计算机原理及应用

    本书为铁路职业教育铁道部规划教材，是根据铁路职业教育铁道信号专业教学计划“计
算机原理及应用”课程教学大纲编写的。
    本教材可作为高等职业学院的中等职业学校铁路信号专业《计算机原理及应用》课程的
通用教材，也可以作为其他计算机应用培训教材或参考书使用。
    本教材在编写过程中始终注意体现职业教育的特点，注重计算机、微型计算机、单片机
及计算机网络基础知识的介绍，强调应用淡化原理的深入讨论，内容安排上努力降低理论
深度，知识表述时尽量避免繁琐的原理阐述和理论铺垫，力求做到深入浅出，降低教学的难
度，使读者易于阅读和理解，满足本课程教学需要，为后续专业课的学习打下了良好的基
础。
    本书主要有以下特点：
    1．编写特点：根据信号专业教学计划及本课程大纲对教材编写要求和授课对象的实际情
况，教材编写中对基础理论部分力求知识准确、表达简明、通俗易懂；对重点和难点内容，编排
时通常用图示和例题辅助理论和原理的阐述，尽量做到深入浅出。为了利于学生的课后复习
阅读，教材各章之前有学习目标，之后有本章小结和复习思考题。
    2．结构特点：结合职业教育特点，在知识结构上注意其体系的完整性，同时突出基础知识
的实际应用方面的介绍。在结构安排上，各章节内容既相互独立，各知识点之间又尽量做到由
易到难、由浅入深地循序渐进，构成了一个较为完整的计算机原理及应用教材的知识结构体
系。
    3．内容特点：本着职业培训教育“必需、够用”的原则，在各章内容安排时注意有针对性地
选择。例如，对单片机机型的选择，本教材选择了铁路信号系统中使用的MCS一96型单片机。
另外，本教材还安排了单片机及计算机网络技术在铁路信号控制系统中的运用实例一章，实现
了将理论知识应用于专业实践的教学目的。
    4．作为高职和中职的通用教材，高职和中职课程内容的主要区别为：带*号的内容为中职
课程选修的内容，在本书中用楷体编排。
    本书由华东交通大学职业技术学院徐贞如担任主编，西安铁路职业技术学院的王新民担
任副主编，华东交通大学职业技术学院的卢毓俊和涂序跃、西安铁路职业技术学院的张玮、湖
南交通工程职业技术学院的陈贻品参编，具体分工如下：第1章和第9章由徐贞如编写；第2
章和第5章由卢毓俊编写；第3章由徐贞如和卢毓俊共同编写；第4章由涂序跃编写；第7章
和第8章由张玮编写；第6章由陈贻品编写；第10章由王新民编写；附录由卢毓俊编写；全书
由徐贞如统稿。
    本书由华东交通大学职业技术学院幸筱流副教授担任主审，对稿件内容和结构提出了许
多宝贵意见和建议。
    因编者水平所限，书中难免有不妥和疏漏之处，恳请广大读者批评指正。
    编  者
    2008年1月

第4章
汇编语言程序设计
    【学习目标】
    了解MCS一96单片机汇编语言的特点和结构；掌握汇编语言的程序设计方法；并通过几
个典型例题的学习，熟悉顺序程序、循环程序、分支程序、子程序及查编程序的编程方法。
    前面我们介绍了MCS一96系列单片机的指令系统，这些指令只有按工作任务的要求有序
地编排为一段完整的程序，才能起到一定的作用，完成某一特定的任务。通过程序的设计、调
试和执行又可以加深对指令系统的了解和掌握，从而也在一定程度上提高单片机的应用水平。
    本章将主要介绍MCS一96系列单片机的汇编语言和一些常用的汇编程序的设计方法，并
列举一些具有代表性的汇编语言程序实例，使大家了解汇编程序设计的一般方法。
    4．1  概    述
    4．1．1汇编语言的特点
    一般而言，汇编语言是由助记符形式的指令与一定的语法规则相结合而成。每一条指令
就是汇编语言的一条语句。汇编语言具有如下特点：
    (1)助记符指令和机器码指令一一对应，所以用汇编语言编写的程序效率高，占用存储空
间小，运行速度快，因此用汇编语言能编写出*优化的程序。
    (2)使用汇编语言比使用高级语言困难。因为汇编语言是面向计算机的，汇编语言的程
序设计人员必须对计算机硬件有相当深入的了解。
    (3)汇编语言能直接访问存储器及接口电路，也能处理中断，因此汇编语言程序能直接管
理和控制硬件设备。
    (4)汇编语言缺乏通用性，程序不易移植。各种计算机都有自己的汇编语言，不同计算机
的汇编语言之间不能通用。
    4．1．2汇编语言的语句格式
    各种计算机汇编语言的语法规则是相同的，且具有相同的语句格式。一般说，汇编语言中
一条语句通常由四部分组成，即：
    [标号：]操作码[操作数][；注释]
    可以看出，一条汇编语句是由标号、操作码、操作数和注释四个部分组成，其中用方括号括
起来的部分是可选择部分，可有可无，视具体情况而定。
   1．标号
    标号是一条语句的名称，它实质上是语句的符号地址，即它是语句(指令)地址号的符号
