作者：少聪 github &&掘金

寄存器 、 通用寄存器以及字在寄存器中的存储

• CPU 是运算器、控制器、寄存器（CPU工作原理）等器件构成，靠内部总线链接

  • 运算器进行信息处理
  • 寄存器进行信息存储
  • 控制器控制各种器件进行工作
  • 内部总线连接各种器件，在它们之间进行数据传送

• 不同的 CPU 寄存器的个数、结构是不相同的。

  比如 8086CPU 有 14个寄存器 : AX、BX、CX、DX、SI、DI、SP、BP、IP、CS、SS、DS、ES、PSW。

• 通用寄存器

  • 8086CPU 的所有寄存器都是16位的。 可以存放两个字节

  • AX、BX、CX、DX 这4个寄存器通常就是存放一般性的数据，被称为通用寄存器。

• 16 位寄存器分成 2 个8 位寄存器

  AX 可分为 AH 和 AL

  BX 可分为 BH 和 BL

  CX 可分为 CH 和 CL

  DX 可分为 DH 和 DL

• 16 位寄存器 分为 两个 8 位寄存器（高 8 位 和 低 8 位）

如上图所示：AX 的低 8 位（0~7 位）构成了 AL 寄存器

高 8 位（8~15 位）构成了 AH 寄存器。 AH 和 AL 寄存器是可以独立使用的 8 位寄存器。

• 一个字是由两个字节组成，分别为 高位字节 和 低位字节。

• 任何数据到了计算机中都是以二进制的形式存放的。但是为了方便阅读或者其它，所以又经常用其他的进制来表示。

  比如：二进制一个数值：0100111000100000

  ​ 十六进制：4E20

  ​ 十进制：20000

  • 几条汇编指令

• 汇编指令是控制 CPU 进行工作。

• 物理地址

  • CPU 访问内存单元时，需要给出内存单元的地址。所有的内存单元构成的存储空间是一个一维的线性空间，每一个内存单元在这个空间中都有唯一的地址，我们将这个唯一的地址称为物理地址。

  • CPU 具有下面几方面的结构特性

  • 运算器一次最多可以处理 16 位的数据

  • 寄存器的最大宽度为 16 位

  • 寄存器和运算器之间的通路为 16 位

  • 8086CPU 给出物理地址的方法

  • 8086CPU 有 20 位地址总线，可以传送 20 位地址，达到 1MB 寻址能力。8086CPU 又是 16 位结构，在内部一次性处理、传输、暂时存储的地址为 16 位。从 8086CPU 的内部结构来看，如果将地址从内部简单地发出，那么它只能送出 16 位的地址，表现出的寻址能力只有 64KB。

  • 8086CPU 采用一种在内部用两个 16 位地址合成的方法来形成一个 20 位的物理地址。

  • 8086CPU 相关部件的逻辑图如下

  当 8086CPU 要读写内存时：

  1、CPU 中的相关部件提供两个 16 位的地址，一个称为段地址，另一个称为偏移地址。

  2、段地址和偏移地址通过内部总线送入一个称为地址加法器的部件。

  3、地址加法器将两个 16 位地址合成一个 20 位的物理地址。

  4、地址加法器通过内部总线将 20 位物理地址送上地址总线。

  5、输入输出控制电路将 20 位物理地址送上地址总线。

  6、20 位物理地址被地址总线传送到存储器。

  地址加法器 采用 物理地址=段地址X16+偏移地址 的方法用段地址和偏移地址合成物理地址。

  地址加法器的工作过程如图所示：

- 段地址

  这里的 “段” 并不是说内存被划分成了一个一个的段，每一个段都有一个段地址。

  内存并没有分段， 段的划分来自于 CPU，比如 8086CPU 用的是 段地址X16+偏移地址 这种方式来给出内存单元的物理地址， 所以我们才用分段的方式来管理内存。

