計算機原理及應用 節選

    本書為鐵路職業教育鐵道部規劃教材，是根據鐵路職業教育鐵道信號專業教學計劃“計
算機原理及應用”課程教學大綱編寫的。
    本教材可作為高等職業學院的中等職業學校鐵路信號專業《計算機原理及應用》課程的
通用教材，也可以作為其他計算機應用培訓教材或參考書使用。
    本教材在編寫過程中始終注意體現職業教育的特點，注重計算機、微型計算機、單片機
及計算機網絡基礎知識的介紹，強調應用淡化原理的深入討論，內容安排上努力降低理論
深度，知識表述時盡量避免繁瑣的原理闡述和理論鋪墊，力求做到深入淺出，降低教學的難
度，使讀者易于閱讀和理解，滿足本課程教學需要，為后續專業課的學習打下了良好的基
礎。
    本書主要有以下特點：
    1．編寫特點：根據信號專業教學計劃及本課程大綱對教材編寫要求和授課對象的實際情
況，教材編寫中對基礎理論部分力求知識準確、表達簡明、通俗易懂；對重點和難點內容，編排
時通常用圖示和例題輔助理論和原理的闡述，盡量做到深入淺出。為了利于學生的課后復習
閱讀，教材各章之前有學習目標，之后有本章小結和復習思考題。
    2．結構特點：結合職業教育特點，在知識結構上注意其體系的完整性，同時突出基礎知識
的實際應用方面的介紹。在結構安排上，各章節內容既相互獨立，各知識點之間又盡量做到由
易到難、由淺入深地循序漸進，構成了一個較為完整的計算機原理及應用教材的知識結構體
系。
    3．內容特點：本著職業培訓教育“必需、夠用”的原則，在各章內容安排時注意有針對性地
選擇。例如，對單片機機型的選擇，本教材選擇了鐵路信號系統中使用的MCS一96型單片機。
另外，本教材還安排了單片機及計算機網絡技術在鐵路信號控制系統中的運用實例一章，實現
了將理論知識應用于專業實踐的教學目的。
    4．作為高職和中職的通用教材，高職和中職課程內容的主要區別為：帶*號的內容為中職
課程選修的內容，在本書中用楷體編排。
    本書由華東交通大學職業技術學院徐貞如擔任主編，西安鐵路職業技術學院的王新民擔
任副主編，華東交通大學職業技術學院的盧毓俊和涂序躍、西安鐵路職業技術學院的張瑋、湖
南交通工程職業技術學院的陳貽品參編，具體分工如下：第1章和第9章由徐貞如編寫；第2
章和第5章由盧毓俊編寫；第3章由徐貞如和盧毓俊共同編寫；第4章由涂序躍編寫；第7章
和第8章由張瑋編寫；第6章由陳貽品編寫；第10章由王新民編寫；附錄由盧毓俊編寫；全書
由徐貞如統稿。
    本書由華東交通大學職業技術學院幸筱流副教授擔任主審，對稿件內容和結構提出了許
多寶貴意見和建議。
    因編者水平所限，書中難免有不妥和疏漏之處，懇請廣大讀者批評指正。
    編  者
    2008年1月

第4章
匯編語言程序設計
    【學習目標】
    了解MCS一96單片機匯編語言的特點和結構；掌握匯編語言的程序設計方法；并通過幾
個典型例題的學習，熟悉順序程序、循環程序、分支程序、子程序及查編程序的編程方法。
    前面我們介紹了MCS一96系列單片機的指令系統，這些指令只有按工作任務的要求有序
地編排為一段完整的程序，才能起到一定的作用，完成某一特定的任務。通過程序的設計、調
試和執行又可以加深對指令系統的了解和掌握，從而也在一定程度上提高單片機的應用水平。
    本章將主要介紹MCS一96系列單片機的匯編語言和一些常用的匯編程序的設計方法，并
列舉一些具有代表性的匯編語言程序實例，使大家了解匯編程序設計的一般方法。
    4．1  概    述
    4．1．1匯編語言的特點
    一般而言，匯編語言是由助記符形式的指令與一定的語法規則相結合而成。每一條指令
就是匯編語言的一條語句。匯編語言具有如下特點：
    (1)助記符指令和機器碼指令一一對應，所以用匯編語言編寫的程序效率高，占用存儲空
間小，運行速度快，因此用匯編語言能編寫出*優化的程序。
    (2)使用匯編語言比使用高級語言困難。因為匯編語言是面向計算機的，匯編語言的程
序設計人員必須對計算機硬件有相當深入的了解。
    (3)匯編語言能直接訪問存儲器及接口電路，也能處理中斷，因此匯編語言程序能直接管
理和控制硬件設備。
    (4)匯編語言缺乏通用性，程序不易移植。各種計算機都有自己的匯編語言，不同計算機
的匯編語言之間不能通用。
    4．1．2匯編語言的語句格式
    各種計算機匯編語言的語法規則是相同的，且具有相同的語句格式。一般說，匯編語言中
一條語句通常由四部分組成，即：
    [標號：]操作碼[操作數][；注釋]
    可以看出，一條匯編語句是由標號、操作碼、操作數和注釋四個部分組成，其中用方括號括
起來的部分是可選擇部分，可有可無，視具體情況而定。
   1．標號
    標號是一條語句的名稱，它實質上是語句的符號地址，即它是語句(指令)地址號的符號
