Giáo trình môn học Cấu trúc máy tính
Mục tiêu:
- Trình bày lịch sử phát triển của máy tính, các thành tựu của máy tính;
- Trình bày khái niệm về thông tin;
- Mô tả được các kiến trúc máy tính;
- Biến đổi cơ bản của hệ thống số, các bảng mã thông dụng được dùng để biểu
diễn các ký tự.
1.Các mốc lịch sử phát triển công nghệ máy tính
Mục tiêu: Trình bày lịch sử phát triển của máy tính, các thành tựu của máy
tính
30 năm trước, 5150 ra đời đã phá vỡ mọi quan điểm trước đó về máy tính.
Lần đầu tiên, máy tính được nhìn nhận như một thiết bị có kích thước vừa phải,
hợp túi tiền và được công chúng chú ý nhiều hơn.
Hình 1.1: 1982: Franklin Ace 100
Đây là chiếc máy tính gây ra vụ kiện về bản quyền phần mềm đầu tiên
trong lịch sử. Acer bị Apple kiện vì vi phạm nhãn hiệu hàng hóa khi sao chép
phần cứng và phần mềm của máy tính Apple II cho Franklin Ace 100 . Trong vụ
kiện này, phần thắng thuộc về Apple.9
1982: Commodore 64
Có thể coi Commodore là máy tính dành cho hộ gia đình nổi tiếng nhất. Từ năm
1982 tới năm 1993, gần 30 triệu máy Commodore 64 đã được bán ra trên toàn
thế giới.
XT là bản nâng cấp máy tính cá nhân 5150 đầu tiên của IBM. XT có ổ cứng
trong 10 MB. Sản phẩm này của IBM sau đó nhanh chóng trở thành máy tính
tiêu chuẩn.
Hình 1.2: 1983: Apple Lisa
Lisa là máy tính tiêu dùng đầu tiên có giao diện đồ họa. Tuy nhiên, cái
giá 10.000 USD trở thành rào cản đưa sản phẩm đến với người tiêu dù.10
1984: Macintosh
Macintosh thu được thành công vang dội tới mức 30 năm đó, các sản
phẩm máy tính hiện nay của Apple vẫn được coi là kế thừa trực tiếp của
Macintosh. Macintosh cũng có giao diện đồ họa như Lisa nhưng mức giá "mềm"
hơn rất nhiều giúp sản phẩm này dễ tiêu thụ hơn.
Hình 1.3: 1990: NeXT
Máy tính NeXT được sản xuất bởi công ty riêng của Steve Jobs thành lập
sau khi ông rời Apple vào năm 1985. Tuy nhiên, chiếc máy tính này trở nên
quan trọng vì 1 lý do khác: đây là mẫu máy tính đầu tiên được Tim Berners-Lee
dùng làm máy chủ World Wide Web.
Trang 1
Trang 2
Trang 3
Trang 4
Trang 5
Trang 6
Trang 7
Trang 8
Trang 9
Trang 10
Tải về để xem bản đầy đủ
Tóm tắt nội dung tài liệu: Giáo trình môn học Cấu trúc máy tính
ng Cách nhớ màu: 0 1 2 3 4 5 6 7 Đen Xanh dương Xanh lá cây cyan Đỏ Tím Nâu Xám - Muốn chữ sáng : cộng thêm số 8 cho màu chữ - Muốn nền sáng / chữ nháy cộng thêm số 8 cho màu nền CÔNG THỨC : Màu nền * 16 + màu chữ Ví dụ : Chữ A có màu xanh dương trên nền đỏ A : 65 đổi sang hệ thập phân là : 1000000 Ta lấy 1000000 + 1 = 01000001 Trong đó 0100 là nền đỏ và 0001 là chữ A màu xanh dương . Công thức tính địa chỉ offset của ký tự cần xuất ra màn hình (Dòng * 18 + cột)*2 Ví dụ : Viết chương trình in chử A tại dòng 5 cột 10 có màu xanh dương nền đỏ Code segment