考虑问题。

即本课的目标：


目的	深入理解机器工作基本原理培养底层编程意识和思想

结尾

好了，本节我们讲述了汇编语言学习前必备的计算机架构的基础知识，让我们再来回顾回顾：

`汇编语言`学习前必备的`计算机架构知识回顾`
0.机器语言是？
1.机器语言是如何驱动计算机的？
2.汇编语言是？
3.汇编语言是如何让计算机如何执行的？
4.汇编语言的组成是？
5.在CPU眼里指令和数据有何区别吗？
6.存储单元的地址是指？
7.CPU读取外部数据所需要的信息有哪三种？
8.总线是指？具体分类可以分成哪三种？
9.内存地址空间分为理论内存地址空间、实际地址空间，这两者什么区别？
10.主板是指？
11.接口卡是指？什么作用？
12.存储器从读写上可以分为？
13.存储器从功能上可以分为？
14.存储器对于CPU来看，共同点是什么？