表示。有了標號，程序中的其他語句才能訪問該語句。
    (1)標號是由1～8個ASCII字符組成，但頭一個字符必須是字母，其余字符可以是字母、
數字或其他特定字符。   
    (2)不能使用匯編語言已經定義了的符號作為標號，如指令助記符、偽指令記憶符以及寄
存器名稱等。
    (3)標號后便必須跟冒號(：)。
    同一標號在一個程序中只能定義一次，不能重復定義。  
    (4)一條語句可以有標號，也可以沒有標號。標號的有無取決于本程序中是否需要訪問
這條語句。
    2．操作碼
    操作碼用于規定語句執行的操作內容，操作碼是以助記符或偽指令助記符表示的，操作碼
是匯編指令格式中唯一不能空缺的部分。
    3．操作數
    操作數用于給指令的操作提供數據或地址。在一條語句(指令)中，操作數可能是空白，
也可能只有一個操作數，還可能包括兩三個操作數，各操作數之間用逗號(，)分隔。MCS一96
系列單片機的操作數可采用8種尋址方式。
    (1)每條匯編指令可有2～3個操作數，操作數之間需用逗號分隔開；而偽指令和宏指令
可以有三個以上的操作數，數目的多少由匯編軟件規定，如某種匯編軟件規定一條偽指令可帶
有l～16個操作數。
    (2)操作數的類型有三種，即立即數、寄存器(包括字節寄存器、字寄存器和雙字寄存器)
和存儲器地址。各類操作數的常用表達形式有6種：二進制數、十進制數、十六進制數、ASCII
碼、標號和表達式。
    (3)雖然操作數不是語句的必要部分，如有些指令便無操作數，但是絕大多數指令都有操
作數部分，因此熟悉各類指令的操作數類型、尋址方式及其表達形式是很重要的。
    4．注釋
    注釋不屬于語句的功能部分，它只是對語句的解釋和說明，只要用分號(；)開頭，就表明
以后的部分是注釋內容。    ，
    (1)注釋部分對任何語句都不是必要的，因為它對機器代碼及匯編過程不產生任何影響。
但是對編程人員來說，在編程時加上注釋卻是非常重要的，因為這可以增強程序的可讀性，并
于對程序的理解和修改。
    (2)注釋部分應簡明扼要地指明語句在程序中的內在含意，注明該語句在程序中的目的、
意義和作用。編程時可對每一條語句都加上注釋，也可以對完成某種基本運算或操作的幾條
語句(即一段程序)一起加上注釋。
    (3)注釋可用英文，也可用中文書寫，但要做到言簡意賅。
    4．1．3編制匯編語言程序的一般步驟    
    1．建立數學模型，確定算法
    建立數學模型是編寫程序的首要一步。所謂建立數學模型就是把需要計算機處理的問題
 數學化、公式化。在問題比較簡單直觀的情況下，可以不討論數學模型的問題。對于比較復雜
的問題，需要將具體的問題抽象成數學問題，就需要討論數學模型的建立問題，甚至要用到高
深的數學知識。
    建立數學模型后，需要確定計算機的算法。所謂算法是指計算機處理問題的依據和準則。
例如描述線性二階動態電路的行為所建立的數學模型是二階的常微分方程，而計算機求解微
分方程有龍格一庫塔法等多種算法。一般來說計算機的算法比較靈活，通常要選用邏輯簡單、
運算速度快、精度高且編程簡單的算法用于程序設計。
  2．設計程序流程圖
  程序流程圖是指用矩形框、菱形框、帶箭頭的線段即文字符號來表示設計思路、描述所用
算法及具體內容的一種圖形，可視為程序的圖形表示。
    (1)流程圖可直觀地反映程序的結構及各部分間的邏輯關系。流程圖對于編制好的程
序、閱讀和理解以及修改程序都有很大的輔助作用。編寫一些簡單的程序的時候，畫程序流程
圖并非必要，但編寫較大型的程序時，編制程序流程圖是十分重要和必要的。
    (2)流程圖的畫法十分靈活，可詳盡也可簡單，根據具體的問題和編寫者的習慣而定，但
總的要求是能夠較完整地反映程序系統的設計思路和具體結構，詳略要得當。
    (3)設計流程圖時，一般是先設計系統流程圖，即把整個設計任務分解為具有相對獨立性
的多個部分，每一個部分稱為一個功能模塊，而后再畫出每一功能模塊的流程圖。這種對應于
各個功能模塊的流程圖又稱為程序框圖。
    程序流程圖(圖4一1)中所使用的各種圖形符號如下：
    (1)橢圓形框：用于表示程序的開始或結束，也稱為開始、結束框。使用時在框內標注中
文或英文的“開始”、“結束”等字樣。
    (2)矩形圖框：用于說明一段程序的功能，也稱為工作框。同時在框內用字符注明某段程
序或某條指令的作用。
    (3)菱形圖框：用于進行條件判斷以決定程序的走向，也稱為判斷框或邏輯框。使用時在
框內注明判斷的條件。
    (4)圓形框：用來表示位于兩處的程序框圖之間的連接，也稱為連接框。使用圓形框時在
應予連接的兩處程序框圖中標注相同的數字。   
    (5)帶箭頭的線段：用于表示程序的流向。在流程圖中用它來連接各種圖框，以表明程序
進行的順序或可能的分支。