Assume CS : code , DS : code Org 100h Begin 112 MOV AX, 0B800h MOV DS, AX MOV AL, 'A' MOV AH, 65 dòng = 5 cột = 10 MOV BX , ( dòng * 80 + cột ) * 2 MOV [ BX ], AX Code Ends End Begin 3.1.1.2.Lệnh XCHG : (Exchange) * Cú pháp : XCHG , Toán hạng và là thanh ghi hay bộ nhớ * Công dụng : dùng để hoán chuyển nội dung của hai toán hạng và * Ghi chú : - Lệnh này không ảnh hưởng đến cờ hiệu - Không dùng lệnh này với thanh ghi đoạn Ví dụ : A DW 1234h B DW 3456h MOV AX,A XCHG AX , B * Cú pháp :PUSH : Có thể là một thanh ghi hay bộ nhớ 16 bit * Công dụng : Dùng để nạp nội dung của toán hạng vào stack ( chồng) khi này thanh ghi SP giảm đi hai đơn vị . 113 3.1.1.4. Lệnh POP * Cú pháp : POP Ngược lại với lệnh PUSH lệnh POP sẽ lấy nội dung đỉnh STACK đưa vào toán hạng đỉnh khi này thanh SP tăng lên hai đơn vị. * Lưu ý : Để cất giữ các thanh ghi trong việc sử dụng lệnh PUSH , lệnh POP khi dùng lệnh POP ta phải lấy ngược với lệnh PUSH . Ví dụ : PUSH AX PUSH BX PUSH CX Ta dùng lệng POP ngược lại với PUSH POP CX POP BX POP AX 3.1.1.5. Lệnh XLAT * Cú pháp : XLAT * Công dụng : Dùng để chuyển nội dung của một số ô nhớ (8 bit ) vào thanh ghi AL * Ghi chú : DS :BX chứa địa chỉ offset của vùng nhớ AL chứa thứ tự của ô nhớ. 3.1.2. Nhóm lệnh tính toán số học 3.1.2.1.Nhóm lệnh xử lý phép cộng 3.1.2.1.1. Lệnh ADD: ( Addition ) Cú pháp : ADD , = + < Source > Dest : Là thanh ghi hay bộ nhớ Source : Là thanh ghi hay bộ nhớ hay trực hằng 114 Chức năng : Dùng để cộng không nhớ giữa toán hạng Dest và toán hạng Source , kết quả lưu vào toán hạng Dest. Lệnh này ảnh hưởng đến các cờ : SF, CF , OF , AF, PF, ZF 3.1.2.1.2. Lệnh ADC ( Addition With Carry ) Cú pháp : ADC , = + + CF Tương tự như lênh ADD , lệnh ADC thực hiện phép cộng có nhớ Lệnh ADC sẽ lấy toán hạng + + cờ CF, kết quả lưu vào toán hạng Dest , lệnh này thường dùng cho phép cộng lớn hơn 16 bít. 3.1.2.1.3. Lệnh INC : ( Increment ) Cú pháp : INC = + 1 Dest : Có thể là thanh ghi hay bộ nhớ Lệnh này ảnh hưởng đến 5 cờ : OF , ZF , PF , AF , SF Ví dụ : Cho hai số A, B dạng double word chứa hai số nguyên không dấu , Viết chương trình cộng hai số A , B . Kết quả đưa vào một biến C , có sử lý trường hợp tràn số Code SEGMENT ASSUME CS : Code , DS : Code ORG 100h Begin : MOV AX , Word PTR A MOV BX , Word PTR A+2 ADD AX , Word PTR B ADC BX , Word B+2 MOV Word PTR C+2 , 0 Int 20h A DD 7000F000h BDD 90002000h CDB 5 Dup( 0 ) 115 Code ENDS END Begin 3.1.2.2. Nhóm lệnh xử lý phép trừ 3.1.2.2.1. Lệnh SUB ( Subtract) * Cú pháp: SUB , = - Source :có thể là thanh ghi hay bộ nhớ Lệnh source sẽ lấy nội dung toán hạng dest trừ đi toán hạng source và kết quả lưu vào dest. Ví dụ : Mov AX , 1234h Sub AX , 0345h; AX = 1234h - 0345h Lệnh Sub ảnh hưởng