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  • 2020-12-09 13:30:03

    机器语言是一种二进制语言,它直接使用二进制代码表达指令。机器语言是用二进制代码表示的计算机能直接识别和执行的一种机器指令的集合;一条指令就是机器语言的一个语句,它是一组有意义的二进制代码。

    机器语言是一种二进制语言,它直接使用二进制代码表达指令。

    机器语言是机器能直接识别的程序语言或指令代码,无需经过翻译,每一操作码在计算机内部都有相应的电路来完成它,或指不经翻译即可为机器直接理解和接受的程序语言或指令代码。机器语言使用绝对地址和绝对操作码。不同的计算机都有各自的机器语言,即指令系统。从使用的角度看,机器语言是最低级的语言。

    机器语言是用二进制代码表示的计算机能直接识别和执行的一种机器指令的集合。它是计算机的设计者通过计算机的硬件结构赋予计算机的操作功能。机器语言具有灵活、直接执行和速度快等特点。不同型号的计算机其机器语言是不相通的,按着一种计算机的机器指令编制的程序,不能在另一种计算机上执行。

    机器语言指令是一种二进制代码,由操作码和操作数两部分组成。一条指令就是机器语言的一个语句,它是一组有意义的二进制代码。

    操作码规定了指令的操作,是指令中的关键字,不能缺省。操作数表示该指令的操作对象。计算机的指令格式与机器的字长、存储器的容量及指令的功能都有很大的关系。

    从便于程序设计、增加基本操作并行性、提高指令功能的角度来看,指令中应包含多种信息。但在有些指令中,由于部分信息可能无用,这将浪费指令所占的存储空间,并增加了访存次数,也许反而会影响速度。

    因此,如何合理、科学地设计指令格式,使指令既能给出足够的信息,又使其长度尽可能地与机器的字长相匹配,以节省存储空间,缩短取值时间,提高机器的性能,这是指令格式设计中的一个重要问题。

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    在计算机语言中,所有指令,数据都用一串二进制0和1表示,这种语言称为什么? 机器语言。机器语言是用二进制代码表示的计算机能直接识别和执行的一种机器指令的集合。它是计算机的设计者通过计算机的硬件结构赋予计算机的操作功能。。

    5.jpg

    在计算机内部用来传送,存储,加工处理的数据或指令(命令)都是以什么形式进行的() C、二进制码2113电脑使用二进制是由它的实现机理5261决定的。我们可以这么4102理解:电脑的基层部1653件是由集成电路组成的,这些集成电路可以看成是一个个门电路组成,(当然事实上没有这么简单的)。当计算机工作的时候,电路通电工作,于是每个输出端就有了电压。电压的高低通过模数转换即转换成了二进制:高电平是由1表示,低电平由0表示。也就是说将模拟电路转换成为数字电路。这里的高电平与低电平可以人为确定,一般地,2.5伏以下即为低电平,3.2伏以上为高电平电子计算机能以极高速度进行信息处理和加工,包括数据处理和加工,而且有极大的信息存储能力。数据在计算机中以器件的物理状态表示,采用二进制数字系统,计算机处理所有的字符或符号也要用二进制编码来表示。用二进制的优点是容易表示,运算规则简单,节省设备。人们知道,具有两种稳定状态的元件(如晶体管的导通和截止,继电器的接通和断开,电脉冲电平的高低等)容易找到,而要找到具有10种稳定状态的元件来对应十进制的10个数就困难了资料拓展:优点:1.技术实现简单,计算机是由逻辑电路组成,逻辑电路通常只有两个状态,开关的接通与断开,这两种状态正好可以用“1”和“0”表示。2。.