表示。有了标号，程序中的其他语句才能访问该语句。
    (1)标号是由1～8个ASCII字符组成，但头一个字符必须是字母，其余字符可以是字母、
数字或其他特定字符。   
    (2)不能使用汇编语言已经定义了的符号作为标号，如指令助记符、伪指令记忆符以及寄
存器名称等。
    (3)标号后便必须跟冒号(：)。
    同一标号在一个程序中只能定义一次，不能重复定义。  
    (4)一条语句可以有标号，也可以没有标号。标号的有无取决于本程序中是否需要访问
这条语句。
    2．操作码
    操作码用于规定语句执行的操作内容，操作码是以助记符或伪指令助记符表示的，操作码
是汇编指令格式中唯一不能空缺的部分。
    3．操作数
    操作数用于给指令的操作提供数据或地址。在一条语句(指令)中，操作数可能是空白，
也可能只有一个操作数，还可能包括两三个操作数，各操作数之间用逗号(，)分隔。MCS一96
系列单片机的操作数可采用8种寻址方式。
    (1)每条汇编指令可有2～3个操作数，操作数之间需用逗号分隔开；而伪指令和宏指令
可以有三个以上的操作数，数目的多少由汇编软件规定，如某种汇编软件规定一条伪指令可带
有l～16个操作数。
    (2)操作数的类型有三种，即立即数、寄存器(包括字节寄存器、字寄存器和双字寄存器)
和存储器地址。各类操作数的常用表达形式有6种：二进制数、十进制数、十六进制数、ASCII
码、标号和表达式。
    (3)虽然操作数不是语句的必要部分，如有些指令便无操作数，但是绝大多数指令都有操
作数部分，因此熟悉各类指令的操作数类型、寻址方式及其表达形式是很重要的。
    4．注释
    注释不属于语句的功能部分，它只是对语句的解释和说明，只要用分号(；)开头，就表明
以后的部分是注释内容。    ，
    (1)注释部分对任何语句都不是必要的，因为它对机器代码及汇编过程不产生任何影响。
但是对编程人员来说，在编程时加上注释却是非常重要的，因为这可以增强程序的可读性，并
于对程序的理解和修改。
    (2)注释部分应简明扼要地指明语句在程序中的内在含意，注明该语句在程序中的目的、
意义和作用。编程时可对每一条语句都加上注释，也可以对完成某种基本运算或操作的几条
语句(即一段程序)一起加上注释。
    (3)注释可用英文，也可用中文书写，但要做到言简意赅。
    4．1．3编制汇编语言程序的一般步骤    
    1．建立数学模型，确定算法
    建立数学模型是编写程序的首要一步。所谓建立数学模型就是把需要计算机处理的问题
 数学化、公式化。在问题比较简单直观的情况下，可以不讨论数学模型的问题。对于比较复杂
的问题，需要将具体的问题抽象成数学问题，就需要讨论数学模型的建立问题，甚至要用到高
深的数学知识。
    建立数学模型后，需要确定计算机的算法。所谓算法是指计算机处理问题的依据和准则。
例如描述线性二阶动态电路的行为所建立的数学模型是二阶的常微分方程，而计算机求解微
分方程有龙格一库塔法等多种算法。一般来说计算机的算法比较灵活，通常要选用逻辑简单、
运算速度快、精度高且编程简单的算法用于程序设计。
  2．设计程序流程图
  程序流程图是指用矩形框、菱形框、带箭头的线段即文字符号来表示设计思路、描述所用
算法及具体内容的一种图形，可视为程序的图形表示。
    (1)流程图可直观地反映程序的结构及各部分间的逻辑关系。流程图对于编制好的程
序、阅读和理解以及修改程序都有很大的辅助作用。编写一些简单的程序的时候，画程序流程
图并非必要，但编写较大型的程序时，编制程序流程图是十分重要和必要的。
    (2)流程图的画法十分灵活，可详尽也可简单，根据具体的问题和编写者的习惯而定，但
总的要求是能够较完整地反映程序系统的设计思路和具体结构，详略要得当。
    (3)设计流程图时，一般是先设计系统流程图，即把整个设计任务分解为具有相对独立性
的多个部分，每一个部分称为一个功能模块，而后再画出每一功能模块的流程图。这种对应于
各个功能模块的流程图又称为程序框图。
    程序流程图(图4一1)中所使用的各种图形符号如下：
    (1)椭圆形框：用于表示程序的开始或结束，也称为开始、结束框。使用时在框内标注中
文或英文的“开始”、“结束”等字样。
    (2)矩形图框：用于说明一段程序的功能，也称为工作框。同时在框内用字符注明某段程
序或某条指令的作用。
    (3)菱形图框：用于进行条件判断以决定程序的走向，也称为判断框或逻辑框。使用时在
框内注明判断的条件。
    (4)圆形框：用来表示位于两处的程序框图之间的连接，也称为连接框。使用圆形框时在
应予连接的两处程序框图中标注相同的数字。   
    (5)带箭头的线段：用于表示程序的流向。在流程图中用它来连接各种图框，以表明程序
进行的顺序或可能的分支。