đến sáu cờ 0F , CF , AF , PF , SF ,ZF 3.1.2.2.2. Lệnh SBB ( Subtract with Borrow) * Cú pháp: SBB , = - - CF Lệnh SBB sẽ lấy toán hạng - và trừ thêm cờ CF , kết quả lưu vào toán hạng Dest * Cú pháp:DEC = -1 Lệnh Dest là lệnh giảm đi 1 đơn vị . Lệnh này ảnh hưởng đến 5 Cờ và Cờ CF không ảnh hưởng tới. Lưu ý : Lệnh SBB được sử dụng cho trường hợp số lớn hơn 16 bít Ví dụ : Viết chương trình trừ 2 số :A=70002000h , B=90003000h,kết quả lưu vào bộ nhớ C = 5 Byte . Nếu byte cao của C =1 thì kết quả là số âm , ngược lại là số dương. Code Segment 116 Assume CS :Code ORG 100h Begin: Mov AX , Word PTR A Mov BX , Word PTR A+2 SUB AX , Word PTR B SUB BX , Word PTR B+2 Mov Word PTR C , AX Mov Word PTR C+2 , BX ADC Word PTR C +4 Int 20h A DB 70002000h B DB 90003000h C DB 5 Dup ( ? ) Code Ends End Begin 3.1.2.3. Nhóm lệnh xử lý phép nhân Lệnh MUL ( Multiply) * Cú pháp: MUL có thể là thanh ghi hay bộ nhớ 8 bít hay 16 bít Trường hợp 1 : Nếu có độ dài là 8 bít thì lệnh MUL sẽ lấy nội dung của thanh ghi AL nhân với source, kết quả lưu vào thanh ghi AX. Trường hợp 2: Nếu source có độ dài 16 bít thì lệnh MUL sẽ lấy nội dung thanh ghi AX nhân với sourrce , kết quả là 32 bít :16 bít thấp lưu vào AX, 16 bit cao lưu vào DX. Ví dụ : Mov AL , 12h Mov BL , 10h MUL BL ; BL = 120h , AX = 0120h Mov AX ,1234h Mov BX , 100h 117 MUL BX 3.1.2.4. Nhóm lệnh xử lý phép chia Lệnh DIV * Cú pháp:DIV Tương tự như phép nhân có 2 trường hợp Trường hợp 1:Nếu source có độ dài 8 bít thì lệnh DIV lấy nội dung thanh ghi AX chia cho source , thương số của phép chia được lưu trong thanh ghi AL và dư số được lưu trong AH. Trường hợp 2 :Nếu source là 16 bít thì lệnh DIV sẽ lấy nội dung trong cặp thanh ghi DX : AX chia cho toán hạng source , thương số được lưu trong AX , dư số được lưu trong DX. Ví dụ : Mov AX , 0234h Mov BL , 10h DIV BL ; AL = 23h , AH = 04h Mov AX , 1234h Mov DX , 0567h Mov BX , 100h DIV BX ; AX = 567h , DX = 0234h Ghi chú : Muốn in một số >= 2 kí số chúng ta chia liên tiếp những số đó cho 10 đến khi thương số = 0 . Sau mỗi phép chia cất dư số vào stack , sau khi thương số = 0 muốn in ra ta lấy từng gía trị trên đỉnh Stack đưa ra màn hình. 3.2. Các lệnh chuyển điều khiển 3.2.1. So sánh * Cú pháp: CMP , Left : Là thanh ghi hay bộ nhớ Right : Là thanh ghi hay bộ nhớ hay trực hằng Ví dụ : CMP AL,0Dh 118 * Công dụng : Dùng để so sánh giữa toán hạng Left và toán hạng Right . Lệnh này Assemble sẽ lấy toán hạng Left trừ toán hạng Right kết quả được lưu trong các cờ mà không thay đổi nội dung của hai toán hạng trên. Kết quả của phép so sánh : a) Đối với số không dấu : CỜ ZF CF Left > Right Left = Right Left < Right 0 0 1 0 0 1 b) Đối Với Số Có Dấu : CỜ ZF OF SF Left > Right Left = Right