第一章基礎知識

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電腦程式設計語言演化機器語言

• 機器語言是機器指令的集合。0和1構成的二進位資訊。
• 直接面向機器，與電腦硬體操作一一對應。電腦可以直接識別執行。
• 每一種微處理器都有自己的機器指令集，也就是機器語言。

組合語言

• 組合語言的主體是彙編指令。
• 組合語言和機器指令的差別在於指令的表示方法上。 彙編指令是機器指令的助記符。
• 不同CPU由不同的彙編指令。

graph LRA[組合語言來源程式] -->|彙編| B[目標程式]B --> |串連| c[可執行程式]

• 程式員用組合語言寫出來源程式，再由彙編編譯器將其編譯為機器碼，由電腦最終執行。

組合語言的組成

• 組合語言由以下三種指令組成：
  1. 彙編指令：機器碼的助記符，有對應的機器碼。
  2. 偽指令：沒有對應的機器碼，由編譯器執行，電腦不執行。
  3. 其他符號：如+、-、*、/等，由編譯器識別，沒有對應機器碼
• 組合語言的核心是彙編指令，它決定了組合語言的特性。

進階語言

• 接近自然語言，不依賴具體電腦。
• 有一整套文法規則。

graph LRA[進階語言來源程式] -->|編譯| B[目標程式]B --> |串連| c[可執行程式]機器語言 VS 組合語言 VS 進階語言

	機器語言	組合語言	進階語言
能否直接識別	能	不能	不能
易用性	差	中	好
佔據空間	小	小	大
執行速度	快	快	慢
用途	特殊 加密/解謎	要求速度快，代碼短的程式 直接操縱I/O資訊安全	一般性系統級和應用程式層軟體開發

電腦系統的組成寄存器

• CPU內部用於儲存資料的器件，一個CPU中有多個寄存器。

儲存空間 儲存單元

• 儲存空間以位元組為單位被劃分成若干個儲存單元。沒個儲存單元從0開始順序編號。

• 電子電腦的最小資訊單位是bit，也就是一個二進位位。
• 8個bit組成一個Byte。
• 一個儲存空間有128個儲存單元，可以儲存128個Byte。
• 微機儲存空間的容量是以位元組為最小單位來計算的。

指令和資料

1. 在記憶體或磁碟上，指令和資料都是以二進位資訊存在，沒有任何區別息。
2. 指令和資料是應用上的概念。

CPU對儲存空間的讀寫

• CPU要想進行資料的讀寫，必須和外部器件進行下面三類資訊互動：
  • 儲存單元的地址（地址資訊）
  • 器件的選擇，讀或寫命令（控制資訊）
  • 讀或寫的資料（資料資訊）
• 在電腦中專門有串連CPU和其他晶片的導線，通常稱為匯流排。
• 匯流排：在電腦中專門有串連CPU和其他晶片的導線，通常稱為匯流排。
• 匯流排根據傳送資訊不同，邏輯上分為3類：
  1. 地址匯流排
     • 在電子電腦中，一根導線可以傳送的穩定點只有兩種、高電平或者低電平。
  2. 資料匯流排
     • CPU與記憶體或其他器件之間的資料傳送是通過資料匯流排來進行的。
     • 資料匯流排的寬度決定了CPU和外界的資料傳送速度：8根資料匯流排一次可傳送一個8位位元據。
  3. 控制匯流排
     • CPU對外部器件的控制是通過控制匯流排來進行的。控制匯流排是一些不同控制線的集合。
     • 控制匯流排的寬度決定了CPU對外部器件的控制能力。

主板

• 主板上有核心器件和一些主要器件，這些器件通過匯流排相連。

介面卡

• CPU對外部裝置不能直接控制，直接控制這些裝置的是插在擴充插槽的介面卡。擴充插槽通過匯流排和CPU相連，所以介面卡也通過匯流排和CPU相連。
• CPU可以直接控制這些介面卡，從而實現CPU對外設的間接控制。
• CPU通過匯流排向介面卡發送命令，介面卡根據CPU的命令控制外設進行工作。

各類儲存晶片

• 儲存晶片從讀寫屬性上分為兩類：
  • 隨機儲存空間（RAM）
  • 唯讀記憶體（ROM）。
• 從功能和串連上又可分為以下幾類：
  • 隨機儲存空間，主隨機儲存空間一般由裝在主板上的RAM和插在擴充插槽上的RAM。
  • 裝有BIOS的ROM
  • 介面卡上的RAM

graph LRA[儲存空間晶片] -->B[根據讀/寫屬性分類]A-->C[根據功能&串連分類]B-->D[隨機訪問儲存空間RAM]B-->E[唯讀記憶體ROM]C-->F[主隨機訪問儲存空間RAM]C-->G[裝有BIOS的ROM]C-->H[介面卡上的RAM]記憶體位址空間概念：

• 一個CPU地址匯流排寬度為n，那麼可以定址$2n$個記憶體單元。這$2n$個可尋到的記憶體單元就構成這個CPU的記憶體位址空間。
• 記憶體位址空間，也稱定址空間。**與CPU地址匯流排寬度直接相關。**表示CPU所能尋找到的最大地址空間範圍。

各類儲存晶片的小結

1. 儲存空間在物理上是獨立的器件
2. 儲存空間晶片在以下兩點上相同：
   1. 都和CPU匯流排上相連
   2. CPU對它們進行讀或寫的時候都通過控制線發出記憶體讀寫命令

• CPU操作它們的時候，都把它們當作記憶體來對待，把他們總的看作一個由若干儲存單元組成的邏輯儲存空間，就是記憶體位址空間。

記憶體位址空間

1. CPU把這些獨立的實體儲存體器統一當作一個邏輯儲存空間，即記憶體位址空間。
2. 每個實體儲存體器在這個邏輯儲存空間中佔有一段地址空間。
3. 不同電腦的記憶體位址分配情況是不同的。

說明：

1. 記憶體位址空間是邏輯上的概念
2. 記憶體位址空間與CPU地址匯流排寬度直接相關。
3. 記憶體位址空間的容量與記憶體條容量不是一回事

第一章基礎知識