機(jī)器語(yǔ)言原理

計(jì)算機(jī)的核心部件是CPU（中央處理單元），這是一個(gè)有著眾多引腳的集成電路。計(jì)算機(jī)的所有動(dòng)作均由其內(nèi)部的“電子運(yùn)算”而最終產(chǎn)生。從理解的角度上，可以把CPU看作是一套“約定”的集合。當(dāng)我們通過(guò)一些引腳告訴它“1”、“加”、“2”、“運(yùn)算”、“輸出”等信號(hào)時(shí)，通過(guò)CPU設(shè)計(jì)制作時(shí)固定好的“約定”，在其另一些引腳上輸出“3”的信號(hào)并通知顯示設(shè)備顯示出“3”的圖象，我們就此得到了結(jié)果?！@些“約定”就是該CPU的機(jī)器語(yǔ)言。

不同的CPU有著不同的機(jī)器語(yǔ)言。不同機(jī)器語(yǔ)言基礎(chǔ)上的軟件無(wú)法通用。某一廠(chǎng)商新型的CPU為了軟件的通用性往往向其早期的CPU保持兼容。機(jī)器語(yǔ)言是一切軟件（包括操作系統(tǒng)）的基礎(chǔ)，是計(jì)算機(jī)最終識(shí)別并執(zhí)行的指令。

任何的機(jī)器語(yǔ)言都只接受兩種信息：“指令”和“數(shù)據(jù)”；指令是告訴CPU做什么樣的動(dòng)作，而數(shù)據(jù)則是動(dòng)作的對(duì)象。比如上文中的“加”、“運(yùn)算”等是指令，而“1”、“2”是數(shù)據(jù)。從形式上講，指令和數(shù)據(jù)都是二進(jìn)制信息。但如果將數(shù)據(jù)當(dāng)成指令交給CPU處理，通常CPU會(huì)無(wú)法理解而死機(jī)；反之如果將指令當(dāng)成數(shù)據(jù)交給CPU則不會(huì)引起任何惡果，因?yàn)閿?shù)據(jù)不會(huì)引起CPU任何的動(dòng)作。

為驗(yàn)證這一說(shuō)法，你可以隨便將一個(gè)文件的擴(kuò)展名改為COM在DOS下交給系統(tǒng)執(zhí)行；也可以將命令處理器COMMAND.COM的擴(kuò)展名改為T(mén)XT用記事本打開(kāi)（切記不要存盤(pán)！）。

面向機(jī)器語(yǔ)言概述

面向機(jī)器語(yǔ)言是為特定的計(jì)算機(jī)或一類(lèi)計(jì)算機(jī)而設(shè)計(jì)的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言。這種語(yǔ)言保留了機(jī)器語(yǔ)言的外形，即由操作碼和地址碼組成指令這個(gè)外形，但面向機(jī)器語(yǔ)言的語(yǔ)言是用符號(hào)形式而不用機(jī)器代碼形式。這種語(yǔ)言能讓使用者擺脫計(jì)算機(jī)的一些純事物性的細(xì)節(jié)問(wèn)題（如無(wú)需硬記機(jī)器指令代碼、擺脫了二-十進(jìn)制轉(zhuǎn)換問(wèn)題和分配內(nèi)存問(wèn)題等），而專(zhuān)心考慮程序間的內(nèi)在聯(lián)系。這類(lèi)語(yǔ)言的代表是匯編語(yǔ)言。

面向機(jī)器語(yǔ)言有哪些

1、機(jī)器語(yǔ)言

機(jī)器語(yǔ)言程序由機(jī)器指令構(gòu)成，這些機(jī)器指令按照?qǐng)?zhí)行順序依次排列，運(yùn)行時(shí)依次執(zhí)行完成某個(gè)特定的計(jì)算或任務(wù)。

機(jī)器指令是CPU能直接識(shí)別并執(zhí)行的指令。機(jī)器指令由物理部件的若干位二進(jìn)制0、1狀態(tài)體現(xiàn)，機(jī)器指令程序運(yùn)行前需要存儲(chǔ)到內(nèi)存，正確的機(jī)器指令一旦送入CPU被譯碼后就將變成動(dòng)作予以執(zhí)行。

如圖1-1所示，機(jī)器指令面向機(jī)器，因機(jī)器而異。不同的機(jī)器具有不同的機(jī)器指令，因而具有不同的機(jī)器語(yǔ)言。所謂不同的機(jī)器，是指具有不同CPU（中央處理器）的計(jì)算機(jī)。由于機(jī)器指令與CPU緊密相關(guān)，所以不同種類(lèi)的CPU所對(duì)應(yīng)的機(jī)器指令也就不同，而且它們的指令系統(tǒng)往往相差很大。但對(duì)同一系列的CPU來(lái)說(shuō)，為了滿(mǎn)足各型號(hào)之間良好的兼容性，設(shè)計(jì)者一般要做到：新一代CPU的指令系統(tǒng)必須兼容先前開(kāi)發(fā)的同系列CPU的指令系統(tǒng)。只有這樣，先前開(kāi)發(fā)出來(lái)的各類(lèi)程序在新一弋CPU上才能正常運(yùn)行。