Left < Right 0 0/1 0/1 1 0 0 0 1 /0 0/1 Ví dụ : Mov AX , 6000h CMP AX , -7000h 6000h - ( -7000h ) 3.2.2. Lệnh lặp Lệnh Loop : * Cú pháp : Loop 119 * Công dụng : Dùng để lặp vòng. Nếu thanh ghi CX khác 0 thì lệnh Loop sẽ chuyển điều khiển đến lệnh kế sau nhãn và gỉam thanh ghi CX đi một đơn vị . Nếu CX=0 thì lệnh nằm phía sau lệnh Loop sẽ được thực thi. Ví dụ : Mov AH , 01h Mov CX , 5 Lặp : Loop lặp Nhóm Lệnh Lặp Có Điều Kiện : a. LoopE / LoopZ Lặp nếu CX khác 0 và ZF = 1 b. LoopNE / LoopNZ Lặp nếu CX khác 0 và ZF = 0 Ví dụ : Viết chương trình nhập từ bàn phím một chuỗi tối đa 80 kí tự . Sau đó tìm kí tự chữ 'a' trong chuỗi vừa nhập vào , in ra kết quả Code SEGMENT ASSUME CS : Code , DS : Code ORG 100h Begin : Mov AH , 09h Mov DX , Offset mess1 Int 21h Mov DX , Offset Maxtype Mov AH , 0Ah Int 21h Mov BX , Offset Len Mov CL,[BX] Mov CH,0 Mov BX , Offset Buffer - 1 120 Mov AL , 'a' Lặp: INC BX CMP AL,[BX] JE thấy JMP không thấy Thấy: Mov AH , 09h Mov DX , Offset mess2 Int 21h JMP thoat Không thấy : Mov AH , 09h Mov DX , Offset mess3 Int 21h thoat : Int 20h mess3 DB ' Không tìm thấy $' mess2 DB ' Đã tìm thấy $' mess1 DB ' Nhập một chuỗi (< 80 ) kí tự ' Maxtype DB 81 Len DB 0 Buffer DB 81 Dup( ? ) Code ENDS END Begin 3.2.3. Lệnh nhảy 3.2.3.1. Lệnh nhảy không điều kiện Cú pháp : JMP 121 3.2.3.2. Lệnh nhảy có điều kiện a) Nhóm Lệnh Nhảy Dùng Cho Số Không Dấu LỆNH ĐIỀU KIỆN JA ( > ) ZF = 0 and CF = 0 JAE (>=) CF=0 JNA (<=) JNAE ( < ) CF=1 JB ( < ) CF = 1 or ZF = 1 JBE (<=) JNB (>=) JNBE ( > ) b) Nhóm Lệnh Nhảy Dùng Cho Số Có Dấu Ý NGHĨA Jump if above Jump if above or equal Jump if Not above Jump if Not above or equal Jump if below Jump if below or equal Jump if Not below Jump if Not below or equal LỆNH ĐIỀU KIỆN Ý NGHĨA JG ( > ) Jump if greater JGE (>=) SF = OF and ZF = 0 Jump if greater or equal JNG (<=) Jump if Not greater SF=OF JNGE ( < ) Jump if Not greater or equal JL ( OF Jump if less JLE ( OF or ZF = 1 Jump if less or equal JNL (>=) Jump if Not less JNLE ( > ) Jump if Not less or equal c) Nhóm Lệnh Nhảy Dùng Cho Cả Số Có Dấu Và Không Dấu LỆNH ĐIỀU KIỆN Ý NGHĨA JE ( = ) ZF=1 Jump if equal JNE () ZF=0 Jump if Not equal 122 JZ ( = ) Jump if Zero JNZ () Jump if Not Zero JC CF=1 Jump if carry JNC CF=0 Jump if Not carry JCXZ CX=0 Jump if CX Zero 4. Ngăn xếp và các thủ tục - Mục tiêu: Trình bày được ngăn xếp; - Viết chương trình con và cách truyền tham số cho chương trình con. 4.1. Ngăn xếp Đoạn ngăn xếp (stack segment) trong chương trình được dùng để cất giữ tạm thời số liệu và địa chỉ . Trong phần này chúng ta sẽ xem xét cách tổ chức stack và sử dụng nó để thực hiện các thủ tục (procedure). Ngăn xếp là cấu trúc dữ liệu 1 chiều. Điều đó có nghĩa là số liệu