第2章 寄存器

開章：

前面有博世面試的時候，就問過一個問題，為什么要有寄存器？當時自己也沒有說清楚，看完這一章相關(guān)的內(nèi)容，明白了寄存器是什么，干什么的，終于清晰了！

1、寄存器

CPU由運算器、控制器、寄存器等器件構(gòu)成，這些器件靠片內(nèi)總線相連。

• 運算器進行信息處理；
• 控制器控制各種器件進行工作；
• 寄存器進行信息存儲；
  8086CPU有14個寄存器：AX、BX、CX、DX、SI、DI、SP、BP、IP、CS、SS、DS、ES、PSW都是16位。

寄存器是什么：寄存器是暫存指令、數(shù)據(jù)和地址的一種部件，是程序員可以改變其中內(nèi)容來控制CPU的部件。

通俗易懂理解：
寄存器就是你的口袋。身上只有那么幾個，只裝最常用或者馬上要用的東西。
內(nèi)存就是你的背包。有時候拿點什么放到口袋里，有時候從口袋里拿出點東西放在背包里。

2、通用寄存器

通用寄存器：通常用來存放一般性的數(shù)據(jù)，有AX、BX、CX、DX，它們可分為兩個可獨立使用的8位寄存器。

由于8086CPU上一代的寄存器是8位的，為了保持向下兼容，這里16位的寄存器可以拆開成兩個8位寄存器使用，如下圖所示。

在進行數(shù)據(jù)傳送或運算時，要注意指令的兩個操作對象的位數(shù)應(yīng)當是一致的。

就是如下所示：

3、簡單的幾條匯編指令

• mov 指令就是類似于C語言中的賦值的概念
• add指令就是加法運算
• 運算都是從右往左運算的
• 匯編指令助記符是不區(qū)分大小寫的
• 在運算中要注意儲存的范圍大小，計算的結(jié)果如果超出了，保留的是沒有超出的部分。

4、物理地址

概念：所有的內(nèi)存單元構(gòu)成的存儲空間是一個一維的線性空間，每一個內(nèi)存單元在這個空間中都有唯一的地址，我們將這個唯一的地址稱為物理地址。就是類似門牌號，編號。

8086CPU給出物理地址的方法

背景：8086CPU有20位地址總線，可以傳送20位地址，達到 1MB尋址能力。但是8086CPU又是16位結(jié)構(gòu)，在內(nèi)部一次性處理、傳輸、暫時存儲的地址為16位，內(nèi)部是不能直接傳輸20位的地址信息的。

故8086CPU采用一種在內(nèi)部用兩個16位地址合成的方法來形成一個20位的物理地址。

內(nèi)部邏輯如下圖：

如圖2.6所示，當8086CPU要讀寫內(nèi)存時:
(1) CPU中的相關(guān)部件提供兩個16位的地址，一個稱為段地址，另一個稱為偏移地址:(2)段地址和偏移地址通過內(nèi)部總線送入一個稱為地址加法器的部件;
(3)地址加法器將兩個16位地址合成為一個20位的物理地址;
(4)地址加法器通過內(nèi)部總線將20位物理地址送入輸入輸出控制電路;(5)輸入輸出控制電路將20位物理地址送上地址總線;
(6)20位物理地址被地址總線傳送到存儲器。
記住公式：物理地址=段地址x16+偏移地址

提供地址方法的本質(zhì)

“段地址x16+偏移地址=物理地址”的本質(zhì)含義是:CPU在訪問內(nèi)存時，用一個基礎(chǔ)地址(段地址x16)和一個相對于基礎(chǔ)地址的偏移地址相加，給出內(nèi)存單元的物理地址。
更一般地說，8086CPU的這種尋址功能是“基礎(chǔ)地址+偏移地址=物理地址”尋址模式的一種具體實現(xiàn)方案。8086CPU中，段地址x16可看作是基礎(chǔ)地址。
最終也就是：物理地址 = 基礎(chǔ)地址 + 偏移地址

5、段寄存器

我們可以將一段內(nèi)存定義為一個段，用一個段地址指示段，用偏移地址訪問段內(nèi)的單元，可以用分段的方式來管理內(nèi)存。段寄存器是用來提供內(nèi)存單元的端地址的。
內(nèi)存并沒有分段，段的劃分來自于CPU，由于8086CPU用“基礎(chǔ)地址(段地址x16)+偏移地址=物理地址”的方式給出內(nèi)存單元的物理地址，使得我們可以用分段的方式來管理內(nèi)存。

• 用一個段存放數(shù)據(jù)，將它定義為“數(shù)據(jù)段”；
• 用一個段存放代碼，將它定義為“代碼段”；
• 用一個段當作棧，將它定義為“棧段”。

注意：

一個段的起始地址一定是16的倍數(shù)；
偏移地址為16位，變化范圍為0-FFFFH，所以一個段的長度最大為64KB。
CPU可以用不同的段地址和偏移地址形成同一個物理地址。
段寄存器：8086CPU有4個段寄存器：CS、DS、SS、ES，提供內(nèi)存單元的段地址。

CS和IP

CS為代碼段寄存器，IP為指令指針寄存器，
CPU將CS、IP中的內(nèi)容當作指令的段地址和偏移地址,用它們合成指令的物理地址,
CPU將CS:IP指向的內(nèi)容當作指令執(zhí)行。(即PC)

看明白下面例子即可理解：

工作原理簡述：
(1) 從CS:IP指向的內(nèi)存單元讀取指令，讀取的指令進入指令緩沖器;
(2)IP-IP+所讀取指令的長度，從而指向下一條指令;
(3)執(zhí)行指令。轉(zhuǎn)到步驟(1)，重復(fù)這個過程。
在8086CPU .加電啟動或復(fù)位后(即CPU 剛開始工作時)CS和IP被設(shè)置為CS=FFFFH，IP=0000H,即在8086PC機剛啟動時，CPU 從內(nèi)存FFFFOH單元中讀取指令執(zhí)行，F(xiàn)FFFOH單元中的指令是8086PC機開機后執(zhí)行的第一條指令。

8086CPU提供轉(zhuǎn)移指令修改CS、IP的內(nèi)容。(記住例子即可)

• 同時修改CS：IP
  

  jmp 段地址:偏移地址：用指令中給出的段地址修改CS，偏移地址修改IP。

• 只修改其中的IP
  

  jmp 某一合法寄存器：僅修改IP的內(nèi)容。
• 不支持單獨修改CS
  8086CPU不支持將數(shù)據(jù)直接送入段寄存器的操作，這屬于8086CPU硬件設(shè)計。

參考資料 王爽《匯編語言第三版》，小甲魚視頻，博客分享

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