《概述和指令代码》课件

概述和指令代码课程简介和学习目标介绍计算机程序的本质学习指令代码的基本概12念探索计算机程序的定义、作用以及它如何与计算机硬件交互了解指令代码的结构、格式以及它们如何被计算机执行掌握指令寻址方式3深入理解各种指令寻址方式，包括立即寻址、寄存器寻址等什么是计算机程序计算机程序是一系列指令，它们告诉计算机如何执行特定的任****务就像菜谱告诉厨师如何烹饪菜肴一样，程序告诉计算机如何执行计算、处理数据、控制设备等程序使用特定的编程语言****编写，这些语言提供了与计算机进行通信的语法和规则计算机如何执行程序指令解析1读取指令并将其转换为机器可以理解的指令CPU执行指令2根据指令执行相应的操作CPU数据处理3对数据进行运算、存储和传输CPU硬件和软件的关系硬件软件计算机的物理组成部分，例如、内存、硬盘等运行在硬件上的程序，例如操作系统、应用程序等CPU指令和指令集指令指令集指令是计算机执行的最小单位，指令集是所有指令的集合，它定它告诉计算机要执行什么操作义了计算机能够执行的所有操作不同指令集不同的计算机体系结构使用不同的指令集，例如、等x86ARM指令的基本形式操作码操作数指定要执行的操作，如加法、减法、数据传输等提供操作所需的数据或地址，例如要操作的数据值或要访问的存储单元地址指令格式一般规则每个指令都有一个唯一的操作码，标操作数的地址信息，用于指定参与运识指令要执行的操作算的数据指令长度取决于操作码、操作数数量和寻址方式指令的寻址方式立即寻址直接寻址指令中直接包含操作数的值，例指令中包含操作数的地址，例如如MOV AX,100H MOV AX,[1000H]寄存器寻址间接寻址指令中使用寄存器作为操作数的指令中使用寄存器或内存单元的地址，例如内容作为操作数的地址，例如MOV AX,BXMOV AX,[BX]常见的寻址方式立即寻址直接寻址寄存器间接寻址基址加偏移寻址指令中直接给出操作数的值，指令中给出操作数的地址，灵指令中给出寄存器，操作数的指令中给出基址寄存器和偏移简单高效，但灵活性不足例活方便，但需要额外的空间存地址存储在该寄存器中，灵活量，操作数的地址等于基址寄如储地址例如高效，但需要预先将地址加载存器内容加上偏移量，灵活且MOV AX,10H MOVAX,到寄存器中例如高效，但需要额外空间存储偏[1000H]MOV移量例如AX,[BX]MOVAX,[BX+10H]数据的表示方式数值字符逻辑值数字数据，包括整数和浮点数字母、数字和符号，用于表示文字信表示真或假，用于判断和控制程序流息程数值的表示方式十进制二进制十六进制我们日常使用的数字系统，使用到十个计算机内部使用的数字系统，使用和两用于简化二进制表示的数字系统，使用到09010数字个数字和到十六个数字9A F整数的表示方式二进制十进制用和表示数字，最简单的表示方式我们日常生活常用的计数方式，用到010，适合计算机处理表示数字9十六进制用到和到表示数字，方便表示计09A F算机内存地址和数据浮点数的表示方式浮点数表示带小数点的数字浮点数采用科学计数法，用符号位、阶码和尾数表示浮点数在计算机内部以二进制形式存储字符的表示方式码ASCII Unicode码是美国标准信息交换码的缩写它使用位二进制数来表是一种更通用的字符编码标准，它使用位或位二进ASCII7Unicode1632示个字符，包括英文字母、数字、标点符号和控制字符制数来表示超过个字符，包括来自世界各地不同语言的字128100,000符指令执行的过程取指1从内存中取出指令CPU译码2将指令转换为机器可以理解的格式CPU执行3根据指令执行相应的操作CPU写回4将执行结果写入内存CPU指令执行过程是工作的核心，包括取指、译码、执行和写回四个阶段每个阶段都需要协同工作才能顺利完成指令的执行CPU程序计数器和指令寄存器程序计数器指令寄存器PC IR存储下一条要执行指令的地址存储当前正在执行的指令存储器层次结构存储器层次结构由多级存储器组成，包括高速缓存（）、主存储器（Cache）和辅助存储器（）Main MemorySecondary Storage高速缓存是最快的存储器，用于存储最近访问过的数据和指令主存储器是计算机的主要存储器，容量较大，速度较慢辅助存储器是永久性存储器，用于存储程序和数据文件，容量最大，速度最慢高速缓存的作用加速数据访问提高系统性能缓存存储器存储最近使用过的数据，避免重复访问速度较慢的主存缓存可以有效减少磁盘操作，提高数据读取效率，提升整体系统I/O储器，从而提高程序执行速度响应速度存储单元和存储字长存储单元存储字长关系123每个存储单元存放一个字节位的一次能处理的数据位数，也就存储字长决定一次能访问的存8CPU CPU数据是的字长储单元数量.CPU..存储单元的编址方式物理地址逻辑地址每个存储单元都有一个唯一的物逻辑地址是程序员使用的地址，理地址，用于标识其在内存中的它可以被操作系统映射到物理地位置址线性地址段地址在一些系统中，逻辑地址和物理在分段系统中，每个内存区域被地址是一致的，被称为线性地址分成多个段，每个段都有自己的段地址芯片的集成度发展摩尔定律尺寸缩小性能提升成本降低集成电路上的晶体管数量大约随着技术的进步，芯片上可以更小的芯片意味着更高的性能芯片的制造成本随着时间的推每两年翻一番容纳的晶体管数量越来越多和更低的功耗移而降低定律和芯片性能Moore摩尔定律预言了芯片性能每两年翻倍，推动了计算机技术飞速发展的基本组成CPU控制单元运算单元寄存器组负责控制整个计算机系统的运行，包括指令负责完成算术运算和逻辑运算，是数据处理用来存放数据和指令，是内部高速缓CPU的解释和执行的核心部件存总线的基本概念数据传输通道信息传输方式总线是计算机系统中用于连接各个部件的共享数据传输通道它总线主要传输数据、地址和控制信息数据传输通道可以是单向是一种传输信息的公共路径，可以实现系统中各个部件之间的通或双向的，取决于系统的设计要求信总线的分类数据总线地址总线12用于传输数据，例如指令、数用于指定数据在内存中的地址据和地址，决定访问哪个存储单元CPU控制总线3用于控制数据的传输方向、时序和操作类型总线的传输模式同步传输1同步传输使用统一的时钟信号控制数据传输，确保数据在时钟信号的控制下同步传输它简单易于实现，但效率较低，因为时钟信号可能产生数据冲突或丢失，需要更复杂的控制逻辑异步传输2异步传输使用数据传输的信号进行数据传输，不需要统一的时钟信号，数据传输更加灵活它效率更高，但实现较为复杂，需要额外的信号来控制数据传输过程总线的设计要求高速数据传输可靠数据传输灵活的扩展性总线的设计要求确保高速的数据传输能力，总线的设计应确保数据传输的可靠性，防止总线的设计应具有灵活的扩展性，可以方便以满足现代计算机系统对高性能的需求数据丢失或错误传输地添加新的设备和模块，以满足不断增长的系统需求课程小结和展望本课程深入探讨了计算机程序设计的基础知识，包括指令代码、数据表示、存储器层次结构、基本组成等学习这些知识能帮助你理解计算机如何工作，CPU并为后续学习高级编程语言和软件开发奠定基础。