được đưa vào và lấy ra khỏi stack tại đầu cuối của stack theo nguyên tắc LIFO ( last in first out) . Vị trí tại đó số liệu được đưa vào hay lấy ra gọi là đỉnh của ngăn xếp (top of stack) .Có thể hình dung satck như một chồng đĩa. Đĩa đưa vào sau cùng nằm tại đỉnh của chồng đĩa. Khi lấy ra, đĩa trên cùng sẽ được lấy ra trước. Một chương trình phải dành ra một khối nhớ cho ngăn xếp. Chúng ta dùng chỉ dẫn .STACK 100h để khai báo kích thước vùng stack là 256 bytes . Khi chương trình được dịch và nạp vào bộ nhớ thanh ghi SS ( stack segment) sẽ chứa địa chỉ đoạn stack . Còn SP ( stack pointer) chứa địa chỉ đỉnh của ngăn xếp . Trong khai báo stack 100h trên đây , SP nhận giá trị 100h . Điều này có nghĩa là stack trống rỗng (empty) như hình 6.1. Hình 7.1: Stack empty 123 Lệnh PUSH Để thêm một từ mới vào stack chúng ta dùng lệnh : PUSH nguồn; đưa một thanh ghi hoặc từ nhớ 16 bit vào stack Ví dụ PUSH AX . Khi lệnh này được thực hiện thì : · SP giảm đi 2 · một bản copy của toán hạng nguồn đưọc chuyển đến địa chỉ SS:SP còn toán hạng nguồn không thay đổi . Lệnh POP Để lấy số liệu tại đỉnh stack ra khỏi stack ,chúng ta dùng lệnh : POP đích ; lấy số liệu tại đỉnh stack ra đích Đích có thể là 1 thanh ghi hoặc từ nhớ 16 bit . Ví dụ : POP BX ; Lấy số liệu trong stack ra thanh ghi BX . Khi thực hiện lệnh POP : · nội dung của đỉnh stack ( địa chỉ SS:SP) được di chuyển đến đích . · SP tăng 2 4.2. Các thủ tục Trong các ngôn ngữ cấp cao người ta dùng thủ tục để giải các bài toán con , và chúng ta cũng làm như vậy trong hợp ngữ. Như vậy là một chương trình hợp ngữ có thể được xây dựng bằng các thủ tục . Một thủ tục gọi là thủ tục chính sẽ chứa nội dung chủ yếu của chương trình. Để thực hiện một công việc nào đó , thủ tục chính gọi ( CALL) một thủ tục con. Thủ tục con cũng có thể gọi một thủ tục con khác .Khi một thủ tục gọi một thủ tục khác, điều khiển được chuyển tới ( controltransfer) thủ tục được gọi và các 124 lệnh của thủ tục được gọi sẽ được thi hành. Sau khi thi hành hết các lệnh trong nó, thủ tục được gọi sẽ trả điều khiển (return control) cho thủ tục gọi nó. Cú pháp của lệnh tạo một thủ tục: tên thủ tục PROC kiểu gọi thủ tục ; các lệnh RET tên thủ tục ENDP tên thủ tục do người dùng định nghĩa. kiểu gọi thủ tục có thể là NEAR ( có thể không khai báo ) hoặc FAR . NEAR có nghĩa là thủ tục được gọi nằm cùng một đoạn với thủ tục gọi . FAR có nghĩa là thủ tục được gọi và thủ tục gọi nằm khác đọan. Lệnh RET trả điều khiển cho thủ tục gọi . Tất cả các thủ tục phải kết thúc bởi RET trừ thủ tục chính . Ví dụ: Viết chương trình tính tích của 2 số dương A và B bằng thuật toán cộng ( ADD) và dịch ( SHIFT ) Thuật toán như sau : Product = 0 REPEAT IF lsb of B is 1 THEN