第一章基础知识

Posted 2021-01-10 bot-noob-121

计算机编程语言演进

机器语言

• 机器语言是机器指令的集合。0和1构成的二进制信息。
• 直接面向机器，与计算机硬件操作一一对应。计算机可以直接识别执行。
• 每一种微处理器都有自己的机器指令集，也就是机器语言。

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汇编语言

• 汇编语言的主体是汇编指令。
• 汇编语言和机器指令的差别在于指令的表示方法上。 汇编指令是机器指令的助记符。
• 不同CPU由不同的汇编指令。

graph LR A[汇编语言源程序] -->|汇编| B[目标程序] B --> |连接| c[可执行程序]

• 程序员用汇编语言写出源程序，再由汇编编译器将其编译为机器码，由计算机最终执行。

汇编语言的组成

• 汇编语言由以下三种指令组成：
  1. 汇编指令：机器码的助记符，有对应的机器码。
  2. 伪指令：没有对应的机器码，由编译器执行，计算机不执行。
  3. 其他符号：如+、-、*、/等，由编译器识别，没有对应机器码
• 汇编语言的核心是汇编指令，它决定了汇编语言的特性。

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高级语言

• 接近自然语言，不依赖具体计算机。
• 有一整套语法规则。

graph LR A[高级语言源程序] -->|编译| B[目标程序] B --> |连接| c[可执行程序]

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机器语言 VS 汇编语言 VS 高级语言

	机器语言	汇编语言	高级语言
能否直接识别	能	不能	不能
易用性	差	中	好
占据空间	小	小	大
执行速度	快	快	慢
用途	特殊 加密/解谜	要求速度快，代码短的程序 直接操纵I/O信息安全	一般性系统级和应用层软件开发

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计算机系统的组成

寄存器

• CPU内部用于存储数据的器件，一个CPU中有多个寄存器。

存储器 存储单元

• 存储器以字节为单位被划分成若干个存储单元。没个存储单元从0开始顺序编号。

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• 电子计算机的最小信息单位是bit，也就是一个二进制位。
• 8个bit组成一个Byte。
• 一个存储器有128个存储单元，可以存储128个Byte。
• 微机存储器的容量是以字节为最小单位来计算的。

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指令和数据

1. 在内存或磁盘上，指令和数据都是以二进制信息存在，没有任何区别息。
2. 指令和数据是应用上的概念。

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CPU对存储器的读写

• CPU要想进行数据的读写，必须和外部器件进行下面三类信息交互：
  • 存储单元的地址（地址信息）
  • 器件的选择，读或写命令（控制信息）
  • 读或写的数据（数据信息）
• 在计算机中专门有连接CPU和其他芯片的导线，通常称为总线。
• 总线：在计算机中专门有连接CPU和其他芯片的导线，通常称为总线。
• 总线根据传送信息不同，逻辑上分为3类：
  1. 地址总线
     • 在电子计算机中，一根导线可以传送的稳定状态只有两种、高电平或者低电平。
  2. 数据总线
     • CPU与内存或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和外界的数据传送速度：8根数据总线一次可传送一个8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。
     • 控制总线的宽度决定了CPU对外部器件的控制能力。

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主板

• 主板上有核心器件和一些主要器件，这些器件通过总线相连。

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接口卡

• CPU对外部设备不能直接控制，直接控制这些设备的是插在扩展插槽的接口卡。扩展插槽通过总线和CPU相连，所以接口卡也通过总线和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。
• CPU通过总线向接口卡发送命令，接口卡根据CPU的命令控制外设进行工作。

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各类存储芯片

• 存储芯片从读写属性上分为两类：
  • 随机存储器（RAM）
  • 只读存储器（ROM）。
• 从功能和连接上又可分为以下几类：
  • 随机存储器，主随机存储器一般由装在主板上的RAM和插在扩展插槽上的RAM。
  • 装有Bios的ROM
  • 接口卡上的RAM

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graph LR A[存储器芯片] -->B[根据读/写属性分类] A-->C[根据功能&连接分类] B-->D[随机访问存储器RAM] B-->E[只读存储器ROM] C-->F[主随机访问存储器RAM] C-->G[装有BIOS的ROM] C-->H[接口卡上的RAM]

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内存地址空间

概念：

• 一个CPU地址总线宽度为n，那么可以寻址$2^{n$个内存单元。这$2}n$个可寻到的内存单元就构成这个CPU的内存地址空间。
• 内存地址空间，也称寻址空间。**与CPU地址总线宽度直接相关。**表示CPU所能寻找到的最大地址空间范围。

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各类存储芯片的小结

1. 存储器在物理上是独立的器件
2. 存储器芯片在以下两点上相同：
   1. 都和CPU总线上相连
   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

• CPU操作它们的时候，都把它们当作内存来对待，把他们总的看作一个由若干存储单元组成的逻辑存储器，就是内存地址空间。

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内存地址空间

1. CPU把这些独立的物理存储器统一当作一个逻辑存储器，即内存地址空间。
2. 每个物理存储器在这个逻辑存储器中占有一段地址空间。
3. 不同计算机的内存地址分配情况是不同的。

说明：

1. 内存地址空间是逻辑上的概念
2. 内存地址空间与CPU地址总线宽度直接相关。
3. 内存地址空间的容量与内存条容量不是一回事