汇编语言 | 计算机基本原理

忘是亡心i 2024-04-01 09:20 31阅读 0赞

**文章目录**

**0x00 前言**

**0x01 冯·诺依曼计算机**

**0x02 计算机的基本结构**

**0x03 中央处理器**

**0x04 存储器**

**0x05 存储单元**

**0x06 CPU如何读写存储器**

**0x07 输入/输出设备**

**0x08 总线及接口**

**0x09 参考文献**

**0x10 总结**

--------------------

#### 0x00 前言 ####

> 汇编语言是计算机提供给用户的最快最有效的语言，也是能够利用计算机的所有硬件特性并能够直接控制硬件的唯一语言。因此，学习汇编语言需要理解计算机的基本逻辑结构，学习冯·诺伊曼计算构造原理及结构。理解汇编语言与计算机系统之间的相互关系。

#### 0x01 冯·诺依曼计算机 ####

> 计算机的基本工作原理是 存储程序 和 程序控制 。这是由匈牙利计算机学家冯·诺伊曼在 1945 年提出的。使用冯·诺伊曼原理构造的计算机也称为冯·诺伊曼计算机，其体系结构称为冯·诺伊曼结构。

**冯·诺伊曼计算机的特点：**

1.  使用存储程序的方式，程序和数据放在同一个存储器中，程序指令和数据都用二进制表示，两者都可以发送到 CPU 中执行和运算。
2.  存储器按地址访问，每个存储单元的位数是固定不变的。存储单元采用线性编址方式，按顺序取出指令。
3.  指令由操作码和地址码构成，根据指令含义发出控制信号控制计算机的操作。
4.  机器以运算器为中心，输入/输出设备都要经过 CPU 与存储器间进行数据传送。

程序员会将写好的程序和程序的数据预先存入主存储器中，这样可以使计算机能连续、自动、高速地从存储器中取出一条条指令并执行，这便是存储程序的基本含义。

> 计算机发展到今天(2022)，基本上仍遵循冯·诺伊曼原理和结构。只不过对其进行优化和升级，为了实现高并发提升计算机运行速度，人们改进了指令流水线技术，超标量超流水技术，乱序发射乱序执行技术等。

#### 0x02 计算机的基本结构 ####

![e5a1927d0e944138883fcd33734585cf.png][] 计算机结构图

计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备这五个部件组成。运算器和控制器合称为中央处理器 CPU 。各部分之间由系统总线连接，系统总线分为地址总线 A-BUS 、数据总线 D-BUS 、控制总线 C-BUS 。

#### 0x03 中央处理器 ####

> 中央处理器，简称 CPU ，是计算机硬件中的核心部件，是计算机系统接受命令并按命令完成对应操作的控制指挥中心和运算中心，是信息处理、程序运行的最终执行单元。

**CPU发展的六个阶段：**

*  第一阶段：1971-1973，4 位和 8 位低档微处理器时代，代表产品是 Intel 4004 处理器。
 *  第二阶段：1974-1977，8 位中高档微处理器时代，代表产品是 Intel 8080 。
 *  第三阶段：1978-1984，16 位微处理器的时代，代表产品是 Intel 8086 。
 *  第四阶段：1985-1992，32 位微处理器时代，代表产品是 Intel 80386 。
 *  第五阶段：1993-2005，奔腾系列微处理器的时代。
 *  第六阶段：2006-2022，处理器逐渐向更多核心，更高并行度发展。

#### 0x04 存储器 ####

> 存储器主要是用来存储计算机系统中的程序、数据以及运行结果的设备。存储器分为内存和外存。内存主要存储当前计算机正在运行的程序，其各个存储单元可以由 CPU 直接寻址。外存主要用于长期保存计算机当前暂时不运行的程序或数据，例如硬盘、U盘、光盘等。其各个存储单元不能由 CPU 直接寻址。

**内存与外存的区别：**

1.  存储容量：一般地，内存容量小于外存容量
2.  处理速度：内存处理速度快于外存处理速度
3.  停止工作：停止工作后，内存中的信息数据丢失，外存中的信息数据保存在存储单元中

#### 0x05 存储单元 ####

> 一般存储器会划分若干个存储单元，并对每个存储单元进行编号，例如一个有 64 个存储单元的存储器，那么其对应的编号应该是从 0~63 。这个拥有 64 个存储单元的存储器可以存储 64 个字节的数据。