- 段寄存器

  什么部件提供段地址？

  8086CPU 有 4 个段寄存器：CS、DS、SS、ES。

- CS 于 IP

  CS 和 IP 是 8086CPU 中最关键的寄存器，它们指示了 CPU 当前要读取指令的地址。

  CS 为代码段寄存器，IP 为指令指针寄存器。

  也可以这样表述：8086 机中，任意时刻，CPU 将CS:IP 指向的内容当做指令执行。

  上图是 8086PC 读取和执行指令的相关部件

  1、8086CPU 当前状态：CS 中的内容为 2000 ，IP中的内容为 0000

  2、内存 20000~20009 单元存放着可执行的机器码

  3、内存 20000~20009 单元中存放的机器码对应的汇编指令如下

  地址：20000~20002，内容：B8 23 01  长度： 3Byte, 对应汇编指令：mov ax，0123

  地址：20003~20005，内容：BB 03 00  长度： 3Byte, 对应汇编指令：mov bx，0003

  地址：20006~20007，内容：89 D8  长度： 2Byte, 对应汇编指令：mov ax,bx

  地址：20008~20009，内容：01 D8  长度： 2Byte, 对应汇编指令：add ax,bx

- 在内存中，指令和数据没有任何区别， 都是二进制信息， CPU在工作的时候把有的信息看作指令，有的信息看作数据。 那么什么信息被看作指令？

  可以这样认为：CPU 将 CS:IP 指向的内存单元中的内容看作指令，因为，在任何时候，CPU 将 CS、IP 中的内容当作指令的段地址和偏移地址，用它们合成指令的物理地址，到内存中读取指令码、执行。

- 修改 CS、IP 的指令

  为什么修改 CS 、IP 指令？ 修改了有什么用？

  在 CPU 中，程序员能够用指令读写的部件只有寄存器，程序员可以通过改变寄存器中的内容实现对 CPU 的控制。

  CPU 从何处执行指令是由 CS、IP 中的内容决定的，程序员可以通过改变CS、IP中的内容来控制 CPU 执行目标指令。

  ​

  如何修改 CS、IP 的值呢？

  当然，8086CPU 必须提供相应的指令，比如 我们如何修改 ax 中的值？，  mov ax,123 这样就将 ax 中的值设为了 123。当然还可以修改其它值， mov 指令被称为 传送指令。

  但是，mov 指令不能用于设置 CS、IP 的值，因为 8086CPU 没有提供这样的功能。而是另外的指令：jmp 指令。

  若想同时修改 CS、IP 的内容， 可以用 jmp 段地址：偏移地址 的指令完成

  jmp 2AE3:3，执行后：CS=2AE3，IP=0003， CPU 将从 2AE33 处读取指令。

  jmp 3:0B16 ，执行后：CS=0003，IP=0B16，CPU将从00B46 处读取指令。

  jmp ax，在含义上好似：mov IP,ax（这只是为了方便理解记忆，而不是说真有这样的指令）。 用寄存器中的值修改 IP。

• 代码段

  • 8086PC 机在编程时，可以根据需要，将一组内存单元定义为一个段。

  mov ax,0000 (B8 00 00) add ax,0123 (05 23 01) mov bx,ax (8B D8) jmp bx (FF E3)

  这段长度为 10 个字节的指令，存放在 123B0~123B9 的一组内存单元中，我们可以认为，123B0~123B9 这段内存是用来存放代码的，是一个代码段， 它的段地址为 123B，长度为 10 个字节。

  这个是我们在编程时的一种安排， CPU 并不会因为我们这样想的就自动来执行，而是需要我们用代码执行， 因为 CPU 只认被CS:IP 指向的内存单元中的内容为指令， 所有， 要让 CPU 执行我们放在代码段中的指令， 必须要将 CS:IP 指向所定义的代码段中的第一条指令的首地址， 可设 CS=123B、IP=0000。

  • 小总结：

  1、段地址在 8086CPU 的段寄存器中存放。当8086CPU 要访问内存时，由段寄存器提供内存单元的段地址。8086CPU 中有 4 个段寄存器，其中 CS 用来存放指令的段地址。 2、CS 存放指令的段地址，IP 存放指令的偏移地址。 8086 机中，任意时刻，CPU 将 CS:IP 指向的内容当作指令执行。 3、8086CPU 的工作过程： ① 从 CS:IP 指向的内存单元读取指令，读取的指令进入指令缓冲器 ② IP 指向下一条指令 ③ 执行指令。(转到步骤①，重复这个过程。) 4、8086CPU 提供转移指令修改 CS、IP 的内容。

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