product=product+A END_IF shift left A shift right B UNTIL B=0 Viết chương trình .MODEL SMALL 125 .STACK 100H .CODE MAIN PROC ; thực hiện bằng DEBUG . Đặt A = AX , B=BX CALL MULTIPLY ;DX chứa kết qủa MOV AH,4CH INT 21H MAIN ENDP MULTIPY PROC ; input : AX=A , BX=B , AX và BX có giá trị trong khoảng 0...FFH ; output : DX= kết qủa ; Nếu lsb của B =1 TEST BX,1 ;lsb=1? JZ END_IF ; không , nhảy đến END_IF ; thì ADD DX,AX ; DX=DX+AX END_IF : SHL AX,1 ; dịch trái AX 1 bit SHR BX,1 ;dịch phải BX 1 bit ; cho đến khi BX=0 JNZ REPEAT ; nếu BX chưa bằng 0 thì lặp POP BX ; lấy lại BX POP AX ; lấy lại AX RET ; trả điều khiển cho chương trình chính MULTIPLY ENDP 126 END MAIN CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP Bài 1: Giải thích các câu lệnh sau a/ MOV AL,5Bh MOV BL,0ADh ADD AL,BL b/ MOV AX,170Fh MOV BX,80EBh ADD AX,BX c/ MOV AL,41h MOV BL,50h CMP AL,BL Bài 2 :Viết chương trình hiển thị ra màn hình một hình chữ nhật gồm các kí tự ' * ' Bài 3 :Viết chương trình hiển thị chuỗi ' * * * * * * * * ' ra màn hình Bài 4 : Viết chương trình hiển thị ra màn hình 26 chữ cái(A->Z) và có khỏang trắng ở giữa Bài 5 : Viết chương trình hiển thị chuỗi " Hello , How are you " ra màn hình Bài 6 : Viết chương trình hiển thị ra màn hình 26 chữ cái(A->Z) không có khỏang trắng ở giữa Bài 7 : Viết chương trình hiển thị ra màn hình chuỗi '012345678' Bài 8:Viết chương trình hiển thị ra màn hình một hình vuông gồm các kí tự ' * ' bên trong. Bài 9 :Viết chương trình nhập vào 2 số và cho biết số trước lớn hớn , nhỏ hơn hay bằng số sau 127 Bài 10 :Viết chương trình nhập vào một chuỗi ( <=80) kí tự , Viết chương trình nhập vào một kí tự . Cho biết kí tự vừa nhập có trong chuỗi trước hay không Bài 11 : Viết chương trình nhập vào một chuỗi và hiển thị chuỗi đó ra màn hinh ở dạng chữ hoa Bài 12 : Viết chương trình nhập vào một kí tự thường và hiển thị kí tự vừa nhập ra màn hình ở dạng chữ hoa Bài 13 : Viết chương trình in ra ngày sản xuất BIOS Bài 14 : Viết chương trình nhập vào 2 kí tự . Cho biết kí tự đầu lớn hơn , nhỏ hơn hay bằng kí tự sau Bài15: Viết chương trình đảo ngược chuỗi số '12345678' Bài 16 : Viết chương trình nhập vào 3 kí tự cho biết kí tự nào là kí tự lớn nhất Bài 17 : Viết chương trình nhập vào 1 kí tự , cho biết kí tự đó là kí tự thường ,hoa hay là kí tự đặc biệt TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. Nguyễn Đình Việt. Kiến trúc máy tính. Nhà xuất bản Đại học quốc Gia Hà Nội. 2007. [2]. Msc. Võ Văn Chín, Th.s. Nguyễn Hồng Vân. Giáo trình kiến trúc máy tính. Khoa CNTT Đại học cần thơ. 2009 [3]. Tống Văn On, Hoàng Đức Hải. Hợp ngữ & Lập trình ứng dụng. Nhà xuất bản lao động-xã hội. 2004 128
File đính kèm:
- giao_trinh_mon_hoc_cau_truc_may_tinh.pdf