机器语言和汇编语言的学习.doc

机器语言是用二进制代码表示的、机器能够直接识别并执行的机器指令的集合。我们可以通过机器语言使用计算机的资源和功能。 机器，或者说计算机，是通过一个叫做中央处理器（即CPU）的部件完成识别和执行机器语言的功能。 不同类型的CPU，它能识别的机器语言是不同的。 由于机器语言是由二进制代表表示的，对于人类而言，可读性并不好 因此我们引入了汇编语言，因为相比机器语言而言，汇编语言的可读性更好。 ### 机器语言与汇编语言学习要点 #### 1. 机器语言与汇编语言概述 **机器语言**是直接由计算机硬件系统所支持的基本指令集组成的编程语言，这些指令通常以二进制形式表示。它是最低级别的编程语言，可以直接被计算机硬件执行，无需额外的解释或编译过程。然而，机器语言的缺点在于其高度依赖特定的硬件架构，并且难以阅读和维护。 **汇编语言**是一种低级程序设计语言，它的语法比机器语言更加接近自然语言，同时也保持了一定程度的硬件依赖性。汇编语言通过使用助记符来代替机器指令，提高了代码的可读性和可维护性。尽管如此，由于现代计算机只能识别机器语言，因此汇编语言需要经过编译器转换成机器语言才能被执行。 #### 2. 指令与数据存储 **指令与数据**在机器语言中通常是二进制字符串的形式。计算机中的**中央处理器(CPU)**负责识别并执行这些指令。为了存储这些指令和数据，计算机使用**主存**(即内存)作为主要的存储空间。虽然磁盘也可以存储数据和指令，但由于磁盘访问速度较慢，所以在执行前需要将它们加载到内存中。 内存被划分为多个**存储单元**，每个存储单元有一个唯一的地址，通常从0号开始排序。每个存储单元可以存储8位(bit)的信息，称为一个**字节(Byte)**。内存容量通常以字节为单位计算，常见的单位有KB、MB、GB等。 #### 3. CPU与存储器交互机制 **CPU**通过特定的方式与**存储器**进行交互。这种交互主要通过三种信息进行： 1. **地址信息**：用于指示存储器中的具体位置，即存储单元的地址。 2. **控制信息**：用于控制数据的读取和写入操作，以及选择具体的存储器。 3. **数据信息**：实际读取或写入的数据内容。 这些信息通过计算机内部的**总线**系统传递。总线可以分为三类： - **地址总线**：决定了CPU可以访问的地址范围，即寻址能力。 - **控制总线**：决定了CPU对外部设备的控制能力。 - **数据总线**：决定了CPU与外部设备之间单次数据传输的宽度。 例如，如果地址总线的宽度为10位，则CPU的最大寻址空间为\(2^{10}\)字节，即1KB。数据总线的宽度则决定了每次数据传输的量，如8位的数据总线意味着每次传输1字节的数据。 #### 4. 内存地址空间与外部设备访问 **内存地址空间**是一个逻辑概念，指的是CPU可以访问的所有存储器的地址范围。不同的存储器类型（如RAM、ROM）占据不同的地址空间。RAM允许数据的读写，而ROM主要用于存储启动信息等不会改变的数据。 对于外部设备如键盘、鼠标等，CPU通过指定的**端口号**与其进行通信。每个端口都有一个唯一的地址，用于接收来自这些设备的输入或发送输出指令。 #### 5. 习题解析 针对题目中给出的习题，我们可以逐一解答： 1. **问题**：将8KB换算成以2的幂表示的形式。 **答案**：\(8KB = 2^{13}B\) **解析**：1KB = \(2^{10}\)B，因此8KB = \(8 \times 2^{10} = 2^{3} \times 2^{10} = 2^{13}\)B。 2. **问题**：假设一个地址总线的宽度为10位，请问它的最大寻址能力是多少？这个地址空间包含多少个地址？ **答案**：最大寻址能力为\(2^{10}\)B = 1KB；包含\(2^{10}\)个地址，即从0到1023。 **解析**：地址总线宽度为10位，则可以表示\(2^{10}\)个不同的地址。 3. **问题**：如果地址总线宽度增加到13位，数据总线宽度保持不变，那么寻址能力和数据传输能力分别是多少？ **答案**：寻址能力为\(2^{13}\)B = 8KB；数据传输能力为1Byte。 **解析**：寻址能力随地址总线宽度增加而增加，数据传输能力由数据总线宽度决定。 4. **问题**：如果地址总线宽度为30位，数据总线宽度为20位，那么寻址能力和数据传输能力分别是多少？ **答案**：寻址能力为\(2^{30}\)B = 1GB；数据传输能力为\(2^{20}\)B = 1MB。 **解析**：同样地，寻址能力由地址总线宽度确定，数据传输能力由数据总线宽度确定。 5. **问题**：如果一个系统的数据总线宽度为6位，地址总线宽度为10位，那么寻址能力、数据传输能力、地址数量分别是多少？ **答案**：寻址能力为\(2^{10}\)B = 1KB；数据传输能力为\(2^{6}\)B = 64B；地址数量为\(2^{10}\)个。 **解析**：根据总线宽度计算寻址能力和数据传输能力。 6. **问题**：如果一个系统的数据总线宽度为1位，地址总线宽度为10位，那么寻址能力、数据传输能力、地址数量分别是多少？ **答案**：寻址能力为\(2^{10}\)B = 1KB；数据传输能力为\(2^{1}\)B = 2B；地址数量为\(2^{10}\)个。 **解析**：数据总线宽度决定了每次数据传输的量。 7. **问题**：如果一个系统的数据总线宽度为9位，地址总线宽度为8位，那么寻址能力、数据传输能力分别是多少？ **答案**：寻址能力为\(2^{8}\)B = 256B；数据传输能力为\(2^{9}\)B = 512B。 **解析**：根据给定的总线宽度计算。 8. **问题**：将数字5用二进制表示。 **答案**：二进制表示为101。 **解析**：5在二进制下表示为101。 #### 6. 总结 机器语言和汇编语言是计算机系统中不可或缺的一部分。机器语言直接被计算机硬件识别和执行，而汇编语言则是为了提高代码的可读性和可维护性而设计的。指令和数据在计算机系统中通过存储器进行存储，并且CPU通过特定的总线系统与存储器和其他外部设备进行交互。理解这些基本概念对于深入学习计算机体系结构和编程是非常重要的。