機(jī)器指令通常由操作碼和操作數(shù)兩部分組成，操作碼指出該指令所要完成的操作，即指令的功能，操作數(shù)指出參與運(yùn)算的對(duì)象，以及運(yùn)算結(jié)果所存放的位置等。由于機(jī)器指令由物理部件的若干位二進(jìn)制0、1狀態(tài)體現(xiàn)，因此機(jī)器指令的最直接的記憶形式就是表示這一指令狀態(tài)的二進(jìn)制數(shù)，這個(gè)二進(jìn)制數(shù)就稱(chēng)作該機(jī)器指令的二進(jìn)制代碼指令。由于二進(jìn)制數(shù)和八進(jìn)制數(shù)，以及十六進(jìn)制數(shù)的特殊關(guān)系，因此該二進(jìn)制代碼指令對(duì)應(yīng)的八進(jìn)制數(shù)和十六進(jìn)制數(shù)分別稱(chēng)作該機(jī)器指令的八進(jìn)制或十六進(jìn)制代碼指令。

例如：B233H就是一條80*86的十六進(jìn)制機(jī)器代碼指令，這條指令的功能是將33H這個(gè)十六進(jìn)制數(shù)送到DL寄存器。該機(jī)器指令的二進(jìn)制代碼指令是：1011001000110011，指令長(zhǎng)度16位。

顯然二進(jìn)制代碼指令與其狀態(tài)對(duì)應(yīng)直觀(guān)，但記憶困難。而十六進(jìn)制代碼指令則方便記憶。因此80*86的代碼指令通常都用十六進(jìn)制表示。

用機(jī)器指令所寫(xiě)的程序稱(chēng)作機(jī)器指令程序，機(jī)器指令程序也指剛代碼指令所寫(xiě)的程序。機(jī)器指令程序遵循馮·諾依曼原理：用二進(jìn)制表示數(shù)，程序與數(shù)據(jù)都存儲(chǔ)在同樣的存儲(chǔ)器，程序指令一般按存取順序執(zhí)行。

計(jì)算機(jī)出現(xiàn)初期只有一種機(jī)器語(yǔ)言，程序員只能用代碼指令編寫(xiě)程序，即機(jī)器語(yǔ)言程序。用機(jī)器語(yǔ)言編寫(xiě)程序是相當(dāng)艱苦的工作，必須由經(jīng)過(guò)嚴(yán)格訓(xùn)練的專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員承擔(dān)，這是早期計(jì)算機(jī)之所以不能夠廣泛應(yīng)用的最大障礙之一。

一方面機(jī)器語(yǔ)言十分重要，必須了解；另一方面機(jī)器代碼指令程序使用又十分困難；因因此唯一能夠替代機(jī)器語(yǔ)言的匯編語(yǔ)言就成為計(jì)算機(jī)科技人員必須掌握的一種計(jì)算機(jī)語(yǔ)言。

2、匯編語(yǔ)言

雖然用機(jī)器語(yǔ)言編寫(xiě)程序有許多不便，但程序執(zhí)行效率高。所以，在保留“程序執(zhí)行效率高”的前提下，人們開(kāi)始著手研究一種能大大改善程序可讀性的編程方法。即選用能反映機(jī)器指令功能的單詞或詞組來(lái)代替該機(jī)器指令的操作碼，選用相應(yīng)的符號(hào)表示CPU內(nèi)部資源和內(nèi)存等操作數(shù)，這就是匯編指令。

例如，匯編指令：

MOVAL，BL其對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制指令為：1101100010001000，十六進(jìn)制代碼指令則為D888H，可見(jiàn)記憶機(jī)器指令相當(dāng)困難。

而匯編指令中MOV源于Move，表示傳送指令；AL、BL分別表示80x86的AL和BL寄存器。指令功能是將BL寄存器中的內(nèi)容傳送到AL寄存器。如此，令人難懂的二進(jìn)制機(jī)器代碼指令或十六進(jìn)制機(jī)器代碼指令就可以用通俗易懂的、具有一定含義的符號(hào)指令來(lái)表示了，這就是匯編指令的原意。我們稱(chēng)這些具有一定含義的符號(hào)，例如上述指令中的MOV，為助記符。用助記符、符號(hào)地址等組成的符號(hào)指令稱(chēng)為匯編格式指令或匯編指令。