    9.jpg

    计算机内部用于处理数据和指令的编码是什么? 计算2113机内部用于处理数据和指令的编码是二进制5261码。二进制4102编码是用预先1653规定的方法将文字、数字或其他对象编成二进制的数码,或将信息、数据转换成规定的二进制电脉冲信号。二进制编码的优点:1.技术实现简单,计算机是由逻辑电路组成,逻辑电路通常只有两个状态,开关的接通与断开,这两种状态正好可以用“1”和“0”表示。2.简化运算规则:两个二进制数和、积运算组合各有三种,运算规则简单,有利于简化计算机内部结构,提高运算速度。3.适合逻辑运算:逻辑代数是逻辑运算的理论依据,二进制只有两个数码,正好与逻辑代数中的“真”和“假”相吻合。4.易于进行转换,二进制与十进制数易于互相转换。5.用二进制表示数据具有抗干扰能力强,可靠性高等优点。因为每位数据只有高低两个状态,当受到一定程度的干扰时,仍能可靠地分辨出它是高还是低。

    10.jpg

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  • 单周期24条指令.zip

    2020-07-02 17:21:19
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    什么是指令:

    程序代码的本质就是一条一条的指令,我们需要通过编码的方式让CPU知道我们需要它干什么,最后由译码器翻译成一条条的机器指令。机器指令主要有两部分组成:操作码、地址码。地址码直接给出操作数和操作数的地址,分三地址指令、二地址指令和一地址指令,最后还有零地址指令,零地址指令在机器指令中没有地址码,用来进行空操作、停机操作、中断返回操作等。

     

    那么一条简单的指令执行,涉及到了那些组件?

    控制器(CU)和运算器(ALU)

    PC寄存器(程序计数器):用于存放下一条需要执行的指令地址信息,注意是下一条指令的地址!

    指令寄存器:用于存放当前正在执行的指令,注意是当前的指令!

    指令译码器:用于翻译指令信息,与指令寄存器相连

     

    那么一条指令的执行就应该包含

     

    1.取指令:CU根据PC寄存器中的指令地址,去内存或者指令缓存中获取具体的指令,并加载到指令寄存器中。

    2.分析指令:拿到指令之后,指令译码器将指令寄存器中的指令进行翻译,向ALU发起控制信号和指令信息。此时PC寄存器自增即+1,加载下一个要执行的指令地址(至少此时是这样的,此为顺序寻址)。

    3.执行指令:ALU拿到相关信息之后进行相关的计算。

    4.访问内存(或缓存):如果涉及到相关数据需要去缓存中拿,那就去取数据。

    5.数据写回:将计算结果写入到寄存器中,写入到缓存中,甚至写入到内存中。

     

    看到这里你肯定会想,并不是所有的指令都是顺序执行的,比如if····else,比如方法调用,此时PC寄存器也是自增加1嘛?我们来讲讲if····else和方法调用。

    先来看if····else,下边有一小块代码

    int r = 1;
    int a = 10;
      if (r == 0)
      {
        a = 1;
      } else {
        a = 2;
      } 

    很简单的一个if判断以C语言为例 if部分翻译为汇编代码就是

    if (r == 0)
      3b:   83 7d fc 00             cmp    DWORD PTR [rbp-0x4],0x0
      3f:   75 09                   jne    4a <main+0x4a>
        {
            a = 1;
      41:   c7 45 f8 01 00 00 00    mov    DWORD PTR [rbp-0x8],0x1
      48:   eb 07                   jmp    51 <main+0x51>
        }
        else
        {
            a = 2;
      4a:   c7 45 f8 02 00 00 00    mov    DWORD PTR [rbp-0x8],0x2
      51:   b8 00 00 00 00          mov    eax,0x0
        } 

    可以看到,这里对于 r == 0 的条件判断,被编译成了 cmp 和 jne 这两条指令。

    这两条指令中cmp表示比较的意思,这明显是一条二地址指令,cmp是操作码,后边两个是地址码,意思就是将rbp寄存器中偏移量为4的位置的数取32位(DWORD PTR)出来,和0(0x0)比较,并将比较结果存到条件码寄存器中。