![13c501d4d77749e3a8346dde558dedd2.png][] 存储单元的编号

#### 0x06 CPU如何读写存储器 ####

> CPU 要读写内存中的数据，先要指定存储单元的地址。在计算机中， CPU 不论读写哪一个器件都需要进行声明自己要对哪一个器件进行操作，进行输入操作还是输出操作。

![f2de068ca8e045089b2cb8de3c8c6429.png][] CPU读写存储器流程图

**交互过程：**

*  选择存储单元地址
 *  选择需要读写的器件
 *  读入数据或者写入数据

#### 0x07 输入/输出设备 ####

> 输入输出设备（IO设备），是数据处理系统的关键外部设备之一，可以和计算机本体进行交互使用。如：键盘、写字板、麦克风、音响、显示器等。因此输入输出设备起了人与机器之间进行联系的作用。

**常见的输入设备：**

*  字符输入设备：键盘
 *  图形输入设备：鼠标、电子笔
 *  图像输入设备：数码相机、复印机

**常见的输出设备：**

*  图文输出设备：显示器、辉光管、打印机

#### 0x08 总线及接口 ####

**1.**地址总线

![b1314939479246f89712ff225693cbd9.png][] 地址总线上发送的地址

假设一个 CPU 拥有 8 跟地址线，那么其地址总线的宽度为 8 ，且可以寻找 2 的 8 次方个内存单元，最小数为 0 ，最大数为 255 。

**2.**数据总线

![eeb635279f7240b681c9bba9a5ce3beb.png][] 数据总线上发送的信息

8088CPU 的数据总线宽度为 8 ， 8086CPU 的数据总线宽度为 16 。可以说数据总线宽度为 8 也是 8 位二级制数据，数据总线宽度为 16 也是 16 位二进制数据。

**3.**控制总线

> CPU 对外部器件的控制是通过控制总线来进行的，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。

**4.**接口

> 外部设备和计算机主机之间必须要有一个中间介质作为缓冲部件，该部件称为 接口 。外部设备通过连接在外部总线上的接口与 CPU 相连。接口又分为 并行接口 和 串行接口 。

**并行接口与串行接口：**

*  并行接口：同时并行传送多位数据
 *  串行接口：一位接着一位传输数据

#### 0x09 参考文献 ####

> \[1\].郑晓薇. 汇编语言\[M\]. 2013年11月第1版. 北京:机械工业出版社, 2013-11-01.
> 
> \[2\].王爽. 汇编语言\[M\]. 2019年12月第4版. 北京:清华大学出版社, 2019-12-01.
> 
> \[3\].百度百科. 中央处理器\[EB/OL\]. \[2022-10-18\]. https://baike.baidu.com/item/%E4%B8%AD%E5%A4%AE%E5%A4%84%E7%90%86%E5%99%A8/284033.
> 
> \[4\].百度百科. 存储单元\[EB/OL\]. \[2022-10-18\]. https://baike.baidu.com/item/%E5%AD%98%E5%82%A8%E5%8D%95%E5%85%83/8727749.
> 
> \[5\].百度百科. 输入输出设备\[EB/OL\]. \[2022-10-18\]. https://baike.baidu.com/item/%E8%BE%93%E5%85%A5%E8%BE%93%E5%87%BA%E8%AE%BE%E5%A4%87/8166762.
> 
> \[6\].王大龙. CPU怎样对存储器们进行读写？\[EB/OL\]. \[2022-10-18\]. https://zhuanlan.zhihu.com/p/20900243.

#### 0x10 总结 ####

文章主要通过深入浅出的方式记录汇编语言的学习过程，文中若有错误与不足欢迎留言，便于及时更正。

[e5a1927d0e944138883fcd33734585cf.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/01/bf7f00e9db544e5c98babc2786a9e5dc.png
[13c501d4d77749e3a8346dde558dedd2.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/01/1186de64037d4edaa785c19c2b6d4af4.png
[f2de068ca8e045089b2cb8de3c8c6429.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/01/8f6399842b124b859c504948a4d0280a.png
[b1314939479246f89712ff225693cbd9.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/01/bb823afb26ec4e40a49e86294a235a7e.png
[eeb635279f7240b681c9bba9a5ce3beb.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/01/49edc63857d04f5881d65a628ea104c4.png