因此，用助記符表示的機(jī)器指令稱(chēng)作匯編指令，用匯編指令編寫(xiě)的程序稱(chēng)作匯編指令程序。但匯編指令最終必須翻譯成機(jī)器指令才能夠在計(jì)算機(jī)上執(zhí)行。

匯編語(yǔ)言是匯編指令集、偽指令集及其使用規(guī)則的統(tǒng)稱(chēng)。能夠一對(duì)一地翻譯成機(jī)器指令的這種用助記符表示的機(jī)器指令稱(chēng)作匯編指令。偽指令則是出現(xiàn)在匯編語(yǔ)言程序中的一些輔助性的說(shuō)明，它不對(duì)應(yīng)具體的機(jī)器指令，而是程序設(shè)計(jì)者與匯編過(guò)程中的翻譯程序（即匯編）、連接程序，以及執(zhí)行時(shí)如何裝入的一種約定。

用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)的程序稱(chēng)作匯編語(yǔ)言程序，或匯編語(yǔ)言源程序，也簡(jiǎn)稱(chēng)為源程序。匯編語(yǔ)言程序較之機(jī)器指令程序容易理解和維護(hù)。

匯編語(yǔ)言源程序是一個(gè)文本文件，它必須經(jīng)過(guò)翻譯才能夠變成可執(zhí)行的機(jī)器語(yǔ)言程序，這個(gè)翻譯過(guò)程稱(chēng)作匯編。匯編的核心過(guò)程是將匯編指令逐條翻譯成機(jī)器指令，這正是匯編語(yǔ)言中“匯編”一詞的含義。

80x86匯編語(yǔ)言源程序擴(kuò)展名為．a(chǎn)sm，經(jīng)過(guò)匯編以后生成的浮動(dòng)地址二進(jìn)制文件擴(kuò)展名為．obj，．obj文件需要經(jīng)過(guò)連接才能夠生成可執(zhí)行文件．exe。．exe是一個(gè)可以由操作系統(tǒng)執(zhí)行的機(jī)器指令程序。圖1-2給出了一個(gè)簡(jiǎn)單匯編語(yǔ)言程序與其機(jī)器指令程序之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

盡管不同的CPU有不同的匯編語(yǔ)言，但不同種類(lèi)的匯編語(yǔ)言都有其共同規(guī)律。因此，學(xué)會(huì)一種匯編語(yǔ)言，再學(xué)習(xí)其他匯編語(yǔ)言就相對(duì)容易多了。

機(jī)器語(yǔ)言的發(fā)展

每種計(jì)算機(jī)都有自己獨(dú)特的機(jī)器指令，比如，某種型號(hào)的計(jì)算機(jī)用8位二進(jìn)制信息10001010表示加法指令，用00010011表示減法指令，等等。這些指令的執(zhí)行由計(jì)算機(jī)的線(xiàn)路來(lái)保證，計(jì)算機(jī)在設(shè)計(jì)之初，先就要確定好每一條指令對(duì)應(yīng)的線(xiàn)路邏輯操作。計(jì)算機(jī)處理信息的早期語(yǔ)言是所謂的機(jī)器語(yǔ)言，使用機(jī)器語(yǔ)言進(jìn)行程序設(shè)計(jì)需要面向機(jī)器來(lái)編寫(xiě)代碼，即需要針對(duì)不同的機(jī)器編寫(xiě)諸如01011100這樣的指令序列。用機(jī)器語(yǔ)言進(jìn)行程序設(shè)計(jì)是一項(xiàng)累人的工作，代碼難以閱讀和理解，一個(gè)簡(jiǎn)單的任務(wù)往往蘊(yùn)含著編寫(xiě)大量的代碼，而且同樣的任務(wù)需要針對(duì)不同型號(hào)的計(jì)算機(jī)分別進(jìn)行編寫(xiě)指令，因?yàn)橐环N型號(hào)的計(jì)算機(jī)用10001010表示加法指令，而另一種型號(hào)的計(jì)算機(jī)可能用11110000表示加法指令。因此，使用機(jī)器語(yǔ)言編程也稱(chēng)為面向機(jī)器編程。20世紀(jì)50年代出現(xiàn)了匯編語(yǔ)言，在編寫(xiě)指令時(shí)，用一些簡(jiǎn)單的容易記憶的符號(hào)代替二進(jìn)制指令，但匯編語(yǔ)言仍是面向機(jī)器語(yǔ)言，需針對(duì)小同的機(jī)器編寫(xiě)不同的代碼。習(xí)慣上稱(chēng)機(jī)器語(yǔ)言、匯編語(yǔ)言是低級(jí)語(yǔ)言。