    跟着的 jne 指令,是 jump if not equal 的意思,它会查看对应的零标志位。如果为 0,会跳转到后面跟着的操作数 4a 的位置。这个 4a,对应这里汇编代码的行号,也就是上面设置的 else 条件里的第一条指令。当跳转发生的时候,PC 寄存器就不再是自增变成下一条指令的地址,而是被直接设置成这里的 4a 这个地址。

    那么CPU 再把 4a 地址里的指令加载到指令寄存器中来执行。mov 指令把 2 设置到对应的寄存器里去,相当于一个赋值操作。然后,PC 寄存器里的值继续自增,执行下一条 mov 指令。

    最后一条mov指令的第一个操作数 eax,代表累加寄存器,第二个操作数 0x0 则是 16 进制的 0 的表示。这条指令其实没有实际的作用,代表我执行完了,给 main 函数生成了一个默认的为 0 的返回值到累加器里面。

    然后是if条件之后我们注意到有个jmp指令,它之前的mov指令和4a是一样的意思,jmp指令,也就是jump的缩写,这是一个无条件跳转指令。跳转的地址就是这一行的地址 51,也就是说这个指令同样会改变PC寄存器中的地址信息,即将PC寄存器中的值设置为51(51大家都能使用,没必要生成两条指令)。具体流程如图所示,for循环也是同样的道理,不过涉及到具体的指令意义需要大家自己探索,但是流程是一样的,都是通过指令改变PC寄存器中的指令地址,引导CPU执行自己想要执行的指令。

     

    下面是方法调用

    方法调用之前,我们先了解一个数据结构-栈

    是内存中一段连续的物理地址组成的一个后进先出(LIFO)的数据结构,这种栈结构大小确定,满了就溢出,所以底部确定,被称为栈底,我们向里边写入数据被称为压栈(PUSH),读取数据被称为出栈(POP),我们每次POP都是拿栈的最后一个数据,被称为栈顶,栈底地址最大,因为每次从栈顶拿数据,可以减少寻址时间。

     

    函数 A 在调用 B 的时候,需要传输一些参数数据,这些参数数据在寄存器不够用的时候也会被压入栈中。整个函数 A 所占用的所有内存空间,就是函数 A 的栈帧(Stack Frame)。

    以一段程序作为举例

    int static add(int a, int b)
    {
        return a+b;
    }
     
     
    int main()
    {
        int x = 5;
        int y = 10;
        int u = add(x, y);
    }

    汇编为

    int static add(int a, int b)
    {
       0:   55                      push   rbp
       1:   48 89 e5                mov    rbp,rsp
       4:   89 7d fc                mov    DWORD PTR [rbp-0x4],edi
       7:   89 75 f8                mov    DWORD PTR [rbp-0x8],esi
        return a+b;
       a:   8b 55 fc                mov    edx,DWORD PTR [rbp-0x4]
       d:   8b 45 f8                mov    eax,DWORD PTR [rbp-0x8]
      10:   01 d0                   add    eax,edx
    }
      12:   5d                      pop    rbp
      13:   c3                      ret    
    0000000000000014 <main>:
    int main()
    {
      14:   55                      push   rbp
      15:   48 89 e5                mov    rbp,rsp
      18:   48 83 ec 10             sub    rsp,0x10
        int x = 5;
      1c:   c7 45 fc 05 00 00 00    mov    DWORD PTR [rbp-0x4],0x5
        int y = 10;
      23:   c7 45 f8 0a 00 00 00    mov    DWORD PTR [rbp-0x8],0xa
        int u = add(x, y);
      2a:   8b 55 f8                mov    edx,DWORD PTR [rbp-0x8]
      2d:   8b 45 fc                mov    eax,DWORD PTR [rbp-0x4]
      30:   89 d6                   mov    esi,edx
      32:   89 c7                   mov    edi,eax
      34:   e8 c7 ff ff ff          call   0 <add>
      39:   89 45 f4                mov    DWORD PTR [rbp-0xc],eax
      3c:   b8 00 00 00 00          mov    eax,0x0
    }
      41:   c9                      leave  
      42:   c3                      ret    

    这里需要先介绍几个专用的寄存器,简要介绍如下:

    • ax(accumulator): 可用于存放函数返回值
    • bp(base pointer): 用于存放执行中的函数对应的栈帧的栈底地址
    • sp(stack poinger): 用于存放执行中的函数对应的栈帧的栈顶地址
    • ip(instruction pointer): 指向当前执行指令的下一条指令

    从汇编代码中可以看出一个函数被call调用,首先默认要完成以下动作:

       push   rbp
       mov    rbp,rsp

    1.将调用函数的栈帧栈底地址入栈,即保存调用函数的栈帧的栈底地址

    2.建立新的栈帧,把 rsp 这个栈指针(Stack Pointer)的值复制到 rbp 里,并保存rsp的值,而 rsp 始终会指向栈顶。这个命令意味着,rbp 这个栈帧指针指向的地址,变成当前最新的栈顶。

    而调用结束栈帧出栈,跳转到方法调用方的调用位置的下一个位置,即call的下一行继续执行。

    //以下两步等同于leave
    mov    rsp,rbp
    pop    rbp
    //以下两步等同于ret
    pop rip
    jmp rip

    所以一个完整的方法调用过程

    调用方使用call指令调用方法,此时rip中存放的是call的下一条指令的地址,将rip压栈到栈底,生成新的栈帧,将栈帧压栈,执行方法,栈帧弹出,弹出rip,跳转到rip继续运行调用方的方法。

     

     

     
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  • 一条指令通常哪两个部分组成

    千次阅读 2021-07-25 01:58:28
    一条指令通常操作码和地址码两个部分组成一条指令就是机器语言的一个语句,它是一组有意义的二进制代码,指令的基本格式如:操作码字段,地址码字段;其中操作码指明了指令的操作性质及功能,地址码则给出了操作...

    一条指令通常由操作码和地址码两个部分组成。一条指令就是机器语言的一个语句,它是一组有意义的二进制代码,指令的基本格式如:操作码字段,地址码字段;其中操作码指明了指令的操作性质及功能,地址码则给出了操作数或操作数的地址。

    a9d3fca5e103e551cf39dab1ac6e8e7a.png

    本教程操作环境:windows7系统、Dell G3电脑。

    计算机指令就是指挥机器工作的指示和命令,程序就是一系列按一定顺序排列的指令,执行程序的过程就是计算机的工作过程。

    控制器靠指令指挥机器工作,人们用指令表达自己的意图,并交给控制器执行。

    一条指令通常由操作码和地址码两个部分组成。

    指令就是给计算机下达的一道命令。它告诉计算机要做什么操作、参与此项操作的数据来自何处、操作结果又将送往哪里,所以,一条指令必须包括操作码和地址码。

    对操作码的组织与编码有以下三种:

    (1)定长的操作码的组织方案

    优点:计算机的硬件设计简单,指令译码和执行速度快。

    缺点:当指令数量增多、指令字单独为操作码划分出固定的多位后,留给表示操作数地址的位数就会严重不足。

    适用于字长较长的计算机系统,如32位或32位以上。

    相关推荐:《编程视频》

    (2)变长的操作码的组织方案

    优点:在比较短的指令字中,既能表示出比较多的指令条数又能尽量满足操作数地址的要求。

    缺点:计算机的硬件设计复杂,指令译码和执行速度较慢。

    适用于字长较短的计算机系统,如16位或16位以下。

    (3)操作码字段与操作数地址有所交叉的方案

    优点:在比较短的指令字中,既能表示出比较多的指令条数又能尽量满足操作数地址的要求。操作码不再集中在指令字的最高位,而是与表示操作数地址的字段有所交叉。

    缺点:计算机的硬件设计复杂,指令译码和执行速度较慢。

    这种方案不很常用。

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